智能调光LED灯具设计论文

1、 . . . 23/28毕业设计技术报告课题名称：智能调光LED灯具设计学生: 学号: 专业: 光信息科学与技术 班级: 2009级1班指导教师: 2013 年 5 月目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356768677摘要 PAGEREF _Toc356768677 h 3HYPERLINK l _Toc356768678Abstract PAGEREF _Toc356768678 h 4HYPERLINK l _Toc356768679第一章绪论 PAGEREF _Toc356768679 h 5HYPERLINK l _Toc3567686801.1前

2、言 PAGEREF _Toc356768680 h 5HYPERLINK l _Toc3567686811.1.1 LED简介 PAGEREF _Toc356768681 h 5HYPERLINK l _Toc3567686821.1.2 单片机简介 PAGEREF _Toc356768682 h 5HYPERLINK l _Toc3567686831.2设计研究的原因与意义 PAGEREF _Toc356768683 h 5HYPERLINK l _Toc3567686841.2.1 设计原因 PAGEREF _Toc356768684 h 5HYPERLINK l _Toc35676868

3、512.2 设计的意义 PAGEREF _Toc356768685 h 6HYPERLINK l _Toc3567686861.3设计的目标 PAGEREF _Toc356768686 h 6HYPERLINK l _Toc3567686871.4设计思路与设计路线选择 PAGEREF _Toc356768687 h 6HYPERLINK l _Toc3567686881.4.1 单片机的选择 PAGEREF _Toc356768688 h 6HYPERLINK l _Toc3567686891.4.2 延时电路选择 PAGEREF _Toc356768689 h 8HYPERLINK l _

4、Toc3567686901.4.3 驱动电路选择 PAGEREF _Toc356768690 h 9HYPERLINK l _Toc356768691第二章智能调光LED灯具的电路设计 PAGEREF _Toc356768691 h 10HYPERLINK l _Toc3567686922.1 方案设计 PAGEREF _Toc356768692 h 10HYPERLINK l _Toc3567686942.2 智能调光LED灯具设计各部分的电路简介 PAGEREF _Toc356768694 h 11HYPERLINK l _Toc3567686952.2.1于PT4115的恒流驱动 PAG

5、EREF _Toc356768695 h 11HYPERLINK l _Toc356768696PT4115芯片介绍 PAGEREF _Toc356768696 h 11HYPERLINK l _Toc356768697PT4115应用特点 PAGEREF _Toc356768697 h 11HYPERLINK l _Toc356768698PT4115芯片的引脚功能 PAGEREF _Toc356768698 h 12HYPERLINK l _Toc3567686992.2.2 LED射灯的驱动电路 PAGEREF _Toc356768699 h 12HYPERLINK l _Toc3567

6、687002.2.3基于Top249Y的72W 开关电源适配器设计 PAGEREF _Toc356768700 h 13HYPERLINK l _Toc356768701第三章控制系统的思路与电路 PAGEREF _Toc356768701 h 16HYPERLINK l _Toc3567687023.1 AT89C2951引脚介绍 PAGEREF _Toc356768702 h 16HYPERLINK l _Toc3567687033.2 基于AT89C2051的智能控制器 PAGEREF _Toc356768703 h 17HYPERLINK l _Toc356768704第四章设计的实现

7、 PAGEREF _Toc356768704 h 20HYPERLINK l _Toc3567687054.1 实现容 PAGEREF _Toc356768705 h 20HYPERLINK l _Toc3567687084.2 程序（见附录） PAGEREF _Toc356768708 h 20HYPERLINK l _Toc356768709结束语 PAGEREF _Toc356768709 h 21HYPERLINK l _Toc356768710附录 PAGEREF _Toc356768710 h 22HYPERLINK l _Toc356768711参考文献 PAGEREF _Toc

8、356768711 h 26HYPERLINK l _Toc356768713致 PAGEREF _Toc356768713 h 27摘要LED被认为是绿色的第四代光源，它是一种固体冷光源，优点有高效、安全环保、寿命长、体积小等，目前在城市景观装、商业广告与交通信号上应用广泛。近年来随着制造工艺的发展，大功率高亮度LED的性能不断提升，价格也不断下降，目前要达到一样的照明效果，LED的耗电量约是白炽灯的1/10,大约是荧光灯的1/2。这些都使得LED开始应用于一般的照明中，并且其发展前景很好，大有取代白炽灯和荧光灯等传统光源的趋势，LED灯在世博会上的应用可以说证明了这一点。LED调光可以节能

9、，高亮度白光LED的驱动和调光是近年来研究的热点。由于LED光源的优点和白光LED技术的逐渐成熟,节能、光照均匀、长寿、绿色环保、灵活方便的半导体光源照明系统的应用,对节省资金,缓减用电压力,构建节约型社会有重大意义。本文就此进行了研究，并设计了智能调光系统关键词：智能调光；LED；单片机；节能；AbstractLED is regarded as the fourth generation of green light source, it is a solid cold lightsource, and the advantages are high efficiency, safety,

10、 environmental protection, longlife, small volume and so on, at present, in the urban landscape, has been widely appliedon commercial and traffic signal. In recent years, with the development of themanufacturing process, performance of high-power high-brightness LED, prices arefalling, to achieve th

11、e same lighting effect at present, the LED of the power consumptionis about 1/10 of incandescent lamp, is about 1/2 of fluorescent lamp. These LED startapplication in general lighting, and its development prospect is very good, to replaceincandescent lamp and fluorescent lamp etc traditional lightin

12、g, LED lightingapplications in the expo to prove it, so to speak. LED dimming can be energy savinghigh brightness white LED driver and light 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

13、lighting uniformity, long life, green environmental protection, the application of semiconductor lighting system, to save money,reduce, electricity pressure, have important meanings to build s conservation-minded society. Paper was studied, and designs the intelligent dimming system. Keywords: intel

14、ligent dimming; The LED; SCM; Energy saving.绪论前言1.1.1LED简介随着社会的发展，人们对于生活的要求越来越高，照明在生活的耗能中所占的比例也越来越高。现代照明除了满足人们基本的生活学习要求之外，将更注重节能和便利，以与人类个性化需求。因此，智能化照明已经成为必然趋势。现今生态问题也日益受到公众关注。随着人们对全球变暖和气候变化等环境问题的意识不断提高，节约资源和能源的理念正成为很多市场营销策略的要点。LED照明是全球节能的主流，而大功率LED 照明更是今后世界的照明发光系统的主流趋势。LED最显著的一个优点就是节能，还有亮度高、环保、安全性和稳

15、定性高等优点。1.1.2 单片机简介单片机已经出现了30年了，其应用已渗透到社会经济、军事、交通、通信等多种行业，也深入到家电、娱乐、艺术等多个领域，并掀起了一场数字化技术革命。单片微型计算机就是将中央处单元、存储器、定时器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。一块芯片就是一台计算机，是使用最广泛的计算机。本设计就是利用单片机和LED设计出的高效节能智能调光灯具。设计研究的原因与意义1.2.1 设计原因传统的声光控延时控制器能很好地实现对灯的控制，在光线黑暗时或晚上来临时，能有效地实现“人来灯亮，人去灯熄” ， 但由于其开关用的是继电器之类的机械控制器，所以在人流量多的地方由于频繁

16、的开关，较容易损坏。另外在有些地方会昼夜亮灯，不仅浪费资源，而且给人们的生活带来诸多不便。因此适应不同人群需求的智能化照明变得必不可少，本文就此现象，设计出了一套既智能调光，有节能环保的LED灯具。12.2 设计的意义本设计的意义在于：第一，良好的节能效果和延长灯具寿命；第二，自动调节亮度可以提高人们的工作和学习效率，是生活更舒适方便；第三，自动调光，可以减少工作人员的工作量，减少人力资源的浪费.在照明领域，LED产品的应用是未来发展的趋势，因为它更符合“低碳”、“节能”的理念，随着LED技术的进步，会吉大的推进全球的“低碳”、 “节能”的进程。设计的目标本设计对于现在社会上的灯具弊端，旨在达

17、到更加节能、合理的目的，根据外界环境的光照强度以与声音的变化，传感器接收到信号并转换成电信号。由电路传给单片机，再由单片机接收并处理信号，进而驱动电路，控制电路运行来调节灯的亮度。设计思路与设计路线选择1.4.1 单片机的选择方案一、MCS51单片机AT89C2051是MCS51单片机应用的最多的一种。AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央 处理器和Flash存储单

18、元，功能强大的AT89C52单片机提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C2051有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89C2051有PDIP、PQFP/TQFP与PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性： .兼容MCS51指令系统8k可反复擦写Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit部RAM 3个16位可编程定时 时钟频率0-24MHz 2个串

19、行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能方案二、AVR单片机1997年,由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。AVR单片机的优点： 简便易学，费用低廉；高速、低耗、；I/O口功能强,具有A/D转换等；电路有功能强大的定时器/计数器与通讯接口。从市场角度看AVR单片机 性价比：AVR大部分型号的性价比较高，性价比表现突出的型号有：atmega48、atmega8、atmega16、atmega169

20、P 供货方面：通用型号的AVR供货较为稳定，非常规型号的AVR样品与供货仍存在问题。 市场占有率：目前，AVR的市场占有率还是不如PIC与51，但，AVR的优点使得AVR的市场占有一直在扩展，AVR的年用量也一直在上涨。考虑到AT89C2051的代表性，本设计采用第一种方案1.4.2 延时电路选择延时参数电路方案一、采用外置定时器，单片机以脉冲方式出发该定时器。方案二、采用单片机部定时器，由单片机实现不同时间的定时功能。考虑到，方便简洁，本设计采用第二种方案。1.4.3 驱动电路选择方案一、用可控硅控制。可控硅是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，它体积较小、结构简单、功能较强，是

21、一种较常用的半导体器件。方案二采用继电器控制。继电器就是一种当输入量达到一定值时，输出量会发生跳跃式变化的自动控制器件。其优点是速度快、寿命长、稳定等。由于继电器简单易用，并且开关状态很好判断，所以本设计采用继电器控制。智能调光LED灯具的电路设计2.1 方案设计根据市场上的现有的大功率LED射灯产品，设计了可应用于走廊、楼梯、教室等场所的智能照明系统本系统采用24 V /3 A 的开关电源来供电，LED智能照明模块（见图2.1）。控制器采用单片机AT89C2051，恒流驱动用PT4115芯片。灯的亮灭与亮度通过智能调光实现。PT4115芯片的DIM 端就PWM 调光来现输出电流从0到100%

22、调整，根据这个特点，就设计了集声控、光控、时控一体的智能调光模块。其功能是：（1） 有光时，不管有无声响，灯都不不亮；（2）无光时，若有人产生声响，控制器就会先判断时间段，若是在天色暗下来的时间段（定义为第一时间段），则使LED灯发出100%的亮度。若时间段为天色还较亮时，控制器就输出50% 占空比方波，就会使LED 发出50% 亮度，这样可节省电能，提高用电效率 图2.1LED智能驱动系统框图解析2.2 智能调光LED灯具设计各部分的电路简介2.2.1于PT4115的恒流驱动PT4115芯片介绍PT4115应用特点（1）恒流效果越好。（2）输出电流越大，需要电感值越小， 电感选择比较方便。（

23、3）输出电压越高，效率越高。（4）通常电感越大，功率开关的开关损耗越小，但是DCR会变大，对应电感损耗变大。（5）反馈电压100mV，RS损耗业界最小，功率开关导通电阻RSW为06Q，也比较小， 效率比一般产品高。（6）部、外部都可以设计过温保护，对LED有双重保护。（7）采用SOT89 -5封装，热阻仅为45 /w，散热特性很好。PT4115芯片的引脚功能SW：功率开关的漏端。GND：信号和功率地。DIM：开关使能、模拟和PWM调龙端。CSN电流采样端，采样电阻接在CSM和VIN端之间。VIN：电源输入端，必须就近接旁路电容。Exposed PAD散热端，部接地，贴在PCB板上减小热阻。2.

24、2.2 LED射灯的驱动电路PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED。据不同的输入电压和外部器件，PT4115 可以驱动高达数十瓦的LED。 PT4115 输入电压围从6 伏到30 伏，输出电流可调，最大可达1.2 安。PT4115 置功率开关，采用高端电流采样设置LED平均电流，并通过DIM引脚可以接受模拟调光和很宽围的PWM调光。当DIM的电压低于0.3伏时，功率开关关断，PT4115进入极低工作电流的待机状态。图2.2灯驱动电路图2.2.3基于Top249Y的72W 开关电源适配器设计变压器设计高频变压器设计时应注意以下容： 1）在高频变压器的设计

25、中，为了防止产生的大信号有失真现象，在输出最大功率时，不要让磁芯中的磁感应强度达到饱和。2）在瞬变过程中，若输出绕组匝数多，层数多时应考虑分布电容，如果降低分布电容就会抑制高频信号对负载的干扰。高频链漏感会引起浪涌电流以与尖峰电压与脉冲的顶部振荡，使损耗增加，严重时可能会造成开关管的损坏。同时，而对同一高频变压器如果要同时减少分布电容和漏感是很困难的，所以应该根据不同工作的要求，以保证合适的电容和电感。开关电源电路图2.2.2中C 6为X 型电容，可以滤除各电网之间的串模干扰。R 11通过2M的电阻值来实现欠压和过压的检测，同时还提供降低输出电压的频率纹波的电压前馈。R 10使用20. 5 K

26、 的电阻值要从外部将流限值设定成仅仅略高于在低电压工作时满载峰值的电流，从而就允许使用更小的变压器磁芯，同时要避免启动时和输出时负载瞬态的磁芯饱和。L2是共模抑制器，用来滤除共模干扰，C 1 是输入滤波电容。阻断二极管型号D1可以选择UF4006。瞬电压抑制管即VR1，其型号是P6KE200， 它与C 11并联以降低齐纳箝位的损耗。目标钳位电压的平均值约为180 V。R 4、 R 5和R 6作为输出电压的取样电阻，在取样之后与TL431部的基准电压进行比较，若产生了误差电压，则再通过PC817A 光耦反馈到控制引脚C，从而TOP249Y 的输出占空比，进而稳定输出电压。TOP249Y 在电路里

27、的直流电压围为100 450 V，如果一旦超出了该电压围，TOP249Y就会自动关闭。图2.3 72W 开关电源适配器控制系统的思路与电路3.1 AT89C2951引脚介绍 P1口：P1口是一个8位双向I/O端口，其中P1.2P1.7引脚带有部上拉电阻，P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流，并能直接驱动LED显示。对端口写1时，通过部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 P3口：P3.

28、0P3.5、P3.7是带有部上拉电阻的7个双向I/O端口。P3.6用于固定输入片比较器的输出信号并且它作为一通用I/O口引脚而只读。P3口输出缓冲器可吸收20mA电流。P3口作输入口使用时，与p2一样。AT89C51单片机的P口特点： P0口：是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。作为输出端口时，每位能以吸收电流的方式驱动8 个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。 在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间将激活部的上拉电阻。 P1口：P1口是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL

29、输入。对端口写1时，通过部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。 P2口：P2口是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。P2口作输入口使用时，因为部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 在访问外部程序存储器时和16位外部地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的容，在整个访问期间不会改变。P3口：P3口是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。对端口写1时，通过部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。3.2 基于AT89C2051的智

30、能控制器基于AT89C2051的智能控制器电路如图3.1由传感器、A D 转换、控制器三个单元组成。AT89C2051芯片用于接收声控和光控传感器检测到的信号并处理，从而控制LED 驱动器。本电路中AT89C2051 的p3. 0 和p3. 1两个端口作为输入信号检测，剩下的13 个端口就选择输出控制。 图3.1 基于AT89C2051的智能控制器电路图软件流程图如图3.2所示图3.2 系统软件流程图设计的实现4.1 实现容本设计通过各部分电路之间的联系，由单片机控制，最后可以实现一下功能：有光时，不管有无声响，灯都不不亮；无光时，若有人产生声响，控制器就会先判断时间段，若是在天色暗下来的时候

31、，使LED灯发出100%的亮度，光照时间常委60秒；若时间段为天色还较亮时，控制器就输出50% 占空比方波，就会使LED 发出50% 亮度，逛展时间也是60秒。4.2 程序清单（见附录）结束语经过了不懈的学习和工作，我终于完成了毕业设计智能调光LED灯具设计的撰写。设计的智能LED射灯驱动系统，不仅能够有效的监控、检测周围环境的变化，而且能与时关闭、开启灯源以与调光达到节能的目的。该系统是在传统声光电系统的基础上做的改进，相对于传统的电路更省电、更高效。通过这次毕业设计，我的电子知识水平有了一个很大的提升。首先我掌握了智能调光LED灯具设计的工作原理，弄懂了灯具智能调光的过程，同时我全面解了电

32、路中核心元器件的概念、工作特性、工作原理和产品型号的选择。其次我对每种元器件都进行了定性的分析与计算，用理论证明了该设计的可行性。虽然完成了本次课题设计，但是设计还存在着许多缺点与不足。当然是我自身理论水平与实际经验存在很大不足，由于时间的关系和自身知识的不足，导致课题设计未能达到尽善尽美的地步，以后我会继续努力，找出存在的关键问题，一步一步脚踏实地的将问题解决。附录源程序：ORG 0000HAJMP MAINORG 0050HMAIN:MOV P0，#00000001B；灯灭MOV TMOD,#00000001BMOV TCON,#00010000B;开启计数器MOV IE,#1000011

33、1B;开启所有中断SJMP $ ; 灯变亮DET1: MOV P0, #00000001BCALL TIME0 ;灯亮延时MOV P0, #00000011BCALL TIME0MOV P0, #00000101BCALL TIME0MOV P0, #00000111BCALL TIME0MOV P0, #00001001BCALL TIME0MOV P0, #00001011BCALL TIME0MOV P0, #00001101BCALL TIME0MOV P0, #00001111BCALL TIME1RET1DET0： CALL TIME1 ；延时60秒MOV TCON, AANL A

34、,#1JZ LOOPMOV P0, #00001111BCALL TIME0MOV P0, #00001101BCALL TIME0MOV P0, #00001011BCALL TIME0MOV P0, #00001001BCALL TIME0MOV P0, #00000111BCALL TIME0MOV P0, #00000101BCALL TIME0MOV P0, #00000011BCALL TIME0MOV P0, #00000001BRET1LOOP: RET ；延时 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,