紅外控制LED節(jié)能燈的設(shè)計

1、常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（畢業(yè)論文） 系 別： 電子與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) 班 級： 電子072 學(xué) 生 姓 名： 韓英杰 學(xué) 生 學(xué) 號： 設(shè)計（論文）題目：紅外控制LED節(jié)能燈的設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師： 楊全會 設(shè) 計 地 點： 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 起 迄 日 期： 2009.6.182009.8.22 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書專業(yè) 電子信息工程技術(shù) 班級 電子072 姓名 韓英杰 一、課題名稱： 紅外控制LED節(jié)能燈的設(shè)計 二、主要技術(shù)指標： 1.工作電壓：交流180-250V 50Hz 2.延遲時間：30秒(可調(diào)) 3.探測距離：46米 4.感應(yīng)范圍：140度

2、錐角 5.自身功耗：小于10mw 6.工作溫度：2050 三、工作內(nèi)容和要求：設(shè)計一個自動控制的紅外線節(jié)能燈控制電路。要認真并準確的理解有 關(guān)要求，完成系統(tǒng)設(shè)計，要求所設(shè)計的點了具有以下功能： 1. 人在燈亮，人走燈滅； 2.采用熱釋電紅外傳感器，進行人員檢測； 3.光源采用LED。 四、主要參考文獻： 劉守義.單片機應(yīng)用技術(shù)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2007.320-325 易可可.電子制作教程.M.北京：高等教育出版社.2002.27-33 張建國，張素琴.模擬電子技術(shù)M.北京：北京理工大學(xué)出版社.2008.6-7 學(xué) 生（簽名） 2009年 6 月 26 日 指 導(dǎo) 教師（簽名）

3、 2009年 6 月 26 日 教研室主任（簽名） 2009年 6 月 27 日 系 主 任（簽名） 2009年 6 月 28 日畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目紅外控制LED節(jié)能燈的設(shè)計一、 選題的背景和意義：能源是人類社會賴以生存發(fā)展的重要資源。全球人口增長和經(jīng)濟增長對能源的需求日益加大，長期過量開采煤炭、石油、天然氣這些常規(guī)能源，至使儲量正在迅速減少，據(jù)聯(lián)合國官方統(tǒng)計，石油還可以開采35年，天然氣40年，煤炭還可開采110年，人類正在面臨嚴峻的能源壓力！世界各國十分重視節(jié)能技術(shù)的研究。我國正在實施節(jié)能降耗戰(zhàn)略，對節(jié)能燈非常重視。而電力作為一種潔凈方便的能源廣泛的應(yīng)用與我們的生活與

4、生產(chǎn)方面，因此電能的節(jié)能尤為重要。LED燈是目前節(jié)能照明產(chǎn)品的最高境界，所以推廣高效照明產(chǎn)品對于節(jié)電很有幫助。從宏觀上理解節(jié)電也是一件利國利民，造福子孫、甚至對全人類負責(zé)的大事。二、 課題研究的主要內(nèi)容：1.了解LED的各項性能。2.了解紅外線感應(yīng)燈控制系統(tǒng)的工作原理。3.研究紅外感應(yīng)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。4.使控制系統(tǒng)達到智能化。5.設(shè)計出高效節(jié)能的燈。三、 主要研究（設(shè)計）方法論述：主要通過了解LED燈和紅外線的原理與特點，并利用它們各自的特點來進行設(shè)計。在進行設(shè)計時首先考慮的是要節(jié)能，所以采用了最節(jié)能的LED燈；其次是要便于控制方便所以采用了紅外線自動控制技術(shù)，不僅能很好的實現(xiàn)自動控制而

5、且不易損壞。通過綜合這些優(yōu)點來進行優(yōu)化設(shè)計，從而達到既經(jīng)濟又節(jié)能且耐用的目的。四、設(shè)計（論文）進度安排：時間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容2008.7.12007.9搜集整理資料，制定題目2008.7.102008.7.20查找資料，對內(nèi)容進行充實2008.7.212008.8.1寫成初稿，并上交初稿2008.8.2 2008.8.10初步修改論文2008.8.11 2008.8.20再修改論文，并完成論文2008.8.21 2008.8.22打印論文五、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 2009 年 7 月 3 日六、系部意見： 系主任簽名： 2009 年 7 月 4 日目錄摘要5關(guān)鍵詞50.引言

6、61.LED知識71.1LED的介紹71.2 LED光源的優(yōu)點91.3 LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程及相關(guān)企業(yè)背景102.紅外線控制系統(tǒng)112.1紅外線接收傳感器112.2紅外線感應(yīng)燈控制系統(tǒng)的優(yōu)點112.3紅外線感應(yīng)開關(guān)電路的原理122.4紅外線感應(yīng)燈控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢133.整體設(shè)計133.1電路基本結(jié)構(gòu)設(shè)計133.2系統(tǒng)主控模塊功能143.3系統(tǒng)硬件設(shè)計143.4元件設(shè)計154.結(jié)束語16答謝詞17參考文獻：17紅外控制LED節(jié)能燈的設(shè)計摘要: 本文介紹了一種由紅外和LED組成的新型節(jié)能燈。對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。作為一種新型的光源，白光LED具有無污染、長壽命、耐震動和抗沖

7、擊的鮮明特點。紅外線感應(yīng)開關(guān)的原理，采用熱釋電紅外探頭（PT8A2621）將接收到的微弱信號加以放大，然后驅(qū)動繼電器，制成紅外熱釋電感應(yīng)開關(guān)。本開關(guān)能探測來自移動人體的紅外輻射，只要人體進入探測區(qū)域，開關(guān)會自動開啟。該設(shè)計可作為企業(yè)、賓館、商場及住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫房等處的自動開關(guān)，起到“人來燈自亮，人走燈自滅”的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場所還能起到威懾盜竊活動的防范作用。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，器件功耗很小，價格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴展而達到實際的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：LED；高效；紅外線；感應(yīng)開關(guān)；探測區(qū)域Infrared LED control the d

8、esign of energy-saving lampsAbstract: In this paper, a composition by infrared and a new type of LED energy-saving lamps. For general lighting, people need more white light sources. As a new light source, white LED with pollution-free, long-life, vibration and shock resistant to the distinct charact

9、eristics. The principle of infra-red sensors, switches, pyroelectric infrared probe (PT8A2621) will receive the weak signal to be amplified, then drive relays, made of pyroelectric infrared sensor switch. The switch can detect the human body from a mobile infrared radiation, as long as the human bod

10、y to enter the detection area, switch will automatically open. The design can be used as enterprises, hotels, shopping malls and residential corridors, staircases, elevator, bathroom, and the Treasury, etc. Automatic switch, play the role of "people from the bright lights, the lights go out sin

11、ce" the role of both the new convenience, and the conservation of electricity, in some places also act as a deterrent role in theft prevention activities. Simple structure of this design, the device power consumption is very small, low cost, covert, and a wide range of applications, it can be a

12、chieved through the expansion of practical application.Key words:LED; High-efficiency;Infrared; Sensor switch; Detection of regional0.引言作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國是一個能源生產(chǎn)和消費大國。能源生產(chǎn)量僅次于美國和俄羅斯，居世界第三位；基本能源消費占世界總消費量的l10，僅次于美國，居世界第二位。中國又是一個以煤炭為主要能源的國家，發(fā)展經(jīng)濟與環(huán)境污染的矛盾比較突出。近年來能源安全問題也日益成為國家生活乃至全社會關(guān)注的焦點，日益成為中國戰(zhàn)略安全的隱患和制約經(jīng)濟

13、社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。上個世紀90年代以來，中國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展帶動了能源消費量的急劇上升。自1993 年起，中國由能源凈出口國變成凈進口國，能源總消費已大于總供給，能源需求的對外依存度迅速增大。煤炭、電力、石油和天然氣等能源在中國都存在缺口，因此節(jié)能思想尤為重要，節(jié)能的中心思想是采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可接受的措施，來更有效地利用能源資源。為了達到這一目的，需要從能源資源的開發(fā)到終端利用, 更好地進行科學(xué)管理和技術(shù)改造,以達到高的能源利用效率和降低單位產(chǎn)品的能源消費。由于常規(guī)能源資源有限，而世界能源的總消費量則隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高越來越大，世界各國十分重

14、視節(jié)能技術(shù)的研究，特別是節(jié)約常規(guī)能源中的煤、石油和天然氣，因為這些還是寶貴的化工原料；電力作為一種潔凈方便的能源廣泛的應(yīng)用與我們的生活與生產(chǎn)方面，因此電能的節(jié)能尤為重要，要節(jié)能首先就要做到節(jié)約能源，其次再通過科學(xué)研究發(fā)明更加人性化和節(jié)能的用電器。LED即發(fā)光二極管，是一種用途非常廣泛的固體發(fā)光光源，是具有節(jié)能、環(huán)保、小尺寸、快速、鮮艷多色彩、長壽命、啟動時間短、無紫外線輸出、工作電壓低和使用安全等優(yōu)點的新型光源。隨著LED研發(fā)技術(shù)的不斷突破，高亮度、超高亮度、大功率的LED相繼問世，特別是白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過了常用的白熾燈，正朝著常照明應(yīng)用的方向發(fā)展，大有取代傳統(tǒng)的白熾燈甚至普通節(jié)能燈

15、的趨勢。熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。早在1938年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對熱釋電效應(yīng)的研究和對熱釋電晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測器。它目標正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自動開關(guān)、防盜報警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景看好。比如：在房間無人時會自動停機的空調(diào)機、飲水機。電視機能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動關(guān)機的機構(gòu)。本文設(shè)計了一套LED智能照明控制系統(tǒng)，

16、可根據(jù)房屋的功能、室外光亮度來自動控制照明。本系統(tǒng)具有提高用電效率、節(jié)約電能和緩解用電高峰電力供應(yīng)壓力的雙重作用。1.LED知識1.1LED的介紹(1) LED發(fā)光機理PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢壘，當(dāng)加正向偏置電壓時勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴散，構(gòu)成對P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時得到的能量以光能的形式釋放出去。這就是PN結(jié)發(fā)光的原理。(2)LED發(fā)光效率一般稱為組件的外部量子效率，其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率，其實就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率，主要與組件

17、本身的特性（如組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)）、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率則指的是組件內(nèi)部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過組件本身的吸收、折射、反射后，實際在組件外部可測量到的光子數(shù)目。因此，關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個組件的發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內(nèi)部量子效率，主要方法是通過提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進而間接提高LED的發(fā)光效率，從而可獲得70%左右的理論內(nèi)部量子效率，但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)

18、接近理論上的極限。在這樣的狀況下，光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量的，因此提高組件的取出效率便成為重要的研究課題。目前的方法主要是：晶粒外型的改變TIP結(jié)構(gòu)，表面粗化技術(shù)。(3) LED電氣特性電流控制型器件，負載特性類似PN結(jié)的UI曲線，正向?qū)妷旱臉O小變化會引起正向電流的很大變化（指數(shù)級別），反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實際使用中，應(yīng)選擇 。LED正向電壓隨溫度升高而變小，具有負溫度系數(shù)。LED消耗功率 ，一部分轉(zhuǎn)化為光能，這是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能，使結(jié)溫升高。LED的電流-電壓特性圖圖1 LED的電流-電壓特性圖如圖1所示為LED工作的電流-電壓（I-

19、V）特性圖。發(fā)光二極管具有與一般半導(dǎo)體三極管相似的輸入伏安特性曲線。我們分別對圖中所示的各段進行說明。OA段：正向死區(qū)VA為開啟LED發(fā)光的電壓。紅色（黃色）LED的開啟電壓一般為0.20.25V,綠色（藍色）LED的開啟電壓一般為0.30.35V。AB段：工作區(qū) 在這一區(qū)段，一般是隨著電壓增加電流也跟著增加，發(fā)光亮度也跟著增大。但在這個區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護，當(dāng)正向電壓增加到一定值后，那么發(fā)光二極管的正向電壓會減小，而正向電流會加大。如果沒有保護電路，會因電流增大而燒壞發(fā)光二極管。OC段：反向死區(qū) 發(fā)光二極管加反向電壓是不發(fā)光的（不工作），但有反向電流。這個反向電流通常很小，一般

20、在幾A之內(nèi)。在19901995年，反向電流定為10A，19952000年為5A；目前一般是在3A以下，但基本上是0A。CD段：反向擊穿區(qū) 發(fā)光二極管的反向電壓一般不要超過10V，最大不得超過15V。超過這個電壓，就會出現(xiàn)反向擊穿，導(dǎo)致LED報廢。(4) LED光學(xué)特性LED提供的是半寬度很大的單色光，由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小，因此它所發(fā)射的峰值波長隨溫度的上升而增長，即光譜紅移。LED發(fā)光亮度L與正向電流 近似成比例。另外發(fā)光亮度也與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度高時，復(fù)合效率下降，發(fā)光強度減小。(5) LED熱學(xué)特性小電流下，LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長就會紅移，亮度會

21、下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響更為顯著。所以散熱設(shè)計很關(guān)鍵。(6)白光LED類自然光譜白光LED主要有三種：第一種是比較成熟且已商業(yè)化的藍光芯片+黃色熒光粉來獲得白光，這種白光成本最低，但是藍光晶粒發(fā)光波長的偏移、強度的變化及熒光粉涂布厚度的改變均會影響白光的均勻度，而且光譜呈帶狀較窄，色彩不全，色溫偏高，顯色性偏低，燈光對眼睛不柔和不協(xié)調(diào)。人眼經(jīng)過進化最適應(yīng)的是太陽光，白熾燈的連續(xù)光譜是最好的，色溫為2500K，顯色指數(shù)為100。所以這種白光還需要改進，比如加多發(fā)光過程來改善光譜，使之連續(xù)且足夠?qū)?。第二種是紫外光或紫光芯片+紅、藍、綠三基色

22、熒光粉來獲得白光，發(fā)光原理類似于日光燈，該方法顯色性更好，而且UV-LED不參與白光的配色，所以UV-LED波長與強度的波動對于配出的白光而言不會特別地敏感，并可由各色熒光粉的選擇和配比，調(diào)制出可接受色溫及演色性的白光。但同樣存在所用熒光粉有效轉(zhuǎn)化效率低，尤其是紅色熒光粉的效率需要大幅度提高的問題。這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大、配合熒光粉紫外光波長的選擇、UV-LED制作的難度及抗UV封裝材料的開發(fā)也是需要克服的困難。第三種是利用三基色原理將RGB三種超高亮度LED混合成白光，該方法的優(yōu)點是不需經(jīng)過熒光粉的轉(zhuǎn)換而直接配出白光，除了可避免熒光粉轉(zhuǎn)換的損失而得到較佳的發(fā)光效率外，更可以分開控制

23、紅、綠、藍光LED的發(fā)光強度，達成全彩的變色效果（可變色溫），并可由LED波長及強度的選擇得到較佳的演色性。但這種辦法的問題是綠光的轉(zhuǎn)換效率低，混光困難，驅(qū)動電路設(shè)計復(fù)雜。另外，由于這三種光色都是熱源，散熱問題更是其它封裝形式的3倍，增加了使用上的困難。 偏振LED和三波長全彩化的白光LED將是未來的發(fā)展方向。(7) LED組成結(jié)構(gòu)及原材料以普通直插式LED為例（如儀表上所用的LED指示燈），通常LED由以下幾部分組成：支架、銀膠、晶片、金線、環(huán)氧樹脂外殼等。其中支架主要起導(dǎo)電和支撐LED的作用，不同的LED使用的支架種類也不一樣；銀膠的作用主要是固定晶片以及導(dǎo)電，晶片是由能發(fā)光的半導(dǎo)體材料組

24、成，是LED最核心的部分，晶片基本上決定了整顆LED的特性；金線的作用是連接晶片PAD（焊墊）與支架，并使其能夠?qū)ā－h(huán)氧樹脂的作用：保護LED的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可稍微改變LED的發(fā)光顏色、亮度及角度。如圖2，圖3 圖2 LED組成結(jié)構(gòu)圖A 圖3 LED組成結(jié)構(gòu)圖B1.2 LED光源的優(yōu)點(1)發(fā)光效率高 LED經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24 lm/W，熒光燈50-70 lm/W，鈉燈90-140lm/W，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經(jīng)改良后將達到100-200 lm/W，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。目前，世界各國

25、都加緊了提高LED光效方面的研究，在不遠的將來其發(fā)光效率將有更大提高。(2)耗電量少 LED的反應(yīng)速度快，可在高頻作,同樣明效果的情況下，耗電量是白熾燈的八分之一，熒光燈管的二分之一。本估計，如采用光效比熒光燈還要高兩倍的LED替代本一般的白熾燈和熒光燈。每年可節(jié)約資源相當(dāng)于60億升原油。就橋梁護欄燈而言，同樣效果的一只光燈40W，而采用LED每只的功率只有8W，而且可以七彩變化。(3)使用壽命長 LED采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎。單個LED發(fā)光二極管，當(dāng)亮度減半時，理論壽命可達到1

26、0萬小時。LED燈具使用壽命可達5-10年，可以大大降低燈具的維護費用，避免經(jīng)常換燈之苦。而且，LED照明器材的整體封裝材料(如燈帶塑料和燈殼)在曬雨淋下容易損壞，也直接影響LED照明器材的整體壽命。(4)安全可靠性強 LED發(fā)熱量低，無熱輻射，冷光源，可以安全接觸；能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)；內(nèi)置微處理器可以控制發(fā)光強度，調(diào)整發(fā)光方式，實現(xiàn)光與藝術(shù)的結(jié)合。LED尺寸小、重量輕、不易破碎、防震以及24V的工作電壓等特點，所以在各種環(huán)境下都顯得十分安全可靠。(5)環(huán)保 LED為全固體發(fā)光體，抗震動、耐沖擊、不易破碎、廢棄物可回收,沒污染。光源體

27、積小，可以隨意組合，易開發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護。當(dāng)然，節(jié)能也是我們考慮使用LED的主要原因，也許LED光源要比傳統(tǒng)光源昂，但是用一年時間的節(jié)能收回光源的投資，從而獲得4-9年中每年幾倍的節(jié)能凈收益期。如果應(yīng)用在夜景照明，可以以簡潔明快的夜景照明方式突出建筑物的形狀特點和使用功能，充分體現(xiàn)建筑師的設(shè)計風(fēng)格及意圖；通過相鄰面間的亮度變化和顏色差異，突出建筑物的輪廓，保證建筑物的完整性并具有良好的立體感；避免大量使用大功率投光燈，以減少眩光和由此產(chǎn)生的光污染，使燈光對環(huán)境的干擾降低到最小值。(6)其它優(yōu)點在照明領(lǐng)域中，特別是在景觀照明中，還有很多優(yōu)勢。如：低壓供電無高壓環(huán)節(jié)，為了

28、絕緣的開銷要小得多，可靠性高； 附件簡單無啟動器、鎮(zhèn)流器或超高壓變壓器； 結(jié)構(gòu)簡單具有固體光源的最大優(yōu)點，不充氣，無玻璃外殼，無氣體密封問題，耐沖擊； 可控性好響應(yīng)時間快（微秒數(shù)量級），可反復(fù)頻繁亮滅，基本無惰性，不會疲倦； 色彩純厚由半導(dǎo)體PN結(jié)自身產(chǎn)生色彩，純正，濃厚； 色彩豐富三基色加數(shù)碼技術(shù)，可演變?nèi)我馍剩?輕質(zhì)結(jié)構(gòu)節(jié)材，節(jié)約費用；對燈具強度和剛度要求很低；總之，LED同其他傳統(tǒng)光源相比具有很大的優(yōu)勢，預(yù)計在不久的將來它將主宰照明行業(yè)，成為新一代的理想光源，為揉的照明史譜寫新的篇章。1.3 LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程及相關(guān)企業(yè)背景LED所用半導(dǎo)體材料實際在20世紀初就被發(fā)現(xiàn)，但實際可用的LE

29、D最早是由GE公司研究人員Nick Holonyak Jr.( 尼克何倫亞克)于1962年發(fā)明，當(dāng)時所用的材料為GaAsP，發(fā)紅光（p=650nm）。到20世紀70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（p=555nm），黃光（p=590nm）和橙光（p=610nm）。到1996年，日本Nichia公司（日亞）成功開發(fā)出白色LED，LED光譜得以健全，此后LED產(chǎn)業(yè)步入高速發(fā)展的軌道。發(fā)展到現(xiàn)在，LED已不單局限在小功率指示和照明范圍內(nèi)，隨著技術(shù)水平的提高，以其節(jié)能環(huán)保長壽命發(fā)光效率高的特性，在家用照明、汽車尾燈、路燈、燈飾、背光模組、多媒體顯示等領(lǐng)域都有高速的發(fā)展。按照LED的構(gòu)成及生

30、產(chǎn)環(huán)節(jié)，通常將LED產(chǎn)業(yè)鏈劃分為上、中、下游三部分。上游產(chǎn)品主要為單晶片；中游產(chǎn)品主要為晶粒；下流產(chǎn)品即為封裝好的LED。目前上游晶片主要為歐美日企業(yè)所掌控，如美國Cree、Lumileds、GelCore，日本Nichia、ToyodaGosei，德國Osram。韓國及臺灣廠商主要在中低端晶片部分進行競爭。日美這些企業(yè)幾乎掌握了上游產(chǎn)業(yè)大部分的專利技術(shù)，代表了整個LED產(chǎn)業(yè)的最高水平。日亞化學(xué)(Nichia)和豐田合成(ToyodaGosei)在LED發(fā)展中占有重要地位，都形成了LED完整的產(chǎn)業(yè)鏈，其中日亞化學(xué)1994年第一個生產(chǎn)出藍光芯片，并在專利技術(shù)方面具有壟斷優(yōu)勢；Cree、GelCo

31、re等都有自己成熟的技術(shù)體系，但其在產(chǎn)業(yè)鏈上只集中在外延和芯片的制備上；Lumileds則關(guān)注于大功率LED的研發(fā)，在白光照明領(lǐng)域?qū)嵙π酆?。、中游產(chǎn)業(yè)部分，日本企業(yè)幾乎占據(jù)了全球LED產(chǎn)能的一半。除此之外，韓國及臺灣地區(qū)的企業(yè)也有相當(dāng)?shù)膶嵙ΑＨ鏢amsung、晶電、杰圓、元砷、光磊等廠商。而下游產(chǎn)業(yè)，特別是小功率LED，臺灣地區(qū)封裝產(chǎn)量最高，占到世界的60%以上，并且還在不斷增長之中。其中代表性的企業(yè)有：億光、佰鴻、華興等。2.紅外線控制系統(tǒng)2.1紅外線接收傳感器 圖4 傳感器實物圖使用人體感應(yīng)自動控制原理,當(dāng)人走進照明范圍可自動開啟照明,人離開后可自動延時關(guān)閉照明。普通人體會發(fā)射10um左右

32、的特定波長紅外線，用專門設(shè)計的傳感器（圖4）就可以針對性的檢測這種紅外線的存在與否，當(dāng)人體紅外線照射到傳感器上后，因熱釋電效應(yīng)將向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生控制信號。這種專門設(shè)計的探頭只對波長為10m左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會引發(fā)探頭動作。2.2紅外線感應(yīng)燈控制系統(tǒng)的優(yōu)點智能化已經(jīng)成為當(dāng)今建筑發(fā)展的主流技術(shù)，涵蓋從空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)到安全防范系統(tǒng)以及完善的計算機網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)。但是長期以來，智能照明在國內(nèi)一直被忽視，大多數(shù)建筑物仍然沿用傳統(tǒng)的照明控制方式，部分智能大廈采用樓宇自控（BA）系統(tǒng)來監(jiān)控照明，但也只能實現(xiàn)簡單的區(qū)域照明和定時開關(guān)功能。相比之下，智能

33、照明系統(tǒng)體現(xiàn)出強大的優(yōu)越性，它在智能建筑中的應(yīng)用越來越廣泛。智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用效果如下：(1)實現(xiàn)照明控制智能化采用智能照明控制系統(tǒng)，可以使照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)，系統(tǒng)將按先設(shè)定的若干基本狀態(tài)進行工作，這些狀態(tài)會按預(yù)先設(shè)定的時間相互自動地切換。例如，當(dāng)一個工作日結(jié)束后，系統(tǒng)將自動進入晚上的工作狀態(tài)，自動并極其緩慢地調(diào)暗各區(qū)域的燈光，同時系統(tǒng)的移動探測功能也將自動生效，將無人區(qū)域的燈自動關(guān)閉，并將有人區(qū)域的燈光調(diào)至最合適的亮度。此外，還可以通過編程隨意改變各區(qū)域的光照度，以適應(yīng)各種場合的不同場景要求。智能照明可將照度自動調(diào)整到工作最合適的水平。例如，在靠近窗戶等自然采光較好的場所，

34、系統(tǒng)會很好地利用自然光照明，調(diào)節(jié)到最合適的水平。當(dāng)天氣發(fā)生變化時，系統(tǒng)仍能自動將照度調(diào)節(jié)到最合適的水平?？傊?，無論在什么場所或天氣如何變化，系統(tǒng)均能保證室內(nèi)照度維持在預(yù)先設(shè)定的水平。(2)改善工作環(huán)境，提高工作效率傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中，配有傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器的日光燈以100Hz的頻率閃動，這種頻閃使工作人員頭腦發(fā)脹、眼睛疲勞，降低了工作效率。而智能照明系統(tǒng)中的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器則工作在很高頻率（4070kHz）不僅克服了頻閃，而且消除了起輝時的亮度不穩(wěn)定，在為人們提供健康、舒適環(huán)境的同時，也提高了工作效率。(3)可觀的節(jié)能效果智能照明控制系統(tǒng)使用了先進的電力電子技術(shù)，能對大多數(shù)燈具（包括白熾燈、日光燈，配以特

35、殊鎮(zhèn)流器的鈉燈、水銀燈、霓虹燈等）進行智能調(diào)光。當(dāng)室外光較強時，室內(nèi)照度自動調(diào)暗，室外光較弱時，室內(nèi)照度則自動調(diào)亮，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。除此之外，智能照明的管理系統(tǒng)采用設(shè)置照明工作狀態(tài)等方式，通過智能化管理實現(xiàn)節(jié)能。(4)提高管理水平，減少維護費用智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質(zhì)的管理意識運用于照明控制系統(tǒng)中去，而且將大大減少大樓的運行維護費用，并帶來較大的投資回報。2.3紅外線感應(yīng)開關(guān)電路的原理(1)熱釋電人體感應(yīng)開關(guān)電路采用熱釋電紅外探頭并對探頭接收到的微弱信號加以放大，然后驅(qū)動繼電

36、器，可以制成熱釋電人體感應(yīng)開關(guān)。它可應(yīng)用于電燈的節(jié)能自動開關(guān)、自動門、安全防護、防盜等設(shè)備中。如圖5所示圖5熱釋電人體感應(yīng)開關(guān)(2)電路工作原理全自動人體紅外線感應(yīng)開關(guān)適用范圍本產(chǎn)品適用于走廊、樓道、倉庫、車庫、地下室、洗手間等場所的自動照明、抽風(fēng)等用途。真正體現(xiàn)樓宇智能化及物業(yè)管理的現(xiàn)代化。 功能特點：基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，當(dāng)有人進入開關(guān)感應(yīng)范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，開關(guān)自動接通負載。人不離開且在活動，開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通；人離開后，開關(guān)延時自動關(guān)閉負載，人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能。具有過零檢測功能：無觸點電子開關(guān)，延長負載使用壽命。應(yīng)用光敏控制，開關(guān)自動測光，

37、光線強時不感應(yīng)。安裝調(diào)試，因開關(guān)左右兩側(cè)比上下兩側(cè)的感應(yīng)范圍大，所以安裝開關(guān)時，應(yīng)使其正軸線與人的行走通道方向盡量相垂直，這樣可以達到最佳感應(yīng)效果。安裝好開關(guān)后加電，當(dāng)環(huán)境光線充足時，開關(guān)進入監(jiān)控狀態(tài)，用物體遮住環(huán)境光線使開關(guān)感應(yīng)工作，人不離開且在活動，開關(guān)將持續(xù)工作；人離開后，開關(guān)自動延時關(guān)閉負載。安裝好開關(guān)后加電，當(dāng)環(huán)境光線不足時，開關(guān)直接進入監(jiān)控狀態(tài)，人不離開且在活動，開關(guān)將持續(xù)工作。2.4紅外線感應(yīng)燈控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國照明缺乏獨創(chuàng)產(chǎn)品，模仿產(chǎn)品居多，基礎(chǔ)加工落后，只顧外表，輕視功能，產(chǎn)品的品種比較單一，性能差。尤其是在“智能”照明方面，缺乏創(chuàng)新，與國外智能燈具在技術(shù)研究方面有

38、著不小的差距。我國現(xiàn)階段的照明系統(tǒng)一般采用主電源經(jīng)配電箱分成多路配電輸出線，提供照明燈回路用電，由串接在照明燈回路中的開關(guān)面板直接接通或斷開供電線來實現(xiàn)對燈的控制，燈只有開和關(guān)兩種狀態(tài)，無邏輯時序及亮、暗調(diào)光控制，因而無法形成各種燈光亮度組合的場景及系統(tǒng)控制。而美國、日本等國家和臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預(yù)測，美國55%白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年節(jié)省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100%白熾燈換成LED，可減少12座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。臺灣地區(qū)15%白熾燈換成LED，每年節(jié)省110億度電。全球性的能源短缺和環(huán)境污染在經(jīng)濟

39、高速發(fā)展的中國表現(xiàn)得尤為突出，節(jié)能和環(huán)保是中國實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展所急需解決的問題。每年照明電能消耗約占全部電能消耗的12%15%，作為能源消耗的大戶，必須盡快尋找可以替代傳統(tǒng)光源的節(jié)能環(huán)保光源。LED以其較之于傳統(tǒng)照明光源所沒有的優(yōu)勢，諸如較低的功率需求、較好的驅(qū)動特性、較快的響應(yīng)速度、較高的抗震能力、較長的使用壽命、綠色環(huán)保以及不斷快速提高的發(fā)光效率等，成為目前我國今后照明系統(tǒng)發(fā)展的方向?；谀壳皣鴥?nèi)國際形勢，尤其是能源緊缺，智能照明必是以后照明系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能照明將會使人們利用起來更加便利，改善家庭環(huán)境，提高管理水平，減少維護費用，不僅為建筑照明提供多種的藝術(shù)效果，而且使燈具控制和

40、維護變得更為簡單，而且具有可靠性高、安裝布線容易。3.整體設(shè)計3.1電路基本結(jié)構(gòu)設(shè)計電源輸入AC220VLED燈板 電源驅(qū)動 延遲 光線控制圖6 基本結(jié)構(gòu)圖紅外燈功率：30W、50W、80W、120W。紅外燈的點亮：日光線較弱時（夜間）應(yīng)帶延遲避免燈光干擾。紅外發(fā)射管顆粒數(shù)：在600顆以內(nèi)3.2系統(tǒng)主控模塊功能通過被動熱釋電紅外探測器探測是否有人。如果沒人，所有LED燈均不開。如果有人，則分兩種情況：若室內(nèi)照度X200 lx時，所有LED燈均不開； 若室內(nèi)照度X200 lx時，所有LED燈均開啟。3.3系統(tǒng)硬件設(shè)計針對以上情況，本系統(tǒng)以MCS-51單片機為核心，組成一個集采集、處理、控制為一身

41、的自動控制系統(tǒng)，其原理框圖見圖7圖7 LED智能照明控制系統(tǒng)整體硬件原理框圖該系統(tǒng)主要由三部分組成：傳感器部分、控制部分、LED驅(qū)動部分和照明系統(tǒng)。(1)熱釋電紅外探測器該探測器有三個關(guān)鍵元件：菲涅爾濾光晶片，它通過截止波長812m的濾光晶片，起帶通濾波器的作用，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制；菲涅爾透鏡，聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射(反射)在熱釋電紅外傳感器上，第二個作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣熱釋電紅外傳感器就能產(chǎn)生變化的電信號；熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器，將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變

42、化轉(zhuǎn)換成電信號，即熱電轉(zhuǎn)換。 在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號。因此，紅外探測就是感應(yīng)移動物體與背景物體的溫度差異。(2)可見光探測器通過對光電管、光敏電阻等光電探測器的各種性能進行比較，發(fā)現(xiàn)光敏電阻的光譜響應(yīng)峰值比較接近人視覺敏感區(qū)的波長。其次是當(dāng)光照強度減弱時，它的響應(yīng)時間相對增加，裝置在光照強度變化時，輸出狀態(tài)保持相對穩(wěn)定?？紤]到光敏電阻對溫度變化較為敏感，偏置電路中的電阻可以采用與探測元件溫變系數(shù)相近的光敏電阻，以防止工作點漂移。(3)控制部分采用單

43、片機作為照明系統(tǒng)的核心，儀器硬件簡單、功能多。選用Intel的803 1單片機，其內(nèi)含128字節(jié)的RAM、32條IO線、2個8位常數(shù)可自動重裝的定時器記數(shù)器。單片機輸出脈沖經(jīng)隔離、功率放大后可直接接至可控硅控制極，控制可控硅。為降低來自電網(wǎng)的干擾，由單片機IO線產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，必須經(jīng)隔離后送至可控硅的控制電路中?？煽毓枵{(diào)光器(SCR)，多用于可控整流、逆變、調(diào)壓電路，很容易進行電流的調(diào)光，通過電壓限制的調(diào)整，能進一步延長燈的壽命。(4)驅(qū)動部分選用的AP-2B320 LED驅(qū)動器是制作一體化半導(dǎo)體燈的專用電源變換器，用于安裝在半導(dǎo)體燈內(nèi)部，串聯(lián)驅(qū)動1串1040只1 W大功率LED工作，220 V交流市電供電，輸出320 mA穩(wěn)定的單向脈動恒定電流。驅(qū)動器使用高頻脈寬調(diào)制式開關(guān)變換電路實現(xiàn)恒流控制，變換效率高，可達85以上，工作穩(wěn)定。驅(qū)動器為全密閉模塊封裝結(jié)構(gòu)，適合在高濕度、高粉塵、強震動等環(huán)境下使用，非常適合室內(nèi)使用。(5) LED照明控