基于led的通用型智能开关的设计方案研究_基于LED的通用型智能开关的设计方案

1.介绍

随着我国经济社会的发展，照明用电量已占总用电量的10%~12%，照明节能已成为节能环保的重要方面。照明节能的目的是在保证照明规模和照明质量的前提下，减少照明系统中的能量损失，最有效地利用电能。

主流照明节能技术包括节能照明光源(如LED照明)和节能电路(如调光电路和节能开关)，这两种技术的综合应用是照明节能技术的新趋势。在中国，LED照明设备具有良好的发展前景，但现有的节能电路技术普遍存在以下两个缺点：

(1)调光电路多由单片机等芯片组成，成本高，不利于原有电路的安装和更换；

(2)节能电路复杂，安装相关设备时需要对室内或其他应用场所的原有照明系统进行较大改造，安装维护成本高，实施难度大。

针对以上缺点，本文利用LED照明设备模拟和数字电路中常用的简单元件，设计并实现了一种低成本、小型化、环保节能、安装维护方便的通用智能开关。

2.系统电路和工作原理

2.1工作原理

本文设计的LED智能开关主要包括智能控制电路和智能调光电路两部分，如图1所示。

智能控制电路接口C、D连接有可根据光线强弱而开启和关闭的控制电路，控制主要由晶闸管D1、D2完成；智能调光电路接口A和B连接到控制电路，该控制电路可以随光强改变晶闸管的导通角。智能开关的工作原理如图2所示。

2.2智能控制电路

智能控制电路可以根据用户设定的亮度自动开灯和关灯。连接到其C和D接口的电路(见图1)主要由LM339和74LS02组成，如图3所示。

其中，R6的阻值可以根据不同的环境设置开关的灵敏度，LM339主要比较R5两端的电压是否在光敏电阻两端的电压和R6两端的电压之间；74LS02主要是将比较结果变为高低电平，然后通过三极管和继电器控制晶闸管的开通和关断；调节调节旋钮1，通过连续打开和关闭灯来设定亮度极限。智能控制电路主要通过控制晶闸管D1和D2的开通和关断来控制照明设备的开启和关断(见图1)，其工作原理如图4所示。

2.3智能调光电路

当LED照明设备开始工作时，本文设计的智能开关会根据环境照明条件的变化，通过智能调光电路自动改变照明设备的亮度。图5示出了连接到图1所示的智能调光电路接口A和B的电路。

用户通过调节旋钮2连续设置环境需要保持的亮度；智能开关根据设定的亮度和实际环境光强的变化，自动改变LED照明设备的亮度，从而维持设定的亮度要求，起到节能的作用。

智能调光电路的工作原理如图6所示，其中R19电阻的变化导致振荡器频率的变化，这种频率的变化可以改变电容C3的充电时间，由此产生的尖脉冲可以控制晶闸管D13的导通角，进而控制灯两端的有效电压，从而控制灯的亮度变化。

3.性能测试和分析

为了测试本文设计的智能开关的实际性能，作者在室内搭建了测试环境。

环境通过透明玻璃窗与室外亮度保持一致，c

图7所示的曲线表明，本文的智能开关可以在室外环境亮度逐渐变弱时，自动调节LED灯的亮度，使其逐渐变亮，从而使室内光线的亮度保持在预设的范围内。同样，当室外光线的亮度逐渐变强时，智能开关可以控制LED灯的亮度逐渐变暗，从而维持预设的室内亮度。可以看出，本文设计的智能开关可以在保持室内亮度的前提下，节省LED灯的功耗。

4.结论

本文提出了一种基于LED照明设备的通用智能开关的设计方案，集成了简单模拟电路和电子电路的基本元件，设计并实现了一种适用于LED照明设备的智能开关，并测试了智能开关的工作性能。与基于单片机的智能开关不同，本文的智能开关具有以下特点：由纯硬件电路实现，在制造和使用过程中不需要软件编程和设置；操作控制简单，安装简单，使用方便；(3)开关成本低，适用于成本控制要求高的场合。