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摘 要：本設计主要研究一种基于红外探测的光控LED智能照明系统。该设计包括硬件设计和软件设计两个部分。本设计主要利用热释电红外线传感器探测人体辐射的微弱红外线信号；利用光敏电阻探测环境亮度；通过单片机实现对LED照明灯的智能控制。LED照明灯白天一直处于关闭状态，晚上开启红外探测。当探测到有人体移动时，LED照明灯能够智能开启，并且在延时一定时间后自动关闭。整个设计结构简单，电路稳定，达到智能控制和节能减排的目的。
关键词：热释电传感器；智慧照明；LED驱动
引言
近年来，智能控制系统飞快发展，各种各样的控制产品层出不穷。智能控制不仅方便了人们日常生活，而且对于资源紧缺的当今社会而言也起到很大作用。如今，努力增加智能控制和节能光源的照明器具的研发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用已经成为我国目前照明器材行业结构调整的重点[1-5]。整个系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感及处理电路、单片机控制系统、LED恒流驱动电路和LED显示模块组成。系统工作时，光敏电阻实时检测工作环境亮度的强弱，热释红外线传感器检测人体移动时辐射的微小红外线信号，两个传感器将检测到的信号由处理电路处理后，传送给单片机控制系统，单片机控制系统经过程序判断处理后控制LED驱动电路实现对LED 灯的自动开/关控制[6-8]。
1.系统方案
1.1系统的总体设计
整个系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感及处理电路、单片机控制系统、LED恒流驱动电路和LED显示模块组成。系统工作时，光敏电阻实时检测工作环境亮度的强弱，热释红外线传感器检测人体移动时辐射的微小红外线信号[9-12]，两个传感器将检测到的信号由处理电路处理后，传送给单片机控制系统，单片机控制系统经过程序判断处理后控制LED驱动电路实现对LED 灯的自动开/关控制。系统电路总框图如图1所示。
1.2热释电红外线传感器
人体都有恒定的体温，正常情况下维持在37℃左右，所以会发出波长为10μm左右的红外线，被动式红外探头便是利用探测人体辐射的10？m左右的红外线来进行工作的。热释电红外传感器可以通过非接触的方式来探测人体辐射的红外信号，并且能够将其转化成电信号[13-15]。热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂等制成，在探测器的前面装设一个菲涅尔透镜，提升了探测器的探测灵敏度，以此来增大探测间距[13-15]。它和放大电路一起配合，可将信号放大70dB以上，同时还能够有效的控制环境中的干扰要素。下图为本模块的电路框图。
热释电红外传感器可以通过非接触的方式来探测人体辐射的红外信号，并且能够将其转化成电信号。因为热释电红外线传感器输出的信号变化迟缓、幅值很小，所以传感器输出的信号必须通过一系列的信号处理电路，使得传感器输出的不规则波形能够变成适应于单片机处理的数字信号，即高电平或低电平。为了减小噪声带来的误差，本设计尽量缩短了热释电传感器和前置放大电路之间的距离，并且在前置放大电路中加入低通滤波电路，限制噪声的带宽。本设计中热释电红外线探测及处理电路的原理图如图所示。
由图可知，本设计中的前置放大电路主要包括有源低通滤波、两级增益放大、比较电路三部分。图中，热释电红外线传感器的3脚和5V电源之间串联了两个10KΩ电阻，用于降低射频干扰，瓷片电容用于除去高频干扰，电解电容用于去除低频纹波、稳定电源；传感器的1脚接地；2脚为探测信号的输出管脚。传感器输出直接耦合到由双运放LM358构成的有源低通滤波和第一级放大电路的同相输入端，再经过电容C7、电阻R7耦合到第二级反相放大电路中进行进一步的放大、滤波。
有源低通滤波器的截止频率约为：
.................................（1）
电路增益与频率相关，假如输入信号的频率为1Hz，那么第一级放大增益约为
...................................................（2）
第二级放大增益约为
....................................................（3）
通过计算可以得到电路的带宽为15.9Hz，总增益为69dB。第二级放大电路的偏置电压约为2.0V，该偏置电压主要是为了避免信号太小时无法被放大或者出现严重失真。比较电路的阈值电压由滑动变阻器R12来控制。当同相端输入电压高于阈值电压时，U2的1脚输出高电平；当同相端输入电压低于阈值电压时，U2的1脚输出低电平。通过调节滑动变阻器的阻值来改变阈值电压，从而改变热释电红外探测器的探测距离和探测范围。
U2的1脚与单片机的P3^2脚直接相连，热释电红外线探测器探测到的信号直接送入单片机的外部中断0。
1.3LED驱动电路
其设计图如图4所示，设计的核心是专用LED恒流芯片LT3755，该芯片的输入电压范围为4.5-40V，而且可以配置为降压（Buck）、升压（Boost）、升降压或反激式拓扑结构，电压的输出范围是2.9-60V，开关频率可以保持在设定的范围110k-1mHz和效率，在升压模式的效率甚至高于95%，其数字调光比最大值是3000：1，使用芯片CTRL引脚可以进行10：1的模拟调光，就具有了LED开路保护、软启动和可编程欠压闭锁等功能[16-20]。然而，随电源电路的功耗增大，电路对滤波功能的要求也会随之增高。所以，可以通过提高DC/DC变换电路开关频率来有效解决这些问题。
该芯片的电路设计，lt3755连接到升压电路，直流/直流转换器电路由L1，R1，R2，R7，D1，C2，C3，C4，C5，Q1和RS1等部分构成。在这其中，L1，Q1，D1，C2至C5构成升压型电路的主拓扑结构[21]。Boost电路的开关频率大小由R7的阻值来决定，阻值的取值范围为10k-100kΩ，相应的开关频率范围为1M-100kHz。，阻性电流检测输入控制电路为RS1，起到过流保护功能，大小为0.015Ω。在升压电路的R1和R2比决定了输出电压的大小，lt3755芯片的PWM引脚是用来调节LED的亮度的，采用PWM调光，高功率LED将在最大工作电流状态或关闭状态。
2.系统软件设计
系统中光敏电阻实时探测环境的光照度。当光照度强时，单片机控制LED照明灯使其处于长灭状态；当光照度比较弱时，单片机控制热释电红外线传感器进行人体的红外探测。当探测到人体红外信号时，单片机开启LED照明灯，并在延时一段时间后，自动关闭LED照明灯。框图如图5所示。
本系统中软件的作用主要有两个。一是用于LED照明灯的延时控制。本系统中LED照明灯的延时时间的长短是通过软件来进行设置的，更改软件中的数值，就可以改变延时的时长。另一个作用是进行判断控制，包括对光敏电阻探测到的信号的判断和对热释电探测到的信号的判断，并输出相应的控制信号。
3.结束语
本次设计的LED智能照明控制系统，可以有效地对LED照明灯进行智能控制，为我们的生活带来极大的方便，而且能够达到节能减排的目的，尤其适用于学校教室，办公楼、小区楼道照明等场所。由于该系统选用单片机进行控制，所以拥有较高的性价比，而且能够根据实际的情况进行变更和扩展，提升了系统的灵活性和适应性。
图5 软件设计框图
参考文献
[1]李冰等.BISS0001在热释电红外开关上的应用[J].应用科技，2006（2）.
[2]谢黎明等.红外线人体感应控制语音系统的研究[J].科学技术与工程，2008（7）.
[3]贾正松等.基于单片机实现智能照明控制系统的设计[J].现代电子技术，2009（17）.
[4]Jia Dongying，Wang Wei.The Intelligent system for LED lighting Based on STC？MCU [J].IEEE，2010，445-447.
[5]Ming-huan Niu， Hui-bin Qin.Design of LED Street Lamps Intelligent Control System Based on PIC MCU[J].IEEE.
关键词：热释电传感器；智慧照明；LED驱动
引言
近年来，智能控制系统飞快发展，各种各样的控制产品层出不穷。智能控制不仅方便了人们日常生活，而且对于资源紧缺的当今社会而言也起到很大作用。如今，努力增加智能控制和节能光源的照明器具的研发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用已经成为我国目前照明器材行业结构调整的重点[1-5]。整个系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感及处理电路、单片机控制系统、LED恒流驱动电路和LED显示模块组成。系统工作时，光敏电阻实时检测工作环境亮度的强弱，热释红外线传感器检测人体移动时辐射的微小红外线信号，两个传感器将检测到的信号由处理电路处理后，传送给单片机控制系统，单片机控制系统经过程序判断处理后控制LED驱动电路实现对LED 灯的自动开/关控制[6-8]。
1.系统方案
1.1系统的总体设计
整个系统主要由光照检测电路、热释电红外线传感及处理电路、单片机控制系统、LED恒流驱动电路和LED显示模块组成。系统工作时，光敏电阻实时检测工作环境亮度的强弱，热释红外线传感器检测人体移动时辐射的微小红外线信号[9-12]，两个传感器将检测到的信号由处理电路处理后，传送给单片机控制系统，单片机控制系统经过程序判断处理后控制LED驱动电路实现对LED 灯的自动开/关控制。系统电路总框图如图1所示。
1.2热释电红外线传感器
人体都有恒定的体温，正常情况下维持在37℃左右，所以会发出波长为10μm左右的红外线，被动式红外探头便是利用探测人体辐射的10？m左右的红外线来进行工作的。热释电红外传感器可以通过非接触的方式来探测人体辐射的红外信号，并且能够将其转化成电信号[13-15]。热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂等制成，在探测器的前面装设一个菲涅尔透镜，提升了探测器的探测灵敏度，以此来增大探测间距[13-15]。它和放大电路一起配合，可将信号放大70dB以上，同时还能够有效的控制环境中的干扰要素。下图为本模块的电路框图。
热释电红外传感器可以通过非接触的方式来探测人体辐射的红外信号，并且能够将其转化成电信号。因为热释电红外线传感器输出的信号变化迟缓、幅值很小，所以传感器输出的信号必须通过一系列的信号处理电路，使得传感器输出的不规则波形能够变成适应于单片机处理的数字信号，即高电平或低电平。为了减小噪声带来的误差，本设计尽量缩短了热释电传感器和前置放大电路之间的距离，并且在前置放大电路中加入低通滤波电路，限制噪声的带宽。本设计中热释电红外线探测及处理电路的原理图如图所示。
由图可知，本设计中的前置放大电路主要包括有源低通滤波、两级增益放大、比较电路三部分。图中，热释电红外线传感器的3脚和5V电源之间串联了两个10KΩ电阻，用于降低射频干扰，瓷片电容用于除去高频干扰，电解电容用于去除低频纹波、稳定电源；传感器的1脚接地；2脚为探测信号的输出管脚。传感器输出直接耦合到由双运放LM358构成的有源低通滤波和第一级放大电路的同相输入端，再经过电容C7、电阻R7耦合到第二级反相放大电路中进行进一步的放大、滤波。
有源低通滤波器的截止频率约为：
.................................（1）
电路增益与频率相关，假如输入信号的频率为1Hz，那么第一级放大增益约为
...................................................（2）
第二级放大增益约为
....................................................（3）
通过计算可以得到电路的带宽为15.9Hz，总增益为69dB。第二级放大电路的偏置电压约为2.0V，该偏置电压主要是为了避免信号太小时无法被放大或者出现严重失真。比较电路的阈值电压由滑动变阻器R12来控制。当同相端输入电压高于阈值电压时，U2的1脚输出高电平；当同相端输入电压低于阈值电压时，U2的1脚输出低电平。通过调节滑动变阻器的阻值来改变阈值电压，从而改变热释电红外探测器的探测距离和探测范围。
U2的1脚与单片机的P3^2脚直接相连，热释电红外线探测器探测到的信号直接送入单片机的外部中断0。
1.3LED驱动电路
其设计图如图4所示，设计的核心是专用LED恒流芯片LT3755，该芯片的输入电压范围为4.5-40V，而且可以配置为降压（Buck）、升压（Boost）、升降压或反激式拓扑结构，电压的输出范围是2.9-60V，开关频率可以保持在设定的范围110k-1mHz和效率，在升压模式的效率甚至高于95%，其数字调光比最大值是3000：1，使用芯片CTRL引脚可以进行10：1的模拟调光，就具有了LED开路保护、软启动和可编程欠压闭锁等功能[16-20]。然而，随电源电路的功耗增大，电路对滤波功能的要求也会随之增高。所以，可以通过提高DC/DC变换电路开关频率来有效解决这些问题。
该芯片的电路设计，lt3755连接到升压电路，直流/直流转换器电路由L1，R1，R2，R7，D1，C2，C3，C4，C5，Q1和RS1等部分构成。在这其中，L1，Q1，D1，C2至C5构成升压型电路的主拓扑结构[21]。Boost电路的开关频率大小由R7的阻值来决定，阻值的取值范围为10k-100kΩ，相应的开关频率范围为1M-100kHz。，阻性电流检测输入控制电路为RS1，起到过流保护功能，大小为0.015Ω。在升压电路的R1和R2比决定了输出电压的大小，lt3755芯片的PWM引脚是用来调节LED的亮度的，采用PWM调光，高功率LED将在最大工作电流状态或关闭状态。
2.系统软件设计
系统中光敏电阻实时探测环境的光照度。当光照度强时，单片机控制LED照明灯使其处于长灭状态；当光照度比较弱时，单片机控制热释电红外线传感器进行人体的红外探测。当探测到人体红外信号时，单片机开启LED照明灯，并在延时一段时间后，自动关闭LED照明灯。框图如图5所示。
本系统中软件的作用主要有两个。一是用于LED照明灯的延时控制。本系统中LED照明灯的延时时间的长短是通过软件来进行设置的，更改软件中的数值，就可以改变延时的时长。另一个作用是进行判断控制，包括对光敏电阻探测到的信号的判断和对热释电探测到的信号的判断，并输出相应的控制信号。
3.结束语
本次设计的LED智能照明控制系统，可以有效地对LED照明灯进行智能控制，为我们的生活带来极大的方便，而且能够达到节能减排的目的，尤其适用于学校教室，办公楼、小区楼道照明等场所。由于该系统选用单片机进行控制，所以拥有较高的性价比，而且能够根据实际的情况进行变更和扩展，提升了系统的灵活性和适应性。
图5 软件设计框图
参考文献
[1]李冰等.BISS0001在热释电红外开关上的应用[J].应用科技，2006（2）.
[2]谢黎明等.红外线人体感应控制语音系统的研究[J].科学技术与工程，2008（7）.
[3]贾正松等.基于单片机实现智能照明控制系统的设计[J].现代电子技术，2009（17）.
[4]Jia Dongying，Wang Wei.The Intelligent system for LED lighting Based on STC？MCU [J].IEEE，2010，445-447.
[5]Ming-huan Niu， Hui-bin Qin.Design of LED Street Lamps Intelligent Control System Based on PIC MCU[J].IEEE.