基于微波探测模块的感应式LED照明灯

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【摘要】基于微波探测模块对信号的检测、放大、整形、多重比较等处理功能，开发了一种能够自行控制且具有延时作用的LED照明灯。该照明灯具有电路工作状态不受自身灯光的影响和安装简易等优点，能够比较好地做到人到灯亮、人走灯灭的效果，有一定的市场推广价值。
【关键词】微波探测模块；LED；微波信号
０引言
当今照明消耗约占全部电力消耗的五分之一，降低照明用电是节省能源的重要途径，为实现这一目标，业内人士已研究开发出许多节能照明器具，并达到了一定的成效[1]。然而，目前市场上的很多照明工具都是人工控制的、非自动化的，这不仅会给人们的生活带来不便而且还会造成能源的损失，尤其是在教学楼、广场等公共场所。现研制了一种感应式的LED照明灯，通过系统对信号的一系列的处理，实现对灯亮或灯灭进行准确且及时的控制，该系统具有探测灵敏度高、作用范围大、可靠性能好等优点。
1工作原理
这种照明工具我们可以称它为基于微波探测模块的感应式LED照明灯。现在以TX982的探测模块为例，工作原理图如下方图一所示，它是由探测模块IC1、数字电路IC2、光控电路、双向晶闸管开关以及电源等部分电路组成。探测模块IC1自身带有发射和接收微波信号的天线，它的基本工作原理是模块产生的微波信号由其自带的环状天线向空间发射，随即产生了一个立体空间微波防范区，该防范区沿轴心方向是一个椭圆形的半径为2至6米且可调的空间微波探测场。根据电磁波的多普勒效应，人体会对IC1环状天线所发射的微波产生反射作用[2]。当人或者其它的物体在该防范区移动时，环状天线就会接收到反射回来的微波信号，根据微波的开普勒效应可以知道此微波信号会与原来发射的信号产生频移（或相移）。这一变化量经由模块内部电路检测、放大、整形、多重比较以及延时处理后，由模块白色输出线输出下拉灌控制电流信号，以控制后级电路工作，该电信号的频率与人体或物体移动的快慢有关，而幅度的大小与人体或物体距环状天线的距离成正比。此外，环状天线轴芯方向的探测能力较强，我们应使环轴芯指向被探测的区域。这样便会提高配有该微波探测模块的感应式LED照明灯的工作效率。
2电子电路基本功能
如上图所示，与二极管VD1、VD2组成简单的降压稳压电路，向模块IC1与模块IC2提供12V的直流工作电压。当模块IC1探测到有人活动时，IC2的与非门F1输入端变为低电平，反相后输出高电平。
R4和光敏电阻RG组成光控制电路。白天RG因受自然光照射，其电阻值较小，所以使IC2的与非门F2的输入端即5脚电低于电源电压值的1/2，为低电平，与非门F2封锁输出高电平通过R5向电容器C4充电，并充至电源电压。夜晚RG上无光照射，电阻值变大，与非门F2输入端即5脚位高电平，如果此时有人进入监控范围，与非门F1输出高电平，共同使与非门F2导通输出低电平，由VD3再经并联的与非门F3和与非门F4反相后变成高电平，通过电阻R6是双向晶闸管VS导通照明灯HW点亮。
如果人离开了其探测范围，IC1模块停止输出与非门F1输入端因为上拉电阻而恢复高电平，反相后变成了低电平，与非门F2封锁，输出高电平再通过R5向C4缓慢充电，约近30s后，C4上的电压大于电源电压值的1/2时，从而实现与非门F3、与非门F4的翻转，输出低电平，晶闸管VS失去触发电流，HW照明灯熄灭。
3电子电路元器件的选择
IC1：宜选用TX982型微波探测模块，该模块采用塑料封装，自带圆环状发射接收天线；模块上设有两个发射二极管指示灯和一个灵敏度调节孔，并设置安装固定螺钉孔，所以安装非常方便。模块对外联系仅通过1.2m的电缆线，红色芯线为电源正端（12V），白色芯线为控制信号输出端内电路为集电极开路输出，屏蔽层皮网为地端，接电源负端。模块内设有延迟电路，在模块初次加电时，系统将闭锁预热60s，同时完成微处理器的初始化和建立电磁场，这时模块壳体上红色二极管照明灯点亮，延迟60s后熄灭，系统自动进入监控状态。此时若有人在监控区域活动，模块将有10s信号输出，并由壳体上绿色发光二极管指示灯作同步点亮显示。如果有人做持续活动，则信号会输出不断。
该电子电路的IC1选用TX982型微波探测模块，而IC2可以选用CD4011、CC4011或MC140114—2输入与非门数字集成电路VD1。选用1N4004型硅整流二极管，VD2选用1N4148型硅开关二极管；ZD1选用的是12V、1W硅稳压二极管如2CW110—12V或1N4724A等型号。VS宜选用触发电流较小的BTA01小型双向塑料封装晶闸管，最大通态电流为1A。HW宜选用5W白光LED灯杯。C1要求选用的是CBB/3—400V型聚丙烯电容，为1uF；而C2、C4选用的是CD11—25V型电解电容，C2为470uF，C4为22uF且C4的漏电流尽可能小些，最好能够采用钽电容；C3为CT4型独石电容，为10nF/630V。RG为MG68型光敏电阻，亮电阻小于1MΩ，亮电阻大于2MΩ。R1为51Ω1/2W，采用金属膜电阻，其余电阻可以采用RTX—1/8W碳膜电阻，其中R2阻值为470kΩ，R3为12kΩ，R4为680kΩ，R5为1MΩ，R6为410Ω。
4调试结果及分析
加入微波探测模块TX982，当有人或者其他的可以动的物体出现在微波信号检测的范围内的时候，反射回来的信号经过模块内部的处理可以得到需要的信号。有人进入的时候照明灯会发亮，当人离开它的监测范围的时候，约经三十秒后照明灯自动熄灭。
白天RG因受自然光照射电阻值较小，IC2的与非门F2的输入端集五脚电平低于电源电压值的1/2。通过R5向电容器C4充电。夜晚的时候，因为么没有光照，RG的阻值变大，与非门F2是高电平，入这个时候有人或者是移动的物体进入监测范围，与非门F1输出高电平，使得与非门F2输出低电平。经过VD3使得并联的与非门F3和与非门F4反相后变成高电平，然后经过电阻R6使得VS导通，于是照明灯就发亮了。
5结束语
微波探测模块是设计和制作各种自动检测、自动报警及自动控制产品的理想选择[3]。通过引入微波探测模块而形成的感应式LED照明灯能够改善人们的日常生活以及提高工厂的生产效率，鉴于现在电能供应紧张的情况，研制此种类型的节能照明工具是非常有必要的。微波信号的发射与回收以及对信号的较为精确地处理都给该感应式LED照明灯带来了市场竞争力，所以说现在的LED市场是很有活力的，更需要一些新的更高效率的产品。
【参考文献】
［1］马振，刘志军.关于LED发展趋势的探讨[J].科技资讯，2010（11）：132.
［2］张晓东.微波探测器TX982及其应用：下[J]．电子世界，2004（10）：51-53.
［3］张晓东.微波探测器TX982及其应用：上[J].电子世界，2004（4）：47-49.
［责任编辑：周娜］