第26卷第4期
2009年8月
黑龙江大学自然科学学报
JOURNALOFNATURALSCIENCEOFHEILONGJIANGUNIVERSITY
VoL26No．4
August，2009
智能LED照明系统的研究与设计
王立刚，建天成，李晶晶
(大庆石油学院电子科学学院，大庆163311)
摘要：分析了学校、办公室等地点照明和LED灯的的特点，利用人工智能原理，设计了智能
高效LED照明系统，并进行了分析说明，利用基于专家知识的数据融合技术，建立了知识库。设计
了温度、人体检测、照度检测及PWM电路，经过实验达到了要求，本研究成果可组合应用到照明领
域，对近一步开发智能LED照明系统具有一定的意义。
关键词：智能；发光二极管；照明系统
中图分类号：TN312+．8文献标志码：A文章编号：1001—701l(2009)04—0543—03
0引言
在我国，照明耗电占年发电总量的12％(超过100亿kW·h)，而对照明时间长，照明场所多的学校、
办公室等地点的照明灯具多为白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯，照明耗电超过本单位所有耗电的
40％t1]，控制方式多采用手动开关，不能连续调节，有些地方有人和无人，白天黑天都亮着。很难科学管
理，从而造成大量的能源浪费；LED光源的特点：节能、寿命长、光效高、环保、可控制好、无辐射及低功耗
等，并且LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80～90％。白光LED的能耗仅为白炽
灯的1／10、荧光灯的1／2、节能灯的1／4，普通自炽灯的光效为121111·W一，寿命小于二千小时，螺旋节能
灯的光效为601nl·W一，寿命小于八千小时，T5荧光灯则为961nl·W～，寿命大约为一万小时，而1W的
高亮度白光LED为601Ill·W。1以上，寿命可大于十万小时，随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及
LED的光效的提高，用LED替代白炽灯、荧光灯、节能灯、螺旋节能灯将成为必然，因此，研究设计智能
LED照明系统有较大的使用价值。
1智能LED照明系统的结构
LED灯温度检测模块中的温度传感器采用DSl8820，
其测量温度范围为一55oC一125oC，在一10℃一85℃范围
内，精度为±0．5℃，完全满足本设计的测量温度范围和精
度要求，向专家智能模块提供LED灯的温度信息；人体检
测系统用于检测照明区人多少的信息，主要有调制器、热释
电传感器和相应的检测电路组成，向专家智能模块提供静
止人多少的信息；光照度检测用于检测照明区内光照信息，
向专家智能模块进行亮度控制提供依据；亮度控制器产生
一定占空比的脉冲信号，控制LED驱动电源输出一定的驱
动电流去控制LED灯的亮度；LED驱动电源为LED灯提
供一定的电流和电压。
微处亮度控制器
LED灯温度检测C=今理器●
与专LED驱动电源
1人体检测系统㈢家智
能模上
1光照度检系统l>块≤dLED灯
图l智能高效LED照明系统结构图
Fig．1Thediagramofintelligentand
efficientLEDlightingsystem
．收稿日期：2009一04一16
基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目(11521012)
作者简介：王立剐(1959一)，男，副教授，主要研究方向：数据融合技术、光电检测技术、模式识别与人工智能、智能电子设备及嵌入式理论
与应用。
万方数据
·544·黑龙江大学自然科学学报第26卷
2专家智能模块的设计
智能模块等同于一个专家系统，是智能LED照明系统的核心，其中知识的多少、综合数据是否齐全、
推理能力的强弱直接影响到智能LED照明系统智能的高低，本系统主要利用基于专家知识的数据融合技
术，跟据数据融合的结果对LED灯进行有效的控制，虽着智能技术H】、微处理器的不断发展，智能程度也
不断提高。
2．1知识库
采用基于专家知识的数据融合技术"1，设计知识表1基于专家知识的数据融合表
库中的知识，可克服常规的数据融合技术计算复杂，实Table1Datafusiontablebasedonexpertknowledge
时性差难于实现的缺点，如表l。、顽r五罚而赢■灭两赢磊磊■面丽丽菊i1矿
其中：“Ai，曰i，Ci(江l，2，3，4)和“0”代表相应传1000D．
感器转换信息的有无大小，D。一D8表示这多个信息的200ctD2
融合结果，其中融合的结果是关键，需经多次实验才能3oBioD3
确定，它决定如何对LED灯进行科学的控制，达到智：7．：言：
能高效的目的。6A20c3D6
2．2综合数据模块7A，B，0D7
用于存放照明控制中的原始数据、经验值及电路8At鼠c4风
的基本参数、各种补偿数据及性能参数，推理过程中所—三一——生一一一一旦L一墨一堡
用的事实数据，也可用于存放推理过程中得到的中间
数据。
2．3推理机
根据传感器及综合数据模块中的数据，利用知识库中的知识进行思维、推理后作出判断，控制LED驱动
电源及亮度调节电，达到智能高效照明的目的。
2．4知识获取单元
根据不同的照明环境及要求负责建立、扩充知识，并对现有的知识进行一致性、完整性的维护等。
3硬件电路的设计
3．1人体检测系统的设计
选SD02型热释电红外传感器。SD02型热释电红外传感器由热释电敏感元件(两个)、场效应管、高阻
值电阻和滤光片(Fvr)等组成。
双敏感元的SD02型热释电红外传感器产生的热释电信号只与它本身温度的变化率成正比，或者说热
释电效应只对运动着的人体有反应，为了对照明范围静止人和运动人的检测需要在SD02前加透镜、滤光片
和调制器。
3．2基于DSl8820的温度检测
温度检测模块中的温度传感器采用Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器DSl8820。其测量温度
范围为一55oC一125℃，在一10℃一85cc范围内，精度为±0．5℃，完全满足本设计的测量温度范围和精度
要求。
对于中大功率(300W以上)的LED灯，温度的控制很重要，温度的高低影响LED的发光效率和寿命，本
系统对它的温度进行实时检测，利用微型风扇进行降温，保证LED灯正常工作。
3．3基于光敏电阻的光电检测
通过对光敏电阻各种性能的讨论研究，发现光敏电阻的光谱响应范围相当宽；工作电流大，可达数毫安；
所测的光强度范围宽，即可测弱光，也可测强光；灵敏度高，通过对材料、工艺和电极结构的适当选择和设计，
光电增益可以大于1；偏置电压低，无极性之分，使用方便。
根据上面所作的分析，考虑到调光电路中光敏电阻所处的环境及检测光亮度的范围大约在1501x(室内
光照度需要开灯照明)到2501x(室内光照度不需要开灯照明)之间。在设计中最终选用国产MG45—5型光
敏电阻。
万方数据
第4期王立刚等：智能LED照明系统的研究与设计·545·
3．4用NE555定时器构成的调光
大多数LED驱动电源都有PWM调光功能，如NCPl200及LT系列可设计大功率的LED驱动电源。根
据国家标准民用建筑照明设计标准(GBJl33—90)，控制亮度在2501x左右。
首先通过人体检测系统检测是否有人，并探测环境亮度。如果没人，所有LED灯均不开。如果有人，分
成二种情况：若需要照明环境的照度X>250Ix时，LED照明灯处于关闭状态；若需要照明的环境的照度X
<250lx时，LED照明灯具处于开启状态，并且随着环境照度利用PWM调光脉冲调节LED灯具的照度，
LED灯具照射到室内的平均照度为E=250一X。
4结束语
该智能LED照明系统的实现，是综合运用微处理器、人工智能、传感器、数据融合、LED驱动电源及微电
子技术的结果，它对提高LED照明系统的性能、照明领域的节能及环保很有意义。该系统在人体检测及光
照度检测的准确度方面有待提高，智能模块的实现也有一定的问题，继续开展这方面的研究，进一步提高智
能LED照明系统的性能。
参考文献
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ResearchanddesignoftheintelligentLEDlightingsystems
WANGLi—gang，JIANTian-cheng，LIJing-jing
(School0fElectronicsScience。DaqingPetroleumInstitute，Daqing16331i，China)
Abstract：BasedontheanalysisofthecharacteristicsofLEDlightsandthelightingoftheschoolandofficelocao
tions，theintelligentandefficientLEDlightingsystemwasdesigned，andthedescriptionandanalysisWasgiven，U-
singtheprinciplesofartificialintelligence．Basedontheexpertknowledgeofdatafusiontechnology，theknowledge
baseanddesignedthetemperatureandthehumanbodydetectioncircuit，illuminationcircuitandthePWMcircuit
wereestablished．Theresultsshowsthatthisstudycanbeappliedtothefieldoflighting，itisacertainsignificance
forthefurtherdevelopmentofintelligentLEDlightingsystem．
Keywords：intelligent；lightemittingdiode；lighringsystem
万方数据
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