智能調(diào)光LED燈具設(shè)計論文

1、畢 業(yè) 設(shè) 計 技 術(shù) 報 告課題名稱：智能調(diào)光LED燈具設(shè)計學(xué)生姓名: - 學(xué) 號: 09061340141 專 業(yè): 光信息科學(xué)與技術(shù) 班 級: 2009級1班指導(dǎo)教師: 2013 年 5 月 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)論文目錄摘要3Abstract4第一章緒論51.1前言51.1.1 LED簡介51.1.2 單片機簡介51.2設(shè)計研究的原因及意義51.2.1 設(shè)計原因512.2 設(shè)計的意義61.3設(shè)計的目標(biāo)61.4設(shè)計思路及設(shè)計路線選擇61.4.1 單片機的選擇61.4.2 延時電路選擇81.4.3 驅(qū)動電路選擇9第二章智能調(diào)光LED燈具的電路設(shè)計102.1 方案設(shè)計102.2 智能調(diào)光LED燈具

2、設(shè)計各部分的電路簡介112.2.1于PT4115的恒流驅(qū)動11PT4115芯片介紹11PT4115應(yīng)用特點11PT4115芯片的引腳功能122.2.2 LED射燈的驅(qū)動電路122.2.3基于Top249Y的72W 開關(guān)電源適配器設(shè)計13第三章控制系統(tǒng)的思路及電路163.1 AT89C2951引腳介紹163.2 基于AT89C2051的智能控制器17第四章設(shè)計的實現(xiàn)204.1 實現(xiàn)內(nèi)容204.2 程序（見附錄）20結(jié)束語21附錄22參考文獻26致謝27摘要LED被認(rèn)為是綠色的第四代光源，它是一種固體冷光源，優(yōu)點有高效、安全環(huán)保、壽命長、體積小等，目前在城市景觀裝、商業(yè)廣告與交通信號上應(yīng)用廣泛。近

3、年來隨著制造工藝的發(fā)展，大功率高亮度LED的性能不斷提升，價格也不斷下降，目前要達到一樣的照明效果，LED的耗電量約是白熾燈的1/10,大約是熒光燈的1/2。這些都使得LED開始應(yīng)用于一般的照明中，并且其發(fā)展前景很好，大有取代白熾燈和熒光燈等傳統(tǒng)光源的趨勢，LED燈在世博會上的應(yīng)用可以說證明了這一點。LED調(diào)光可以節(jié)能，高亮度白光LED的驅(qū)動和調(diào)光是近年來研究的熱點。由于LED光源的優(yōu)點和白光LED技術(shù)的逐漸成熟,節(jié)能、光照均勻、長壽、綠色環(huán)保、靈活方便的半導(dǎo)體光源照明系統(tǒng)的應(yīng)用,對節(jié)省資金,緩減用電壓力,構(gòu)建節(jié)約型社會有重大意義。本文就此進行了研究，并設(shè)計了智能調(diào)光系統(tǒng)關(guān)鍵詞：智能調(diào)光；LE

4、D；單片機；節(jié)能；AbstractLED is regarded as the fourth generation of green light source, it is a solid cold lightsource, and the advantages are high efficiency, safety, environmental protection, longlife, small volume and so on, at present, in the urban landscape, has been widely appliedon commercial and tr

5、affic signal. In recent years, with the development of themanufacturing process, performance of high-power high-brightness LED, prices arefalling, to achieve the same lighting effect at present, the LED of the power consumptionis about 1/10 of incandescent lamp, is about 1/2 of fluorescent lamp. The

6、se LED startapplication in general lighting, and its development prospect is very good, to replaceincandescent lamp and fluorescent lamp etc traditional lighting, LED lightingapplications in the expo to prove it, so to speak. LED dimming can be energy savinghigh brightness white LED driver and light

7、 is a research hotspot in recent years.Due to the advantages of LED light source and the white light LED technology mature gradually, energy saving, convenient lighting uniformity, long life, green environmental protection, the application of semiconductor lighting system, to save money,reduce, elec

8、tricity pressure, have important meanings to build s conservation-minded society. Paper was studied, and designs the intelligent dimming system. Keywords: intelligent dimming; The LED; SCM; Energy saving.II 第一章 緒論1.1 前言1.1.1 LED簡介隨著社會的發(fā)展，人們對于生活的要求越來越高，照明在生活的耗能中所占的比例也越來越高?，F(xiàn)代照明除了滿足人們基本的生活學(xué)習(xí)要求之外，將更注重節(jié)能

9、和便利，以及人類個性化需求。因此，智能化照明已經(jīng)成為必然趨勢?，F(xiàn)今生態(tài)問題也日益受到公眾關(guān)注。隨著人們對全球變暖和氣候變化等環(huán)境問題的意識不斷提高，節(jié)約資源和能源的理念正成為很多市場營銷策略的要點。LED照明是全球節(jié)能的主流，而大功率LED 照明更是今后世界的照明發(fā)光系統(tǒng)的主流趨勢。LED最顯著的一個優(yōu)點就是節(jié)能，還有亮度高、環(huán)保、安全性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點。1.1.2 單片機簡介單片機已經(jīng)出現(xiàn)了30年了，其應(yīng)用已滲透到社會經(jīng)濟、軍事、交通、通信等多種行業(yè)，也深入到家電、娛樂、藝術(shù)等多個領(lǐng)域，并掀起了一場數(shù)字化技術(shù)革命。單片微型計算機就是將中央處單元、存儲器、定時器和多種接口都集成到一塊集成電路芯

10、片上的微型計算機。一塊芯片就是一臺計算機，是使用最廣泛的計算機。本設(shè)計就是利用單片機和LED設(shè)計出的高效節(jié)能智能調(diào)光燈具。1.2 設(shè)計研究的原因及意義1.2.1 設(shè)計原因傳統(tǒng)的聲光控延時控制器能很好地實現(xiàn)對燈的控制，在光線黑暗時或晚上來臨時，能有效地實現(xiàn)“人來燈亮，人去燈熄” ， 但由于其開關(guān)用的是繼電器之類的機械控制器，所以在人流量多的地方由于頻繁的開關(guān)，較容易損壞。另外在有些地方會晝夜亮燈，不僅浪費資源，而且給人們的生活帶來諸多不便。因此適應(yīng)不同人群需求的智能化照明變得必不可少，本文就此現(xiàn)象，設(shè)計出了一套既智能調(diào)光，有節(jié)能環(huán)保的LED燈具。12.2 設(shè)計的意義本設(shè)計的意義在于：第一，良好的

11、節(jié)能效果和延長燈具壽命；第二，自動調(diào)節(jié)亮度可以提高人們的工作和學(xué)習(xí)效率，是生活更舒適方便；第三，自動調(diào)光，可以減少工作人員的工作量，減少人力資源的浪費.在照明領(lǐng)域，LED產(chǎn)品的應(yīng)用是未來發(fā)展的趨勢，因為它更符合“低碳”、“節(jié)能”的理念，隨著LED技術(shù)的進步，會吉大的推進全球的“低碳”、 “節(jié)能”的進程。1.3 設(shè)計的目標(biāo)本設(shè)計對于現(xiàn)在社會上的燈具弊端，旨在達到更加節(jié)能、合理的目的，根據(jù)外界環(huán)境的光照強度以及聲音的變化，傳感器接收到信號并轉(zhuǎn)換成電信號。由電路傳給單片機，再由單片機接收并處理信號，進而驅(qū)動電路，控制電路運行來調(diào)節(jié)燈的亮度。1.4 設(shè)計思路及設(shè)計路線選擇1.4.1 單片機的選擇方案一

12、、MCS51單片機AT89C2051是MCS51單片機應(yīng)用的最多的一種。AT89C2051是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央 處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。AT89C2051有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，其

13、將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C2051有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性： .兼容MCS51指令系統(tǒng)8k可反復(fù)擦寫Flash ROM 32個雙向I/O口 256x8bit內(nèi)部RAM 3個16位可編程定時 時鐘頻率0-24MHz 2個串行中斷 可編程UART串行通道 2個外部中斷源 共6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能方案二、AVR單片機1997年,由ATMEL公司挪威設(shè)計中心的A先生與V先生利用ATME

14、L公司的Flash新技術(shù), 共同研發(fā)出RISC精簡指令集的高速8位單片機，簡稱AVR。AVR單片機的優(yōu)點： 簡便易學(xué)，費用低廉；高速、低耗、保密；I/O口功能強,具有A/D轉(zhuǎn)換等；電路有功能強大的定時器/計數(shù)器及通訊接口。從市場角度看AVR單片機 性價比：AVR大部分型號的性價比較高，性價比表現(xiàn)突出的型號有：atmega48、atmega8、atmega16、atmega169P 供貨方面：通用型號的AVR供貨較為穩(wěn)定，非常規(guī)型號的AVR樣品及供貨仍存在問題。 市場占有率：目前，AVR的市場占有率還是不如PIC與51，但，AVR的優(yōu)點使得AVR的市場占有一直在擴展，AVR的年用量也一直在上漲。

15、考慮到AT89C2051的代表性，本設(shè)計采用第一種方案1.4.2 延時電路選擇延時參數(shù)電路方案一、采用外置定時器，單片機以脈沖方式出發(fā)該定時器。方案二、采用單片機內(nèi)部定時器，由單片機實現(xiàn)不同時間的定時功能。考慮到，方便簡潔，本設(shè)計采用第二種方案。1.4.3 驅(qū)動電路選擇方案一、用可控硅控制?？煽毓枋且环N具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，它體積較小、結(jié)構(gòu)簡單、功能較強，是一種較常用的半導(dǎo)體器件。方案二采用繼電器控制。繼電器就是一種當(dāng)輸入量達到一定值時，輸出量會發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。其優(yōu)點是速度快、壽命長、穩(wěn)定等。由于繼電器簡單易用，并且開關(guān)狀態(tài)很好判斷，所以本設(shè)計采用繼電器控制

16、。第二章 智能調(diào)光LED燈具的電路設(shè)計2.1 方案設(shè)計根據(jù)市場上的現(xiàn)有的大功率LED射燈產(chǎn)品，設(shè)計了可應(yīng)用于走廊、樓梯、教室等場所的智能照明系統(tǒng)本系統(tǒng)采用24 V /3 A 的開關(guān)電源來供電，LED智能照明模塊（見圖2.1）。控制器采用單片機AT89C2051，恒流驅(qū)動用PT4115芯片。燈的亮滅及亮度通過智能調(diào)光實現(xiàn)。PT4115芯片的DIM 端就PWM 調(diào)光來現(xiàn)輸出電流從0到100%調(diào)整，根據(jù)這個特點，就設(shè)計了集聲控、光控、時控一體的智能調(diào)光模塊。其功能是：（1） 有光時，不管有無聲響，燈都不不亮；（2）無光時，若有人產(chǎn)生聲響，控制器就會先判斷時間段，若是在天色暗下來的時間段（定義為第一時

17、間段），則使LED燈發(fā)出100%的亮度。若時間段為天色還較亮?xí)r，控制器就輸出50% 占空比方波，就會使LED 發(fā)出50% 亮度，這樣可節(jié)省電能，提高用電效率 圖2.1 LED智能驅(qū)動系統(tǒng)框圖解析2.2 智能調(diào)光LED燈具設(shè)計各部分的電路簡介2.2.1于PT4115的恒流驅(qū)動PT4115芯片介紹PT4115應(yīng)用特點（1）恒流效果越好。（2）輸出電流越大，需要電感值越小， 電感選擇比較方便。（3）輸出電壓越高，效率越高。（4）通常電感越大，功率開關(guān)的開關(guān)損耗越小，但是DCR會變大，對應(yīng)電感損耗變大。（5）反饋電壓100mV，RS損耗業(yè)界最小，功率開關(guān)導(dǎo)通電阻RSW為06Q，也比較小， 效率比一般產(chǎn)

18、品高。（6）內(nèi)部、外部都可以設(shè)計過溫保護，對LED有雙重保護。（7）采用SOT89 -5封裝，熱阻僅為45 /w，散熱特性很好。PT4115芯片的引腳功能SW：功率開關(guān)的漏端。GND：信號和功率地。DIM：開關(guān)使能、模擬和PWM調(diào)龍端。CSN電流采樣端，采樣電阻接在CSM和VIN端之間。VIN：電源輸入端，必須就近接旁路電容。Exposed PAD散熱端，內(nèi)部接地，貼在PCB板上減小熱阻。2.2.2 LED射燈的驅(qū)動電路PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，用于驅(qū)動一顆或多顆串聯(lián)LED。據(jù)不同的輸入電壓和外部器件，PT4115 可以驅(qū)動高達數(shù)十瓦的LED。 PT4115 輸入電壓

19、范圍從6 伏到30 伏，輸出電流可調(diào)，最大可達1.2 安。PT4115 內(nèi)置功率開關(guān)，采用高端電流采樣設(shè)置LED平均電流，并通過DIM引腳可以接受模擬調(diào)光和很寬范圍的PWM調(diào)光。當(dāng)DIM的電壓低于0.3伏時，功率開關(guān)關(guān)斷，PT4115進入極低工作電流的待機狀態(tài)。 圖2.2燈驅(qū)動電路圖 2.2.3基于Top249Y的72W 開關(guān)電源適配器設(shè)計變壓器設(shè)計高頻變壓器設(shè)計時應(yīng)注意以下內(nèi)容： 1）在高頻變壓器的設(shè)計中，為了防止產(chǎn)生的大信號有失真現(xiàn)象，在輸出最大功率時，不要讓磁芯中的磁感應(yīng)強度達到飽和。2）在瞬變過程中，若輸出繞組匝數(shù)多，層數(shù)多時應(yīng)考慮分布電容，如果降低分布電容就會抑制高頻信號對負(fù)載的干擾

20、。高頻鏈漏感會引起浪涌電流以及尖峰電壓及脈沖的頂部振蕩，使損耗增加，嚴(yán)重時可能會造成開關(guān)管的損壞。同時，而對同一高頻變壓器如果要同時減少分布電容和漏感是很困難的，所以應(yīng)該根據(jù)不同工作的要求，以保證合適的電容和電感。開關(guān)電源電路圖2.2.2中C 6為X 型電容，可以濾除各電網(wǎng)之間的串模干擾。R 11通過2M的電阻值來實現(xiàn)欠壓和過壓的檢測，同時還提供降低輸出電壓的頻率紋波的電壓前饋。R 10使用20. 5 K 的電阻值要從外部將流限值設(shè)定成僅僅略高于在低電壓工作時滿載峰值的電流，從而就允許使用更小的變壓器磁芯，同時要避免啟動時和輸出時負(fù)載瞬態(tài)的磁芯飽和。L2是共模抑制器，用來濾除共模干擾，C 1

21、是輸入濾波電容。阻斷二極管型號D1可以選擇UF4006。瞬電壓抑制管即VR1，其型號是P6KE200， 它與C 11并聯(lián)以降低齊納箝位的損耗。目標(biāo)鉗位電壓的平均值約為180 V。R 4、 R 5和R 6作為輸出電壓的取樣電阻，在取樣之后與TL431內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進行比較，若產(chǎn)生了誤差電壓，則再通過PC817A 光耦反饋到控制引腳C，從而TOP249Y 的輸出占空比，進而穩(wěn)定輸出電壓。TOP249Y 在電路里的直流電壓范圍為100 450 V，如果一旦超出了該電壓范圍，TOP249Y就會自動關(guān)閉。圖2.3 72W 開關(guān)電源適配器第三章 控制系統(tǒng)的思路及電路3.1 AT89C2951引腳介紹 P1

22、口：P1口是一個8位雙向I/O端口，其中P1.2P1.7引腳帶有內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(AIN0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流，并能直接驅(qū)動LED顯示。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P3口：P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個雙向I/O端口。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O口引腳而只讀。P3口輸出緩沖器可吸收20mA電流

23、。P3口作輸入口使用時，與p2相同。AT89C51單片機的P口特點： P0口：是一個8位漏極開路輸出型雙向I/O端口。作為輸出端口時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8 個TTL輸入，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。 在訪問外部程序或數(shù)據(jù)存儲器時，它是時分多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間將激活內(nèi)部的上拉電阻。 P1口：P1口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。 P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個T

24、TL輸入。P2口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器時和16位外部地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口引腳上的內(nèi)容，在整個訪問期間不會改變。P3口：P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。3.2 基于AT89C2051的智能控制器基于AT89C2051的智能控制器電路如圖3.1由傳感器、A D 轉(zhuǎn)換、控制器三個單元組成。AT89C2051芯片用于接收聲控和光控傳感器檢測

25、到的信號并處理，從而控制LED 驅(qū)動器。本電路中AT89C2051 的p3. 0 和p3. 1兩個端口作為輸入信號檢測，剩下的13 個端口就選擇輸出控制。 圖3.1 基于AT89C2051的智能控制器電路圖 軟件流程圖如圖3.2所示 圖3.2 系統(tǒng)軟件流程圖第四章 設(shè)計的實現(xiàn)4.1 實現(xiàn)內(nèi)容本設(shè)計通過各部分電路之間的聯(lián)系，由單片機控制，最后可以實現(xiàn)一下功能：有光時，不管有無聲響，燈都不不亮；無光時，若有人產(chǎn)生聲響，控制器就會先判斷時間段，若是在天色暗下來的時候，使LED燈發(fā)出100%的亮度，光照時間常委60秒；若時間段為天色還較亮?xí)r，控制器就輸出50% 占空比方波，就會使LED 發(fā)出50% 亮

26、度，逛展時間也是60秒。4.2 程序清單（見附錄） 結(jié)束語經(jīng)過了不懈的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計智能調(diào)光LED燈具設(shè)計的撰寫。設(shè)計的智能LED射燈驅(qū)動系統(tǒng)，不僅能夠有效的監(jiān)控、檢測周圍環(huán)境的變化，而且能及時關(guān)閉、開啟燈源以及調(diào)光達到節(jié)能的目的。該系統(tǒng)是在傳統(tǒng)聲光電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做的改進，相對于傳統(tǒng)的電路更省電、更高效。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我的電子知識水平有了一個很大的提升。首先我掌握了智能調(diào)光LED燈具設(shè)計的工作原理，弄懂了燈具智能調(diào)光的過程，同時我全面解了電路中核心元器件的概念、工作特性、工作原理和產(chǎn)品型號的選擇。其次我對每種元器件都進行了定性的分析與計算，用理論證明了該設(shè)計的可行性。雖然

27、完成了本次課題設(shè)計，但是設(shè)計還存在著許多缺點與不足。當(dāng)然是我自身理論水平與實際經(jīng)驗存在很大不足，由于時間的關(guān)系和自身知識的不足，導(dǎo)致課題設(shè)計未能達到盡善盡美的地步，以后我會繼續(xù)努力，找出存在的關(guān)鍵問題，一步一步腳踏實地的將問題解決。附錄源程序：ORG 0000HAJMP MAINORG 0050HMAIN:MOV P0，#00000001B；燈滅MOV TMOD,#00000001BMOV TCON,#00010000B;開啟計數(shù)器MOV IE,#10000111B;開啟所有中斷SJMP $ ; 燈變亮DET1: MOV P0, #00000001BCALL TIME0 ;燈亮延時MOV P0

28、, #00000011BCALL TIME0MOV P0, #00000101BCALL TIME0MOV P0, #00000111BCALL TIME0MOV P0, #00001001BCALL TIME0MOV P0, #00001011BCALL TIME0MOV P0, #00001101BCALL TIME0MOV P0, #00001111BCALL TIME1RET1DET0： CALL TIME1 ；延時60秒MOV TCON, AANL A,#1JZ LOOPMOV P0, #00001111BCALL TIME0MOV P0, #00001101BCALL TIME0M

29、OV P0, #00001011BCALL TIME0MOV P0, #00001001BCALL TIME0MOV P0, #00000111BCALL TIME0MOV P0, #00000101BCALL TIME0MOV P0, #00000011BCALL TIME0MOV P0, #00000001BRET1LOOP: RET ；延時 TIME0: SETB TR0MOV R0, #20D_1: MOV R1, # 250DJNZ R1, $DJNZ R0, D_1CLR TR0RETTIME1: SETB TR0MOV R0, #250MOV R1, #200MOV R2, #60D_2: DJNZ R0, D_2MOV R1, #200DJNZ R1, D_2MOV R2, #60DJNZ R2, D_2CLR TR0RETEND參考文獻1 劉樹林，高衛(wèi)斌，尹衛(wèi)平.低頻電子線路 M.北京：電子工業(yè)出版社，2003：53-55.2 王成安.電子技術(shù)基本技能綜合訓(xùn)練 M.北京：人民郵電出版社，2005，9：16-17.3 王慶友.光電傳感器應(yīng)用技術(shù) M.北京：機械工業(yè)出版社，2007,10：27-28.4 何勇.光電傳感器及其應(yīng)用 M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004,7：32-34