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1、楼道红外线感应照明灯设计【摘要摘要】: : 本文介绍了红外线感应开关的原理，采用热释电红外探头（PT8A2621）将接收到的微弱信号加以放大，然后驱动继电器，制成红外热释电感应开关。本开关能探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关会自动开启。该设计可作为企业、宾馆、商场及住宅的走廊、楼梯、电梯间、卫生间、库房等处的自动开关，起到“人来灯自亮，人走灯自灭”的作用，既新颖方便，又节约用电，在某些场所还能起到威慑盗窃活动的防范作用。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。【关键词关键词】 ：红外线 感应开关
2、 红外辐射 探测区域一、绪论一、绪论电力作为一种洁净方便的能源广泛的应用与我们的生活与生产方面，因此电能的节能尤为重要，要节能首先就要做到节约能源，其次再通过科学研究发明更加人性化和节能的用电器。热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938 年，有人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。它目标正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。 （1）红外线感应灯控制
3、系统的现状及发展趋势我国照明缺乏独创产品，模仿产品居多，基础加工落后，只顾外表，轻视功能，产品的品种比较单一，性能差。尤其是在“智能”照明方面，缺乏创新，与国外智能灯具在技术研究方面有着不小的差距。我国现阶段的照明系统一般采用主电源经配电箱分成多路配电输出线，提供照明灯回路用电，由串接在照明灯回路中的开关面板直接接通或断开供电线来实现对灯的控制，灯只有开和关两种状态，无逻辑时序及亮、暗调光控制，因而无法形成各种灯光亮度组合的场景及系统控制。全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展所急需解决的问题。每年照明电能消耗约占全部电能消耗的 1
4、2%15%，作为能源消耗的大户，必须尽快寻找可以替代传统光源的节能环保光源。LED 以其较之于传统照明光源所没有的优势，诸如较低的功率需求、较快的响应速度、绿色环保以及不断快速提高的发光效率等，成为目前我国今后照明系统发展的方向。基于目前国内国际形势，尤其是能源紧缺，智能照明必是以后照明系统的发展方向。智能照明将会使人们利用起来更加便利，改善家庭环境，不仅为建筑照明提供多种的艺术效果，而且使灯具控制和维护变得更为简单，而且具有可靠性高、安装布线容易。（2）红外线感应灯控制系统的优点智能化已经成为当今建筑发展的主流技术，涵盖从空调系统、消防系统到安全防范系统以及完善的计算机网络和通信系统。但是长
5、期以来，智能照明在国内一直被忽视，大多数建筑物仍然沿用传统的照明控制方式，部分智能大厦采用楼宇自控（BA）系统来监控照明，但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。相比之下，智能照明系统体现出强大的优越性，它在智能建筑中的应用越来越广泛。智能照明系统在智能建筑中的应用效果如下：(1)改善工作环境，提高工作效率。(2) 可观的节能效果。智能照明控制系统使用了先进的电力电子技术，能对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）进行智能调光。当室外光较强时，室内照度自动调暗，室外光较弱时，室内照度则自动调亮，使室内的照度始终保持在恒定值附近，从而能够充分利用自然光实现节能
6、的目的。除此之外，智能照明的管理系统采用设置照明工作状态等方式，通过智能化管理实现节能。(3)提高管理水平，减少维护费用。智能照明控制系统将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理，不仅使大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去，而且将大大减少大楼的运行维护费用，并带来较大的投资回报。二、红外线感应开关电路（1）红外线感应开关电路的原理功能特点：基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入开关感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载。人不离开且在活动，开关持续导通；人离开后，开关延时自动关闭负载，人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能。具有过零检测功能：无触点
7、电子开关，延长负载使用寿命。应用光敏控制，开关自动测光，光线强时不感应。安装调试，因开关左右两侧比上下两侧的感应范围大，所以安装开关时，应使其正轴线与人的行走通道方向尽量相垂直，这样可以达到最佳感应效果。安装好开关后加电，当环境光线充足时，开关进入监控状态，用物体遮住环境光线使开关感应工作，人不离开且在活动，开关将持续工作；人离开后，开关自动延时关闭负载。安装好开关后加电，当环境光线不足时，开关直接进入监控状态，人不离开且在活动，开关将持续工作。（2）红外线感应开关电路的控制方式以下主要介绍红外线及其控制的基本原理。红外光发射及红外发收系统的组成，红外遥控系统的基本结构和控制方式. (1)红外
8、光波谱红外光又称为红外线或红外辐射。红外光是一种电磁波，人眼看不见。通常，将电磁波波谱中间间隔为 0.76 到 1000m 的波普段称为红外光谱区。一般把红外光谱分为即近红外、中红外、中远红外和远红外区四个区域。为什么要采用近红外光作为红外遥控的光源，其原因主要如下：一般的接收用的光电二极管、光敏三极管大都采用硅半导体材料制作而成，这类管子对波长为 780 到 1550nm 的红外光的探测灵敏度最高。红外光发射器件，尤其是采用GaAs、AlGaAs 等半导体材料制作的红外发光二极管，发射波长在 880 到 1700nm 范围内，这与硅光电接收器件的相应波长相匹配，使探测灵敏度高，导致了工作效率
9、的升高。(2)红外收发系统 驱动方式红外发光二极管是一种由 PN 结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光，投入到实践当中。驱动方式除直流电流驱动方式外，发光二极管还有交流电流驱动方式和脉动电流驱动方式等在红外遥控系统中，通常采用脉动电流驱动方式，即脉冲式红外光发射方式，而不采用恒定直流驱动方式，即平均发射方式， 红外接收系统的组成红外光遥控接收系统主要由红外发射电路和红外接收电路组成。在红外发射电路中，脉冲信号由波形发生器产生，经驱动级放大后驱动红外发光二极管，使红外发光二极管发射出一列等幅的红外光脉冲信号。 红外遥控系统的控制方式红外光遥控系统分
10、为单通道红外遥控开关方式、单通道步进式红外遥控方式、双光束红外遥控方式、多通道红外遥控方式。 红外遥控的基本原理主要介绍红外遥控的发射电路原理和红外接收、控制电路原理。红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或可控硅组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再将所得到的电信号送达到后置放大器。 (3)红外控制和传统开关控制的比较传统开关的缺陷：没有简单的方法实现全开全关的操作，离家前还得检查一遍是否所有的灯已经关闭，非常麻烦。双控开关布线复杂，更无法实现三控和多控。在装修好的房子里增加灯和开关，就会破坏装修，房间越大就越不
11、方便。关灯原理不合乎节能的要求。因力，由于关灯不方便，造成关灯不及时而浪费电。没有调光功能，有的时候灯太亮却无法调暗，刺激人眼，而且费电，只有更换灯泡才能解决问题。红外线感应开关的优势：集中控制和多种操作功能：在任何一个地方的终端均可控制不同地方的灯；或者是在不同地方的终端可以控制同一盏灯。开灯时，灯光由暗逐渐变亮，关灯时，灯光由亮渐渐变暗，避免亮度的突然变化刺激人眼，给人眼一个缓冲，保护眼睛。而且避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击，保护灯泡，延长使用寿命。三、方案的设计与分析比较（1）方案设计采用一种单光束、单通道的控制方式,此方式是最简洁的红外线遥控方式。执行机件可以是继电器或可控硅器件，
12、达到控制对象开、关的目的。图1给出了单通道红外遥控开关电路的组成。（a）红外发射电路（b）红外接收电路图 1 单通道红外遥控开关电路组成（2） 方案比较分析双束红外遥控方式是才取两只串接的红外发光二极管发射两束红外光的。同样，在接收端指通过两只冰洁的光敏三极管来接收红外光束的。可以避免因某一光路主当而导脉冲发生器驱动级红外发射光电探测器高增益放大整流滤波开关电路执行机件致的误报。只有当两条光束同时被阻断时，才会发生误报，但控制电器的电源开关电路无需考虑是否误报，只是开关的接通与断开。而多通道红外遥控方式是当遥控通道数较多或被控对象数目多时，而采取的控制方式。此设计电路指是单通道。无需多通道红外
13、遥控方式。所以就选择了最简单，而且方便的单通道红外遥控电路。四、电路框图及其功能红外发射电路和红外接收、控制电路两部分组成了红外光遥控电风扇电源开关电路。红外发射电路主要以一只时基集成电路555为核心。红外接收、控制电路包括红外光电转换器、施密特触发器、双稳态触发器和可控硅触发电路。(1)电路设计框图(a)红外发射电路(b)红外接收、控制电路图 2 电路设计框图及其功能(2)环节功能红外发射电路：555 与电阻 R1、R2、C1组成一个无稳态多谐振荡器。555 输出的振荡脉冲直接驱动红外发光二极管，使其发出红外指令信号。红外接收、控制电路：红外光电三极管和电阻组成红外光电转换器。555 与电阻
14、和三极管组成施密特触发器以实现对电器（灯）的控制。双 D 触发器 SN74LS74 接成双稳态触发电路。无稳态多谐振荡器红外发光二极管红外光电转换器施密特触发器双稳态触发电路五、系统总体框图，电路的原理、参数及设计(1) 系统总体框图：图 3 系统总体框图(2) 电路原理红外光控电器（灯）电源开关电路由光敏电阻式光控开关电路，红外发射电路和红外接收、控制电路组成。 光敏电阻式光控开关电路光敏电阻式光控开关的原理及作用：当照度下降到设定值时由于光敏电阻阻值上升使运放 IC 的反相端点位升高，其输出激发 VT 导通，VT 的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控 制。将
15、光控开关应用于红外线感应灯控制系统中可以提高节能。通过光敏电阻来分析环境的光强度，在光线较强时，不触发开关电路中的探头；当光线较弱时，自动触发开关电路来控制灯具，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。光控开关电路如下：红外发射电路是以一只时基集成电路 555 为核心组成的。555 定时器的结构功能如下：+-+-C2C1vc1vc2G1G2QQG3G4v0TDRDVccVcov11 (TH)v12 (TR)vOD DISC1VR2VR172658435k5k5k图 5 CB555 的电路结构图由图 5 可知，当 v11VR1、v12VR2时，比较器 C1的输出 vC1=0、比较器 C2的输出vC
16、2=1,SR 锁存器被置 0，TD导通，同时 v0为低电平。当 v11VR2时,vC1=1、vC2=1，锁存器的状态保持不变，因而 TD和输出的状态也维持不变。当 v11VR1、v12VR2时,vC1=0、vC2=0，锁存器处于 Q=Q=1 的状态，v0处于高电平，同时 TD截止。输 入 输出Rd01111V112/3VCC2/3VCC2/3VCC2/3VCCV121/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCCV0低低不变高高T 状态导通导通不变截止截止表 1 555 定时器的功能表IC1 LM5555162748C1R2R1R3SAC3GBC23图 6 红外发射电路红外接收、控制电路包括红外光电转换器、 、双稳态触发器和晶闸管触发电路等。红外光电三极管 VT1和电阻 R1、RP1组成红外光电转换器。平时，光电三极管呈高阻态，对后级电路没有影响。施密特触发器由 IC1（555）和 R1、RP1及 VT1 组成，双稳态触发器由双 D 触发器 SN74LS74 接
