【正文】 .................................................... 24 本設計的總程序及流程圖 ................................................................... 24 流程圖 ............................................................................................ 24 程序 ................................................................................................ 25 鍵盤掃描程序設計 ............................................................................... 25 調(diào)節(jié) PWM 占空比程序設計 ................................................................ 28 6 調(diào)試及運行結(jié)果 ..................................................................................... 30 調(diào)試 ...................................................................................................... 30 仿真調(diào)試 ........................................................................................ 30 實物調(diào)試 ........................................................................................ 30 運行結(jié)果分析 ....................................................................................... 31 7 個人總結(jié) .................................................................................................. 36 致謝 ................................................................................................................. 37 陜西理工學院畢業(yè)設計 VI 參考文獻 ........................................................................................................ 38 附錄 ................................................................................................................. 39 附錄 A 系統(tǒng)硬件仿真圖 .............................................................................. 39 附錄 B 硬件系統(tǒng)元器件清單 ....................................................................... 40 附錄 C 系統(tǒng)實物圖 ...................................................................................... 41 附錄 D 系統(tǒng)運行程序 .................................................................................. 44 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 69 頁 1 緒論 概述 LED 照明以其發(fā)光效率高，使用壽命 長，亮度控制簡單和環(huán)保的優(yōu)勢，迅速受到廣大用戶的歡迎。作為新型的節(jié)能光源， LED燈具會逐步地取代傳統(tǒng)的白熾燈泡。 LED照明的不斷普及對調(diào)光和控制技術(shù)提出了越來越高的要求。當前用戶主要關(guān)心的是， LED燈具必須要使用安全、重量輕、壽命長、不影響用戶健康，并可適用于現(xiàn)有的調(diào)光設備以及可以承受的價格。 要滿足用戶的愿望，就要求驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換效率高、輸出電流紋波低、無光耦設計，并且在接入任何調(diào)光器，無論是支持或者不支持的型號，都要保證燈具的安全性能。這對 LED的驅(qū)動電源提出了極大的挑戰(zhàn)。越來越多的 LED 燈開發(fā)人員意 識到到，傳統(tǒng)的驅(qū)動方式很難同時兼顧到所有的要求，無法大量推廣 LED燈。數(shù)字電源技術(shù)突破了傳統(tǒng)方案的局限性，可以對用戶的要求進行整合和優(yōu)化，為 LED 驅(qū)動和調(diào)光控制提供一個完整的解決方案。本文針對 LED 燈的具體設計問題來討論數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢和解決問題的方法 具體來講，本設計就設計一款利用 PWM 技術(shù)實現(xiàn)的調(diào)光電源。它主要以 51 單片機為主控芯片，使用 PWM 驅(qū)動方式，通過調(diào)整 PWM 脈沖的脈寬比控制占空比，從而達到 LED 亮度連續(xù)可調(diào)。 該 系統(tǒng)可劃分為 主控 電路部分 （ STC89C51，單片機） 、 矩陣鍵盤 部分 (4 4矩陣鍵 盤 )、 驅(qū)動電路電路（ NPN 三極管） 和 LED 顯示四 部分。 主控 電路是由單片機來 產(chǎn)生 PWM 波 信號， 利用程序調(diào)節(jié)占空比。矩陣鍵盤通過程序掃描確定輸入的占空比值， NPN 三極管的驅(qū)動加保護電阻的一組LED 燈，產(chǎn)生不同的明暗變化。 課題設計的任務及要求 隨著我國公路建設尤其是高速公路的發(fā)展，隧道建設項目日益增多，相應配套隧道照明設施的數(shù)量和規(guī)模越來越大。因此，在保證行車安全性和舒適性的前提下，如何減少能源消耗，降低運營成本，改善照明效果、提高照明質(zhì)量，成為迫切需要解決的問題。本課題主要內(nèi)容是研究 LED 調(diào)光電源的工作 原理。結(jié)合所學電力電子技術(shù)和控制理論，運用電路知識構(gòu)建 LED 調(diào)光電路，對該電路進行調(diào)試和分析。最后提交合乎規(guī)范的畢業(yè)設計論文及相關(guān)材料。 課題設計的目的及意義 課題設計的目的 通過本次畢業(yè)設計 ,主要想達到以下目的： 1. 加強對單片機的認識，加深對單片機理論方面的理解 。 2. 掌握的單片機產(chǎn)生 PWM 波； 3. 掌握如何利用程序控制單片機調(diào)節(jié) PWM 波占空比； 4. 熟悉并熟練掌握 PROTUES 和 KEIL 軟件使用； 5. 了解和掌握單片機應用系統(tǒng)的軟硬件設計過程、方法及實現(xiàn)，為以后設計和實現(xiàn)單片 機應用系統(tǒng)打下基礎。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 2 頁 共 69 頁 課題設計的意義 隨著我國公路建設尤其是高速公路的發(fā)展，隧道建設項目日益增多，相應配套隧道照明設施的數(shù)量和規(guī)模越來越大。因此，在保證行車安全性和舒適性的前提下，如何減少能源消耗，降低運營成本，改善照明效果、提高照明質(zhì)量，成為迫切需要解決的問題。 發(fā)光二極管 LED(Light Emitting Ddiode)是利用半導體 PN 結(jié)或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件，以其高效率、低功耗、低電壓驅(qū)動、使用壽命長等優(yōu)點，已在眾多應用領域中得到普遍的應用，如各類消費電子產(chǎn)品 ——手機、 PDA、 液晶電視的背光光源等。高亮度 LED 是傳統(tǒng)白熾燈的一種理想替代方案，因為前者的壽命和效率都比后者高得多，且不同于緊湊型熒光燈泡，這些 LED能夠在低溫下工作。 因此，實現(xiàn)隧道的 LED 調(diào)光系統(tǒng)的設計及應用對于節(jié)省資源，降低成本和長遠發(fā)展來看都有非常重要的意義 。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 69 頁 2 方案論證及選擇 本課題目前的研究現(xiàn)狀概述 調(diào)光器，英文叫 dimmer，改變照明裝置中光源的光通量、調(diào)節(jié)照度水平的一種電氣裝置。調(diào)光器的目的是調(diào)整燈光不同的亮度。通過減少或增加 RMS 電壓促使平均功率的燈光產(chǎn)生的不同強度的光輸出。雖然可變電壓設備可用于各種目的，但是這種調(diào)控旨在控制照明。 如今 LED 照明已確然成為一項主流技術(shù)。該項技術(shù)正日臻成熟，標志之一就是大量 LED 照明標準和規(guī)范的陸續(xù)出臺。嚴格的效率要求已存在相當一段時間了，今后仍將不斷提高。但近段時間，LED 照明設計師的工作卻更為棘手了，因為要同時滿足以下兩項要求：既要用針對白熾燈的調(diào)光器來實現(xiàn)調(diào)光控制功能，又要實現(xiàn)高功率因數(shù)性能，對于 LED 亮度的調(diào)節(jié)，目前主要分為模擬調(diào)光和PWM 調(diào)光，下面就將對 LED 調(diào)光的相關(guān)情況進行介紹。 調(diào) 光是照明系統(tǒng)非常常見的功能。對于白熾燈來說，它可以以低成本輕易實現(xiàn)。 LED 的調(diào)光卻存在一定難度，但對于建筑師和住宅用戶來說，在轉(zhuǎn)換到 LED 照明時可不愿失去調(diào)光控制應有的優(yōu)勢。這就涉及到 LED照明類的許多相關(guān)知識。功率因數(shù)是非常重要的因素，因為高功率因數(shù)可降低配電網(wǎng)絡的損耗。降低電力使用對環(huán)境所造成影響的最有效方式是減少浪費，因此世界各地的監(jiān)管機構(gòu)都在進一步嚴格他們的功率因數(shù)規(guī)范。 公路隧道作為公路的一個特殊路段 其管狀結(jié)構(gòu)決定了洞內(nèi)外亮度相差懸殊具有污染嚴重、 噪聲大等缺點 降低了道路的通行能力威脅到車輛的行車安 全。為了提高這一瓶頸路段的 通行能力 確保行車安全需要科學設置燈光照明系統(tǒng) [1]。隧道照明與普通道路照明有著很大的不同 最大體現(xiàn)在白天也要照明而且白天照明比夜間照明更加復雜。汽車駕駛員在 白天從明亮的環(huán)境接近、進入和通過隧道的過程中 將發(fā)生種種特殊的視覺問題 進入隧道 前 由于隧道內(nèi)外亮度差別極大從隧道外部去看照明很 不充分的隧道 入口處會看到一個 “黑洞” 。汽車由明亮的外部進入隧道后 由于亮度的急劇變化會出現(xiàn)視覺“適應的滯后現(xiàn)象” 。在隧道出口處 出現(xiàn)極強的眩光產(chǎn)生一個很亮的洞口降低駕駛員的可見度。因此隧道 照明必須解決好駕駛員進入 隧道的視覺適應問題。目前 隧道照明設計者依據(jù)規(guī)范通常把隧道分為入口段、過渡段、中間段和出口段等四個段來設計照明。各段的長度和照度是從全年行車安全要求出發(fā) 對洞內(nèi)最大照度的設計是以全年洞外最大亮度和最高行車時速來確定隧 道內(nèi)各段的燈具功率和燈具分布密度 [2]無法實現(xiàn)對 照明的按需和實時控制。在燈具使用上 高壓鈉燈具有壽命長、光效好、透霧性強等特點因而被普遍使用新型節(jié)能燈具因技術(shù) 和成本等原因還沒有被推廣。以上這種傳統(tǒng)的照明設計存在著大量電能的浪費問題 本文即 是針對當前隧道照明能源浪費的問題 在節(jié)能調(diào)光控制算法、控制系統(tǒng)的構(gòu)建 展開研究以 期最大限度地實現(xiàn)隧道照明的節(jié)能。 傳統(tǒng)的隧道照明為實現(xiàn)各段的合理照明 按晴天、云天、陰 天、重陰天加強照明和全日基本照明、白日基本照明、全日基本應急照明七種模式控制 控制方式過于簡單 ,無法 根據(jù)室外環(huán)境度、交通流量、隧道內(nèi)車輛行駛速度等參數(shù)實現(xiàn)照明的自適應控制 ,照明效 果不佳 ,電能浪費嚴重。使整個隧道通風照明能自動適應車速、車流 量和洞外環(huán)境氣象等影響因素的變化 ,減少不需要的照明浪費。在燈具上使用大功率 LED 燈取代現(xiàn)階段廣泛使用的高壓鈉燈 ， 真正實現(xiàn)了綠色照明。近年來 ， 大 功率LED 照明有不斷取代高壓鈉燈等 常規(guī)照明設備的趨勢 它具有以下優(yōu)點 : (1) 高效。同等亮度條件下使用 LED 照明耗能僅為白熾燈的 10% 熒光燈的 50%。 (2) 壽命長。 LED 理論使用壽命為 100000 小時 是熒光燈的 10 倍 白熾燈的 100 倍。 (3) 易調(diào)光控制。 LED 在調(diào)光性能上具有巨大的優(yōu)勢 可實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光 尤其適合在 隧道照明等需要調(diào)光的特殊場合。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 69 頁 目前存在的實現(xiàn)方法 LED 燈具的調(diào)光方法最主要、常見的有三種，這三種調(diào)光技能都是根據(jù) LED 驅(qū)動電流輸入的變化來進行調(diào)光的。按照不同的電路系統(tǒng)也能