基于TX982的节能LED楼梯过道灯控制器设计

赵继帆

（江苏大学 京江学院，江苏 镇江 212013）

基于TX982的节能LED楼梯过道灯控制器设计

赵继帆

（江苏大学 京江学院，江苏 镇江 212013）

文中设计并实现的楼梯过道感应控制灯装置采用TX982作为移动物体信号检测器，以NE555集成电路延时启闭照明驱动电源，LED灯组件驱动芯片采用A6210通用驱动IC。系统运行表明，能在约5 m范围内快速检测通过人员，并开启LED灯，延时3分钟后关闭。

LED；微波感应；延时控；TX982；A6210

传统的建筑楼宇楼梯过道照明灯具采用白炽灯，功率通常是25～60 W，耗能偏大，随着近年来LED研发水平的快速提高，目前市场上采用LED的绿色光源产品日益广泛[1]，本设计采用3 W白光LED灯作为楼道照明，相当于40 W白炽灯，节能效果明显，且照明光线自然。另外，一般的感应灯的信号探测距离较小，实际操作不方便。本控制器实现的功能及优点是，楼道灯白天关闭，夜间光强度低于一定值时，若有人进入5 m左右有效探测空间，系统可以自动开启照明，并延时关闭。控制器的主要组成部分有雷达传感器TX982、NE555定时器、LED驱动电源3部分。系统经过实际制作运行，能够实现预定功能及节能控制的目标。

1 系统总体框图

楼道灯总体结构包括控制器和灯具，如图1所示，其中电源采用无变压器电容降压形式，其中电容及并联电阻取值应在在工作状态调整，留有一定功率余量。信号检测单元TX982完成人体及其他移动物体信号的检测，对此单元要求是感测空间范围足够宽、反映灵敏、信号强度足够、工作可靠、抗外界干扰能力强。NE555模块完成延时控制，运用器件的单稳态模式，接收一个负脉冲触发后应能可靠延时规定的时间，而且NE555的工作状态还应有辅助电路鉴别白天和晚间工况。LED驱动电源应设计有启动关闭控制功能的恒流驱动电路，LED灯采用光效性能高的白光LED芯片模组通过混联实现。

图1 楼道灯控制框图Fig.1 Control block diagram of staircase aisle lamp

2 雷达传感器TX982信号探测与变换

TX982是利用微波多普勒效应制造的微波感应控制模块，通过环状天线和内部微波三极管组成一个工作频率为2.4 GHz的微波振荡器，在其轴芯方向产生一个椭圆形、半径2～6 m（可调）的空间微波探测场,环状天线既做发射天线也作接收天线，在该器件在所建立微电场覆盖的空间内，当人或活动物体进入时，产生反射回波，回波信号经感应控制模块内部电路信号混频，分离出微弱的移频信号，由专用微处理器对信号进行脉频和脉宽处理，输出控制信号高电平信号，信号的发射和接收过程可以排除小动物、高频通讯信号、闪电和电器启闭时的干扰，因此比热释电传感器或一般微波传感器电路抗外界干扰能力强，它也具有红外线传感器所无法比拟的全方向感测能力[2]。

TX982的主要参数：工作电压范围12～15 V，静态电流5 mA左右，初次加电延迟开启时间60～90 s，监控距离2～10 m连续可调，探测错误率为万分之一。

TX982产生的高电平信号驱动图2中三极管S9013的基极，在集电极上产生一个瞬时低电平信号，相当于一个负脉冲，此负脉冲将作为后面555组成延时电路的触发信号输入。为简化电路设计、降低设计成本及较小装置体积，避免采用笨重的工频变压器，12 V直流电源通过220 V市电经简易RC降压得到，具体做法是：220 V经680 nF/400 V左右电容（需要实际调整），并联一个1 MΩ左右的泄放电阻）降压，再经4×1N4007桥式整流电容滤波，输出端口接一小阻值限流电阻及12 V稳压管。

设计调试中实测TX982的输出电压约5 V，据此反复测试系统工作的灵敏度范围，调定R1及R2阻值如图2所示，在系统工作过程中S9013可靠处于截止或饱和状态。

图2 TX982信号及变换电路Fig.2 Signal and transform circuit of TX982

3 NE555延时电路

利用NE555时基电路构成单稳态触发器，当人进入设定感应电场区域时，在2端接收到一个由TX982检测并变换的负脉冲信号，触发内部电压比较器及RS触发器转换，在输出端3产生一个短暂高电平稳态信号[3]，此信号控制LED驱动电源芯片进入照明开启工作状态，系统延时控制电路如图3所示。

图3 NE555构成延时电路Fig.3 Delay circuit composed by NE555

图3电路中，光敏电阻R6与R7、R5构成光控电路实现NE555使能控制，即当白天日光照强度大时，光敏电阻R6阻值较小，处于饱和状态使VT3处于饱和状态，NE555的4脚低电平复位,3脚输出低电平，此时即使有人经过楼道，感应灯不亮，当晚间无日光强度变弱，R6阻值变大，使VT3截止，NE555的4脚复位端置于高电平，复位功能不起作用，LED控制器处于待机状态，一旦有人进入探测区域，3脚正常发出高电平驱动信号。电路的光控灵敏度可通过改变R7阻值实现连续调整。

NE555电路的高触发端TH（6脚）和放电端D（7脚）接RC定时电路，低触发端TL（2脚）外接触发信号，因此单稳态触发器的定时时间就是输出脉冲的宽度Tw。NE555的延时时间具体的计算方法是，Tw=1.1RC=1.1×1.5×106Ω×100×10-6F= 165 s。

4 LED驱动电源

LED是利用半导体PN结在载流子发生复合过程中放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光的原理工作的发光器件，与白炽灯、荧光灯等传统光源相比，利用LED制造的照明光源具有节能环保、寿命长（可达10万小时）、响应快、发光效率高、不易破损、可靠性高等显著的优点，节能效果甚至比节能灯还要高1/4[4]。开发时间最长的引脚式LED一般做信号指示灯小功率应用，对于功率照明领域主要采用贴装式（SMT）LED。

此次设计的白光LED组件单元采用深圳源磊科技专业生产的高亮度3528SMD贴片白光LED，额定电压3 V，该种产品发光效率高、色度均匀性好。LED外形如图4所示，连接方式是5串10并混联，总功率3 W。

图4 3528贴片LED外形图Fig.4 Outside drawing of patch LED 3528

LED是直流工作器件，同时本设计中模组单元中有较多LED灯珠，为保证所有发光特性基本一致，减少闪烁，需要设计一个工作稳定的恒流驱动电源。

驱动单元若采用普通分列式元件开关电源电路，电路较复杂，调试工作量也较大，而一般集成开关电源芯片往往与LED照明驱动要求不完全适应，经分析比较，LED组件的驱动电源选择通用驱动芯片A6210及外围元件组成，如图5所示。A6210是用于高亮度恒定电流源驱动的降压调节器IC，具有过热关机保护、固定导通时间及波谷电流回授控制等功能，所需外围元件少，无输出电容，广泛用于高亮度LED组件驱动，输入电压范围9～46 V，输出电流可达3.0 A，待机电流小于100 μA，其引脚主要功能见表1。本设计中TON直接接高电平，不进行开关时间编程。DIS端为亮度调节，本设计用作二态控制，即低电平使A6210进入待机状态，LED组件不工作，高电平时全电流驱动LED组件工作[5]。

5 改进系统电源的设想

前述设计电路经过调整测试，在白天和夜间设定各个时段反复验证，电路能够实现预定的设计功能要求。但在实际运行中也发现有一定的不足。故又对系统进行了局部改进，主要是由于电源部分采用电容降压形式，存在一定额外损耗，工作电压的稳定性较差，随着电网电压有较大波动，LED工作时有一定的闪烁，且它不是隔离电源，安全性不好。也考虑到对本设计电路进行拓展性应用研究有一定应用价值，比如可以将电路延伸应用到街道路灯控制，此时应当考虑采用低功耗电源。即采用高功率因素开关电源芯片作为系统工作电源，可以较好克服上述电容电源的缺点。

图5 组件驱动电源Fig.5 Driving power supply for LED moudle

表1 A6210引脚功能Tab.1 Pin function of A6210

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和功率管构成。考虑为本照明系统供电的开关电源功率不大，设想采用常用的单片式开关电源TOP224Y芯片方案。

TOP224Y型只有3个引出端，其内部主要包括十大部分控制电压源、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器、误差放大器、脉宽调制器、门驱动级和输出功率管、过流保护电路、过热保护等，它能以最简单方式构成无工频变压器的反激式开关电源，TOP224Y开关频率的典型值为100 kHz,允许范围是90～110 kHz,占空比调节范围1.7%～67%[6]。

如图6所示为12 V TOP224Y单片开关电源工作框图。利用此电源电路替代原设计的简单阻容降压电路将进一步降低系统功耗，达到节能目的，尤其将系统拓展应用到街灯等功率更大的应用场合，接电效果无疑更加显著。

图6 TOP224Y开关电源工作框图Fig.6 Block diagram of TOP224Y power supply

6 结论

该设计的LED[7]感应楼道灯采用微波雷达传感器TX982可以对人体移动信号进行大范围采集，并具有较好抗外界环境干扰能力，利用NE555 IC进行延时控制，LED驱动芯片选用A6210高亮度通用驱动IC电路。整体电路所用元件较少，成本较低，动作灵敏，实际运行测试功耗为3.45 W，测试范围为空间4.75 m有效探测范围，延时时间约2分37秒。

[1]毛兴武.LED照明驱动电源与灯具设计[M].北京：人民邮电出版社，2011

[2]张晓东.微波探测器TX982及其应用[J].电子世界，2004(9)：47-49. ZHANG Xiao-dong.Microwave detector TX982 and its applcation[J].Electronics World，2004(9)：47-49.

[3]成立.数字电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]路秋生.LED照明与驱动[J].灯与照明，2012（3）：33-37. LU Qiu-sheng.LED lighting&its driving[J].Light&Lighting，2012（3）:33-37.

[5]张庆双.LED驱动及其应用电路[M].北京：机械工业出版社，2013

[6]张发生.由新型TOP224Y构成12V/40W 开关电源[J].湖南工程学院学报，2004(1)：16-19. ZHANG Fa-sheng.12V/30W switching power supply using with TOP224Y[J].Journal of Hunan Institute of Engineering，2004(1):16-19.

[7]许峰川,朱虹,许宜申,等.基于LED的校园照明节能控制系统[J].现代电子技术,2014(5):156-159,162. XU Feng-chuan,ZHU Hong,XU Yi-shen,et al.Campus lighting energy saving control system based on the LED[J]. Modern Electronics Technique,2014(5):156-159,162.

Design of energy saving controller of staircase aisle LED lamp based on TX982

ZHAO Ji-fan
（Jingjiang college of Jiangsu University，ZhenJiang 212013，China）

In this paper,a induction controller of staircase aisle lamp is designed and implemented，which uses TX982 as signal detector of moving object.The device takes NE555 Ic as delay unit of opening and closing lighting drive power and it uses general driveic A6210 for driver chip of led lamps module.The operation results of the system indicate that the system can detect moving personnel in 5 meters，and immediately open the LED lamp which deldyed 3 minutes approximately.

LED；microwave induction；delaying control；TX982；A6210

TN709

A

1674－6236（2015）07-0012-03

2014-07-18 稿件编号：201407143

江苏大学大学生创新科研立项（20120504023）

赵继帆(1994—)，男，江苏镇江人。研究方向：汽车电子技术及应用。