照明系统开题报告

开题报告

目的和意义：

随 着信息技术的飞速发展和社会的不断进步，大功率LED照明应用的普及，人们对LED照明的高效控制和功能多样化的要求也不断提高，LED智能照明系统越来越普及。LED智能照明系统充分利用电子信息技术和计算机网络技术将阅览室内的各种LED照明器具有机的连接在一起，实现有效的管理和控制。

我们所设计的系统以microchip的PIC芯片为核心，通过算法设计将光传感器所收集的信息（环境亮度）进行处理，与预设亮度进行比较后，给出足够产生补偿光的驱动信号，LED灯的驱动芯片接收信号后产生补偿亮度，并且反馈当前的亮度值继续与预设亮度进行比较，可以随环境亮度的改变进行动态调光。根据阅览室内的不同位置（自然亮度不同）给予不同的亮度补偿，已达到整个阅览室的均匀亮度。

当前研究情况：

国内外对LED智能照明控制系统的研究十分活跃，目前已经有很多的控制

系统，主要如下：

1.BAS照明控制系统: 通过对每个照明回路中接触器的开关控制来实现对整个车站照明系统的自动控制。[1] 2. EIB智能照明控制系统：EIB 智能照明控制系统是全数字、模块化、分布式总线型控制系统，它将控制功能分散给各功能模块，中央处理器和各功能模块之间通过网络总线直接通信。EIB 智能照明控制系统中所有单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，采用二线制的总线型式，由1 对信号线（双绞线）连接成网络。采用单元地址化结构，根据系统的等级结构和应用控制器的功能赋予每个功能部件相应的物理地址，控制命令通过总线传递到对应的地址，达到控制目的。

?3. ANMINGSI照明控制: 采用ANMINGSI-anbus总线形式，所有执行器由

NMINGSI-anbus总线电缆连接，执行器可执行各控制器发送的执行命令（分布式控制），同时也可以直接由中央控制计算机通过LAN与IP网关相连接进行控制，避免了因局部模块出现故障而失控。通过LAN,整个智能照明控制系统可与楼宇自动化系统连接达到系统集成的效果。[2]

4．松下全二线智能照明控制系统: 松下公司的全二线照明系统是用信号的形式在不同地点之间传送命令。它从集中控制着手，采用CPU作为中央控制单元，

用2根24V的信号线实现照明控制。[3]

5.基于分时多路传输算法的照明控制系统：这是一种新型的分布式照明控制系统（为楼宇自动化而设计），所有的被调照明控制终端通过双电力线与中央控制单元相连接，同时提供电力和信号给每个分布式终端，数据的传输是通过分时多路传输算法。使用这种算法的分布式照明控制系统可以达到低成本、节能，并且增强了照明控制系统的可靠性[4]。

6.基于工业无线技术的智能照明控制系统：是互联网络的典型应用，它使用三点控制技术（three-point-control technology）调节灯的亮度、开闭灯并且能够进行故障检测[5]。

7.集成高动态范围成像和DALI的照明控制系统：使用成本很低的图像传感器、光传感设备以及高动态范围成像技术（High Dynamic Range imaging,一种计算机图形技术）组成的系统，通过这种技术可以大范围的对亮度进行评估，单个的传感器即可同时估计多个地点照度水平。校正程序可以从图像中分理处空间照度的数据值，并且提供算法来控制单个灯具已达到不不同位置的不同目标照度。这种控制系统充分利用了数字技术的特征，包括数字图像处理技术和DALI(Digital Addressable Lighting Interface)技术[6]。

8.基于zigbee的照明控制系统：zigbee无线传感器网络用来收集环境数据，并传送照明控制信号，环境数据作为模糊控制器的输入变量，并且为模糊照明控制系统建立rule database.这种系统具有使用、经济、节能等优势，并且特

[7]

别适合于家庭应用。

但目前针对LED的智能照明控制系统主要采用模式设定和手动调节来控制光输出，根据感光变化来动态控制的成熟系统较少，而且整个系统比较庞大，使用维护成本都很高，不利于在简单的家庭应用中推广。因此研究结构简单、控制方便的小型自适应照明控制系统，可以更好地在小型照明应用场合推广，能够更好地发挥LED照明的节能优势???? [1]

。

课题的基本思路

我们的项目中，关于环境自适应的LED调光电路的控制模型如下

系统原理框图

实验的基本思路是，在室内放置多个感光探头TSL2561，采集室内环境中的亮度，将光信号转化为电信号；输入到控制模块，计算出照度值。将测得的照度值和设定的初始照度进行比较，通过MICROCHIP（MC）公司的PIC芯片，计算产生合适的PWM调制信号，从而分别调节每个LED灯具的亮度，对照明场所内的不同位置（自然亮度不同的区域）给予不同的亮度补偿，最终使得整个工作区域达到均匀的亮度。

由于在这个照明控制系统中，感光元件周围区域的照度保持高度一致，若将几个感光探头放在室内的工作区域，既可以保证工作区域的照度满足要求，又可以减少电能的损耗，满足智能照明的需求。而且感光元件的位置可以移动，使得该照明控制系统可以灵活地应用于不同大小的照明场景。

课题的基本内容

1.照明控制系统硬件设计

（1）设计感光电路，使其能够在室内比较准确地取到多个点的照度来表征室内环境的采光照度情况。将光信号转化为电信号。照度的计算是由控制芯片完成的。室内环境的光照信号传递、处理过程的框图如下：

在我们的项目中，考虑使用TSL2561感光芯片，将光照强度信号变成数字信号，传输到单片机进行数字信号处理。

TSL256 1感光芯片的数字输出符合标准的I2C总线协议;模拟增益和数字输出时间可编程控制;1. 25 mm ×1. 75 mm 超小封装,在低功耗模式下,功耗仅为0. 75 mW;自动抑制50 Hz/ 60 Hz 的光照波动[8]。引脚如下图所示：

TSL256X内部结构图

（2）LED主电路

为了使LED灯方便被控制电路控制，我们需要选择合适的LED调光电路。

对于灯的调光，一般可以通过以下几种方式：

a 通过调节和灯串连的可变电阻或者可变电感的方式。缺点是电阻会消耗很大的能量，因此效率不高。

b 利用可变的变压器给灯供电，调节可变电压器的输出从而调节灯的输出。缺点是变压器的个头和重量都很大。

c 在电路中利用可控硅来调节供电电流，小而且便宜。缺点是很难实现数控调光；

d 在电路中利用电感线圈和灯串连，通过增加电流频率增加电感感抗，减小灯输出。频率调光的效率比较高，也可以进行数字控制。

e PWM调光方式，通常应用于直流电源中对钨丝灯泡等线性负载的调光。它具有电路简单、成本低廉，调节精度高灯优点[9]。

考虑到我们的项目需要对LED灯进行比较精确的控制，因此我们选择PWM调光方式。对LED供电的可调光电路的主电路图，我们用protel软件编辑如下图所示，采用凌特公司的高亮度LED驱动芯片LT3491芯片[10]，对LED灯进行驱动，驱动芯片的PWM信号由控制电路的芯片来提供。输入电压由市电经过滤波，整流，降压，功率因素校正得到。

（3）LED控制电路，将感光探头得到的光照度和设定的初始光照度进行比较处理，在MICROCHIP(MC)芯片中产生PWM信号，控制LED主电路的开关管，从而对LED灯具进行调光控制。：

由于至少要接受4个感光探头的信号和输出4个PWM信号，所以我们选用MICROCHIP公司的高性能的单片机PIC18F87J11系列[10]，它内部有5个PWM控制模块，4个PWM输出通道，外部有64个引脚，采用8位或是16位接口，足够满足我们的控制电路需求。

（4）硬件连接

感光芯片TSL2561 可以通过I2C 总线访问，所以硬件接口电路非常简单。我们选用的MC微型处理器带有I2C 总线控制器，只需要将该总线的时钟线和

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nfg2.html