led灯光设计

350㎡室内展厅九区域LED灯光控制设计

摘要：350m2室内展厅九区域led灯光，在有人参观前，led灯

的亮度在20%左右，当人站在某一区时，led灯由暗亮逐渐升至全

亮，此设计的目的为控制led灯暗亮和节约电能。

关键词：室内展厅；led；节约电能

中图分类号：tm923.34文献标识码：a文章编号：1007-9599(2013)

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系统的优点是启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内；只要

有人在一个区域内参观时，led灯光由昏暗状态慢慢亮起直至长亮，

配合led亮条灯，让参观的人体验一种神秘又画龙点睛的效果。本

人自己设计了从该方案、电路图纸、制作、调试全过程。本设计详

细介绍了系统的控制原理及硬件电路。

1九区域led灯光控制系统的理论分析

1.1led调光原理

要改变led的亮度，是很容易实现的。首先想到的是改变它的驱

动电流，因为led的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。

1.2九区域led灯控制原理

如上所述，只要调节led灯的正向电流，就能改变led的发光强

度，2.1.1节内是针对一对一的led调光原理来阐述。而现实问题

是展厅内，有9个回路的led灯，每个回路的led灯都是并联在一

起，每个回路功率大约为1200w左右，当然第九区回路只有几百w

而已。当时因为工程紧急，朋友来找我时，一时找不到大功率调节

led的设备，我就想还是用工业可控硅方法来控制比较好，虽然贵

些。

而我是用淘宝买的全隔离单相调压器对每一路led进行调压。虽

然不能做到精确调压，但是灯光的暗亮还是能够调节的。

交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应

电动机或其它电阻电感混合负载等。由于感性负载本身滞后于电压

一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性

负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角、

负载阻抗角都有关系。其中负载阻抗角，相当于在电阻电感负载上

加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为。为了更好的

分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分三种工况

分别进行讨论。

（1）控制角触发

在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在的正半

周角时，触发导通，输出电压等于电源电压，电流波形从0开始上

升。由于是感性负载，电流滞后于电压，当电压达到过零点时电流

不为0，之后继续下降，输出电压出现负值，直到电流下降到0时，

自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流从0开始上升

到再次下降到0这段区间称为导通角。由后面的分析可知，在工况

下，因此在脉冲到来之前已关断，正负电流不连续。在电源的负半

周导通，工作原理与正半周相同，在断续期间，晶闸管两端电压波

形。

（2）工况

在工况下，阻抗角相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得

负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适

用，由于，公式右端小于0，只有当时左端才能小于0，因此，如

图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在时刻被触发导通，由于其导

通角大于180，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，因受

反压不能导通，继续导通直到在时刻因电流过零关断时，的窄脉冲

已撤除，仍然不能导通，直到下一周期再次被触发导通。这样就形

成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，始终为单一方向，在电

路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽

脉冲或脉冲列触发方式。

综上所述，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效

的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在之间，

同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉

冲列触发。

2九区域led灯控制方案的确定

2.1控制方案的比较和确定

九区域led灯控制系统主要由plc、模拟量输出单元、单相调压

模块、红外线人体探测器及低压电器组成。系统主要任务是利用plc

控制单元使每一路单相调压模块控制相对应的每一路led灯，实现

红外线人体感应器感应到有人后led灯的慢慢发光直至长亮。根据

系统的设计任务要求，有以下几种方案可供选择：

（1）有供水基板的调光器+led灯+红外人体传感器

这种控制系统结构简单，它将pid调节器和plc可编程控制器等

硬件集成在调光基板上，通过设置指令代码实现plc和pid等电控

系统的功能。而且暂时还找不到大功率的调光器。

（2）单相调压器+单片机（包括调光控制）+红外人体传感器

这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高

的性价比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现

场调试的灵活性差。

（3）单相调压器+plc（包括调压控制）+红外人体传感器

由于plc产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要

求不同控制系统。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出

第三种控制方案更适合于本系统。

2.2九区led灯调光系统控制流程

九区led灯调光系统控制流程如下：

（l）系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，plc输

出继电器吸合命令，单相调压模块随即工作，拖动每一回路led灯

组20%的亮度工作即plc的模拟量输出为0.98v左右（单相调压器

的触发端输入给定电压选用0~5v）；

（2）当红外线人体感应器测得的用户在该区域活动时的信号，

传输到plc内，plc根据程序利用浮点加法运算，以1毫秒为一个

周期，每个周期+0.5个浮点实数，运算的公式如下：

3200+0.5*一定时间的扫描周期=16000

时间的运算方法可以理解成：（16000-3200）÷

0.5=25600ms=25.6s即25.6秒。plc浮点运算出来的实数去转换为

整数，再将整数转换为模拟量映像输出。

大约在25.6秒内模拟量输出为由0.98v逐渐升至4.98v，此时

led灯组由20%的亮度逐渐升至100%的亮度。当人走到第二个区域

时，同样二区的led灯由20%逐渐升至100%，后面3至9区域的led

灯组工作原理同一区。

（3）当九个区域都参观好后，控制人员只要按一下系统停止按

钮，plc模拟量输出端电压由4.98v慢慢降至0.98v，整个展厅的

灯也由100%的亮度降至20%的亮度。当无人参观时，手动关闭系统

及电源。

2.3plc程序及工作原理

（因程序页数比较多，本人只讲解第一区部分）：

网络1：

系统通电接触器吸合

plc开机，第一个扫描周期内9回路映像输出吸合、中间继电器

吸合、接触器也吸合、单相调压模块处于通电工作状态。

网络2：

20%节能给定

20%的给定，我选用单相调压模块输入端给定0~5vdc的输入。故

mov_w指令内给双字节存储器vw100一个+3200的值（该值对应输

出约为+0.98v）。

通过这次设计结合我以前做过的这个小工程，我发现学以致用相

结合是非常重要的。将九区域led灯光的要求，进行单相调压模块

的使用对于我来说是一个很大的挑战。虽然国内的舞台灯光调光技

术已经非常成熟，但对于led调光这块领域几乎是一个空白。

[作者简介]王俊峰（1971.8.5-），男，汉族，黑龙江绥化人，上

海蓝星聚甲醛设备部经理，研究生，研究方向：自动控制。