基于單片機的交流LED智能照明系統設計

LED光源具有省電，耗電量小，發光效率高、壽命長等優點。與傳統的白熾燈、熒光燈相比，有效的節約了能耗。被認為是21世紀的綠色照明光源。目前的LED光源是低電壓(VF=2～3．6 V)，大電流(IF=200～1 500 mA)工作的半導體器件，必須提供合適的直流才能正常發光，由于我們日常使用的是220 V的高壓交流電，所以必須使用降壓的技術獲得較低的電壓，常用的是變壓器或開關電源降壓，然后將交流變成直流，再變成直流恒流源，才能促使LED光源發光。因此，直流驅動LED光源的系統方案必然是變壓器+整流(或開關電源)+恒流源。這2種方案系統都會有15％～30％的電量損耗，如果用交流直接驅動LED光源發光，系統效率將很輕松地達到90％以上。目前，公共建筑的照明燈具大多仍采用手動開關，其故障率高，只適應于白熾燈，不適合于LED燈及其它照明設施的使用，下面我們介紹一套基于傳感器、微控器控制的AC直接驅動LED照明系統的設計方案。

1 AC LED光源的工作原理
AC LED光源的工作原理如圖1(a)所示，LED輸入、輸出電壓波形如圖1(b)所示。將一堆LED微小晶粒采用交錯的矩陣式排列工藝分為5串，AC LED晶粒串組成類似一個整流橋，整流橋的兩端分別聯接交流電源，另兩端聯接LED晶粒，交流的正半周用實線箭頭表示電流流動方向，有3串LED晶粒發光；負半周用虛線箭頭表示電流流動方向，又有3串LED品粒發光；4個橋臂上的LED輪番發光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發光。在50 Hz的交流中會以每秒50次的頻率交替點亮。整流橋獲得的是脈動直流，LED的發光也是閃動的，LED有斷電余輝續光的特性，余輝可保持幾十微秒，因人眼對流動光點記憶是有惰性的，結果人對LED光源的發光+余輝的工作的解讀是連續在發光。橋臂上的LED有一半時間在工作，有一半時間在休息，因而發熱得以減少20％～40％，因此AC LED的使用壽命較DC LED長。即使中間一串LED故障，通常也是擊穿短路故障，擊穿后電阻很小，仍然不影響橋臂上LED發光，只是燈的亮度稍微降低些。所以，這種設計技術是合理成熟的。AC LED成熟的產品如首爾半導體的AC110 V的AX3201，工作電流為40 mA；AC220 V的AX3221及AX3231，工作電流為20 mA被廣泛用于照明。相比于DC LED大大降低了能耗。

2 一般AC LED的照明應用電路
AC LED的典型應用電原理圖如圖2所示，它十分簡單，在AC LED兩端分別串入正溫度系數熱敏電阻PTC，和限流電阻R1、R2、R3，接上110 V或220 V交流即可進入照明工作。
LED在大批量生產時，其阻抗有一定的離散性，AC LED光源生產商在出廠時對批量生產的產品按阻抗分檔，客戶在使用時可按LED光源廠家提供的分檔表查用相應阻值的限流電阻。

3 智能AC LED照明系統硬件設計
系統工作原理框圖如圖3所示，由熱紅外傳感器件、強光傳感器件、聲控傳感器件做為感知系統，傳感器信號經A／D轉換后傳到主控器件(CPU)STC12C5628AD，經主控器件處理后將控制信號加到D／A轉換電路，控制信號經放大電路放大后加到由可控硅組成的驅動電路上，由可控硅驅動電路來控制AC LED燈的開啟和關斷及明亮程度。

3．1 被動式熱釋電紅外探測器
該探測器有3個關鍵元件：菲涅爾濾光晶片，它通過截止波長8～12μm的濾光晶片，起帶通濾波器的作用，使環境的干擾受到明顯的控制；菲涅爾透鏡起聚焦作用，即將熱釋電紅外信號折射(反射)在熱釋電紅外傳感器上，第二個作用是將警戒區內分為若干個明區和暗區，使進入警戒區的移動物體能以溫度變化的形式存熱釋電紅外傳感器上產生變化的熱釋紅外信號，這樣熱釋電紅外傳感器就能產生變化的電信號，熱釋電紅外傳感器將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉換成電信號，完成熱電轉換，系統內固化的軟件對所采集的數據進行運算加工，由控制系統內的控制軟件通過控制邏輯決定是否發出開燈信號。