微功耗高灵敏度声光控制型LED照明灯的设计
摘要 利用MK6A11P的微功耗特性,设计了具有微功耗、声光控制、高灵敏度的LED照明灯。其具有0.1 W的待机功耗、灵敏度高,克服了现有声控灯灵敏度过低的问题。同时解决了声控灵敏度高时产生的常亮现象,可广泛应用于人群流动较为随机的公共场所,如走廊、电梯口、公共卫生间等。经实验证明,这种LED照明灯具有电路简单、工作稳定可靠、点亮时间可调等优点。
关键词 MK6A11P;LED照明灯;声控;微功耗
智能型照明灯能够根据需要适时地改变照明状态,在保证舒适性的前提下尽量节省电能。具体措施是在无人时及时自动熄灯,在有可利用的自然光时,适时地减少或停止电气照明。如走廊、电梯口、公共卫生间等处采用的声控灯或感应灯,此类智能灯具有很大的节能效果。
传统的照明灯正在逐渐地被新型的高效、节能、环保、长寿命的半导体照明灯具所取代,如楼道所用的LED灯,其在白天和晚上的大部分时间处于待机状态,因此在设计中实现低功率待机是很关键的。
由于现有的产品为减少待机功耗,使用压电陶瓷片作为声音传感器,频率响应很差,特别是对低频声音的触发灵敏度过低,只有发出很大的响声时,才能点亮灯具,因此使用很不方便。
文中利用MK6A11P的微功耗特性设计了微功耗、声光控制型高灵敏度LED照明灯。这种照明灯采用驻极体电容话筒作为声音传感器,具有很好的频率响应,大大改善了对低频的响应。
当灵敏度提高后就会产生对环境噪声很敏感的误报现象,特别是白天各种噪声较多,声控灯有可能变为“常明灯”。例如早晨或者白天光亮不足时,LED照明灯被点亮后,由于工作在“可重触发”模式工作,因此只要有声音灯就会一直亮,而这时光亮却很充足。
如果采用“不可重触发”模式工作,则被点亮一段时间后,无论有无声音,灯具总是关闭2~3 s,然后再检测环境光照条件,如有声音信号则灯具被点亮,这样就克服了上述的缺点,但人在时频繁关灯,会产生不适的感觉。
文中利用MK6A11P单片机的智能功能,克服了上述缺点,并采用麦克风、声音放大器与MK6A11P单片机串联的方法,提高了检测灵敏度,降低了待机功耗。在LED驱动电源部分采用电容降压方式,省去了复杂的驱动电路,这种电路损耗小,具有一定的恒流驱动特性,可延长LED的使用寿命。灯具被触发后,其照明时间在5~40 s之间可调,满足不同照明场合的需求。
1 LED灯的整体框图
图1为整体框图,交流220 V电源经过电容降压后,再经整流和滤波后变成直流电来驱动LED灯具,同时经过高阻值的限流电阻,产生麦克风、放大器和单片机的供电电源。单片机接收到声音触发信号后,通过光检测器检测环境亮度,通过可控硅控制LED组件的亮灭。灯具的点亮时间可利用外部的振荡频率控制电阻进行改变。
1.1声光控LED灯声音检测电路
在图2中,交流220 V电源经过降压电容C3、整流桥D1后变成直流,经过限流电阻R1后提供给话筒和放大器。通常驻极体话筒的额定工作电流为300~500μA范围,因此R1的选取范围应能提供这个电流值。全波整流后的输出电压平均值由式(1)决定。
式中RL为整流桥输出端的负载电阻Uin=220V。由于RL两端的电压远大于AB两点的电压,因此RL≈R1=430kΩ,代入式(1)后可得I0=460μA。
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