【正文】 前綠色節(jié)能燈具中的佼佼者，是一種將電能到光能進(jìn)行轉(zhuǎn)化的固態(tài)半導(dǎo)體器件。 LED 燈由驅(qū)動電路、控制電路以及 LED 陣列組成，其中驅(qū)動電路尤為重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系著 LED 燈具的使用壽命和電能的利用率。 課題研究背景 現(xiàn)如今人類社會文明得到飛速發(fā)展，在現(xiàn)代化的大城市中一棟棟高樓大廈整晚燈火通明，看上去大家會覺得燈火輝煌， 現(xiàn)在 的城市是如何的繁榮 與繁華 ，卻不知道在這 燈火輝煌的身后是龐大的資源浪費(fèi) ，不得不說這些行為給全世界的節(jié)能行動帶來了巨大的壓力 。 不僅如此，我們還將研究如何在無人為因素的情況下實(shí)現(xiàn)智能照明，當(dāng)然人為有效控制手段也必不可少。 如此的話人們將不會由于遺忘關(guān)燈而導(dǎo)致巨大的電能浪費(fèi)， 也可以因地制宜自 我選擇光的亮度， 同時(shí)還能提高管理效率 并 且節(jié)省一大筆開支。而使用智能照明系統(tǒng)則極大地提高了管理效率， 不用擔(dān)心有人遺忘關(guān)燈，智能照明時(shí)代的到來將會 使人們的生活更加舒適。當(dāng)兩種半導(dǎo)體連接起來時(shí)，將會構(gòu)成一個(gè) PN 結(jié)，當(dāng)晶片有電流流過時(shí)，電子將向 P 區(qū)移動，在 P 區(qū)中電子會跟空穴發(fā)生復(fù)合，最后會將以光子的能量模式放出， LED 所發(fā)光的顏色種類直接由 PN 結(jié)的構(gòu)成材料所決定。圖 12 是發(fā)光亮度隨溫度變化的曲線，由圖可知，我們需要嚴(yán)格控制 LED 的工作溫度以便于得到較高的的亮度。穩(wěn)壓電源一直都是作為 LED 燈的驅(qū)動電路，而穩(wěn)壓電源則可以分為兩類：開關(guān)穩(wěn)壓電源和線性穩(wěn)壓電源。大致工作原理：取樣電阻在 輸出電壓 之中取樣，使其和 參考電壓 之間相互比較，之后由誤差放大器將結(jié)果放大處理，通過改變調(diào)整管導(dǎo)通率的大小，保證輸出電壓的穩(wěn)定。現(xiàn)如今開關(guān)電源已經(jīng)在通信行業(yè)、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。因?yàn)?LED 是電流驅(qū)動元器件，它的前向電流決定了 LED 的亮度?，F(xiàn)如今的人們早已不滿足于普 通的燈光照明，各式各樣的燈光效果能夠渲染出不一樣的氛圍，于是我們將追求更加智能化的燈光效果。 2 開關(guān)穩(wěn)壓電源 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 主回路與控制回路兩部分構(gòu)成了開關(guān)穩(wěn)壓電源。 開關(guān)穩(wěn)壓電源可以根據(jù)輸入輸出部分是否隔離分為隔離式和非隔離式這兩大類型。 升壓式電路的輸出電壓比輸入電壓高；降壓式電路的輸出電壓則比輸入電壓低；升降壓式電路則可以根據(jù)需要輸出電壓或可以比輸入電壓高，或可以比輸入電壓低。臨界導(dǎo)通模式狀態(tài)位于兩者之間，電感會在某一時(shí)刻電感能量和電流歸 零。 輸出電壓的負(fù)載與瞬態(tài)控制性是正激式變換器的電壓輸出所具備的特性，所以運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，輸出電壓不會容易出現(xiàn)波動。在其中控制改變開關(guān) K 的占空比，能夠控制輸出電壓的均值，但是幅值不變。為了保證這個(gè)過大的反電動勢不會擊穿各種電子元器件，所以我們于開關(guān)穩(wěn)壓電源變壓器中添加了能夠?qū)⑵湮盏姆答伨€圈 N3 和一個(gè)削反峰二極管 D3。 a)是變壓器二次側(cè)線圈繞組 N2 的整流電壓輸出波形圖， b)是變壓器二次側(cè)線圈繞組 N3 的整流電壓輸出波形圖， c)為通過變壓器一次側(cè)線圈繞組 N1 與二次側(cè)線圈繞組 N3 的電流波形圖。 U iN 1TKN 2C+DU 2U 0RI 0U e 圖 25 反激變換器的開關(guān)電源電路圖 圖 25 為反激變換器的開關(guān)電源電路圖。 U i0U ptU aU aU oU c0U ota )b ) 圖 26 臨界導(dǎo)通各點(diǎn)電壓 當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷瞬間，線圈繞組 N2 產(chǎn)生了反激電流與電壓，假設(shè)此時(shí) N2 線圈繞組直接接在負(fù)載電阻 R 上，將產(chǎn)生一個(gè)很大的脈沖。 開關(guān)電源的控制方式 在控制系統(tǒng)中，開關(guān)電源的參考電壓與輸出電壓相比較，獲得的誤差信號表明了輸出電壓偏離參考電壓的方向與程度，控制器將會根據(jù)誤差調(diào)整控制量。 P W M 比 較 器鋸 齒 波CL控 制 器++eU cVC CRLufU* 圖 27 電壓反饋控制 圖 27 是電壓控制模式的開關(guān)穩(wěn)壓電源反饋控制系 統(tǒng)，它是較早出現(xiàn)的的一類控制模式，其最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但也有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，它不能有效地控制電流，當(dāng)電路過載或短路時(shí)，需要用過電流保護(hù)電路來停止工作，從而得以保護(hù)電路。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 30 頁 脈沖寬度調(diào)制 脈沖寬度調(diào)制方式 (PWM)，其開關(guān)周期是恒定的，它由轉(zhuǎn)變脈沖信號的占空比方式，從而節(jié)制開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間，用此來改變變換器中的電流，達(dá)到控制輸出功率以及輸出電壓的目的。因?yàn)闉V波電路要在比較寬的頻率之間工作，所以濾波器的體積較大，這是它的缺陷之處。 功率因數(shù)校正 開關(guān)電源促進(jìn)了現(xiàn)代社會生活的極大進(jìn)步，然而相應(yīng)的也帶來了一些問題，例如諧波與對電網(wǎng)污染的問題。 此技術(shù)可以分為有源功率因數(shù)校正和無源功率因數(shù)校正兩種。它于二極管整流電路中補(bǔ)充添加加了電感和電容等一系列無源器件。 2） 高效率化 最近諧振、恒頻零開關(guān)以及零電流變換器等技術(shù)成為熱門的研究課題。 4） 模塊化 由于分 布式供電系統(tǒng)的廣泛使用，電源將向模塊化方向發(fā)展。同樣的輸出電壓也會被分壓電阻取樣，經(jīng)過誤差放大器和基準(zhǔn)電壓放大比較，這樣也會得到一路信號作為乘法器的另一路輸入信號。這樣將可以重復(fù) MOS 管的接通與斷開動作，使得電流波形跟隨整流之后的電壓波形，如此可以極大減少電流產(chǎn)生的諧波并且提高功率因數(shù)。設(shè)輸入變壓器初級線圈電壓方波值為 Vin,匝數(shù)為 N，磁通密度為 B。減小線圈繞組的厚度并加大其高度；減少匝數(shù)，使用低損耗、高 Bm磁芯；在安全的條件下，盡可能使線圈絕緣厚度??；線圈繞組 一律 采用分層式交流繞組。在輸出端增加濾波電容則可以減小輸出電壓波紋。 濾波電容滿足下列表達(dá)式： 主開關(guān)管選擇 足夠快的開關(guān)速度、足夠大的耐壓值和足夠大的額定電流是選擇開關(guān)管的必要條件。 整流輸出二極管設(shè)計(jì) 1）選用正向壓降小的整流二極管 ， 在反向額定電壓和正向額定電流滿足使用條件的情況下，選用正向壓降 比較 小的整流二極管可以 大大 提高效率并 極為有效地 減小損耗。 5）額定電壓的選取 6） 額定電流的選取（二次側(cè)占空比 Ds=） ,二極管中的最大電流、電流有效值分別為： 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 30 頁 控制電路設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)器電路 調(diào)節(jié)器會將反饋量與給定量進(jìn)行運(yùn)算與比較，從而得到一個(gè)控制量。 保護(hù)電路 保護(hù)電路的存在可以保證不損壞負(fù)載且自身電路不被損壞。臨界導(dǎo)通模式可以提高功率因數(shù)，它的電壓環(huán)增益曲線穿越頻率低于輸入的電壓頻率值的一半，淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 30 頁 這樣可以使得誤差放大器的輸出信號基本不變。在諸多單片機(jī)類型中， MCS51 單片機(jī)是較有代表性的一種，在本次設(shè)計(jì)中所需要實(shí)現(xiàn)的功能都能達(dá)成。 P0口 八位漏極開路雙向 I/O 端口。 P3口同時(shí)也能當(dāng)作某些特殊功能端口。 /EA/VPP 保持低電平時(shí)及接地時(shí)，那么在此時(shí)僅訪問外部程序 存儲器 （ 0000HFFFFH）。 C 1 3 0 p FC 2 3 0 p FY1X T A L 2X T A L 1V S SMCU 圖 43 晶振電路與單片機(jī)的連接 熱釋電傳感器及處理電路 菲涅爾透鏡 菲涅爾透鏡，又名螺紋透鏡。 2.將探測區(qū)劃分為數(shù)個(gè)暗區(qū)和明區(qū)，使進(jìn)入檢測范圍內(nèi)的物體通過溫度變化的方式在 紅外線探測器 上產(chǎn)生一個(gè)變 化的紅外信號。這種感器的輸出信號變化較為緩慢，所以不能夠被直接作為控制信號，因此需要一個(gè)信號處理電路將輸出信號轉(zhuǎn)化為能夠被單片機(jī)識別的信號。 2 VO O 控制信號的輸出端口。 6 RR2 功能與 RC2 相同。 9 VC I 觸發(fā)的禁止 端口。 12 2OUT O 第二級運(yùn)放器的輸出端口。 16 1OUT 第一級運(yùn)放器的輸出端口。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 30 頁 遙控與手動模塊 遙控發(fā)射電路 本次設(shè)計(jì)使用 BA5104 進(jìn)行紅外遙控，它工作時(shí)既可靠又穩(wěn)定且沒有必要另外增加電源開關(guān)。使用紅外信號一體化接收頭來接受紅外脈沖信號，并且能夠進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。 H P 3V C C + 5 VS W 1 1S W 1 2S W 1 3H P 2 圖 412 手控圖 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 30 頁 光控與時(shí)控和模塊 P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S TP 3 . 0P 3 . 1P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7X T A L 1X T A L 2G N DV C CP 0 . 7P 0 . 6P 0 . 5P 0 . 4P 0 . 3P 0 . 2P 0 . 1P 0 . 0E AA L EP S E NP 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 4P 2 . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 01 O U T 4 O U T1 1 N 1 1 N +V C C2 1 N +2 1 N 2 O U T 3 O U T4 1 N 4 1 N +G N D3 1 N +3 1 N L M 3 2 41 O U T4 O U T1 1 N 1 1 N +V C C2 1 N +2 1 N 2 O U T 3 O U T4 1 N 4 1 N+G ND3 1 N+3 1 N L M 3 2 4A T 8 9 C 5 1V C C + 5 VS W 1V C C + 5 VC 31 0 u F+R 1 1 0 KC 1C 2C A P 3 3 PC A P 3 3 PY 11 2MV C C + 5 VV + 5 VR 1 2P O T 1 0 KR 1 5 1 0 KR 1 6 1 0 KV + 5 VR 1 3P O T 5 KR 1 4R 1 5R 1 6R 1 7P O T 2 KP O T 1 0P O T 5 KP O T 2 KR 1 7 1 0 KR 1 8 1 0 KR 1 9 1 0 KR 2 0 1 0 KD4亮 度V C C + 5 VV C C + 5 VL S 1546AR P 1 S P D TR P 1 S P D TR P 1 S P D TR 2 35 0 ΩR 2 23 0 ΩR 2 12 0 ΩBL S 2L S 3546546VCCGNDOUTV C CB I S 0 0 1 人 體 紅外 感 應(yīng) 模 塊 圖 413 控制電路 光照檢測模塊 光照檢測模塊中芯片采用 LM324，本次設(shè)計(jì)將其分為三個(gè)工作亮度。 這 次 的 設(shè)計(jì)光控與時(shí)控相結(jié)合，光亮的時(shí)間控制將分為白天模式與黑夜模式。當(dāng) 為 低電 平 ，繼電器兩端電壓是 +5V，內(nèi)部線圈會產(chǎn)生電磁力從而是繼電器工作，常閉斷開，常開接通。智能照明控制采用多種控制方法以實(shí)現(xiàn)智能化，通過本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 LED 燈具 在人為控制的情況下實(shí)現(xiàn)可控照明，也同時(shí)考慮到 在無人干預(yù)下 LED 燈具 能夠自啟與自滅。 淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 30 頁 致謝 本次論文的工作在張濤導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成，張濤導(dǎo)師細(xì)致的工作學(xué)習(xí)方法給于我很