【正文】 電路并沒有什么改動(dòng) .這種方式最簡單。 分辨率：占空比最小能達(dá)到的值，如 8 位的 PWM，理論的分辨率就是 1： 255(單斜率 )， 16位的的 PWM 理論就是 1： 65535(單斜率 )。 圖 31 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 面積等效原理： 分別將如圖 31 所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（ RL 電路）上，如圖 31 a） 所示。 PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無 (OFF)。一般工作在小電流 IF10mA或者 10~20 mA長時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮 LED溫升不明顯 。器件老化程度與外加恒流源的大小有關(guān) ， 可描述為 Bt=BO et/τ （ Bt 為 t 時(shí)間后的亮度 ） BO 為初始亮度。 (2) LED 光學(xué)特性 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 69 頁 發(fā)光亮度 : 亮度是 LED發(fā)光性能又一重要參數(shù) ， 具有很強(qiáng)方向性?，F(xiàn)有幾種顯示 LCD 液晶顯示 ： 約103~105S CRT、 PDP、 LED 都達(dá)到 106~107S， us 級(jí) 。當(dāng)反向偏壓一直增加使 VVR 時(shí) ， 則出現(xiàn) IR突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。 發(fā)光二極管主要參數(shù)與特性 LED 是利用化合物材料制成 pn 結(jié)的光電器件。 在 20xx 年 前者做成的 LED 在紅、橙區(qū) （ λ p=615nm） 的光效達(dá)到 100流明 /瓦 而后者制成的 LED 在綠色區(qū)域 （ λ p=530nm）的光效可以達(dá)到 50 流明 /瓦。但其他已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者相當(dāng)不以為 然 ,部分日系 LED 業(yè)者認(rèn)為 ,日亞化工的策略 ,將使日本在藍(lán)光及白光 LED 競爭中 ,逐步被歐美及其他國家的 LED 業(yè)者搶得先機(jī) ,屆時(shí)將對(duì)整體日本 LED 產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重傷害。 PN結(jié)加反向電壓 少數(shù)載流子難以注入故不發(fā)光。在實(shí)際使用中應(yīng)用得最為廣泛。 PWM調(diào)光也 可以提高輸出電流精度。頻率跟平常一樣大概在 200Hz~10KHz。 (3) 易調(diào)光控制。以上這種傳統(tǒng)的照明設(shè)計(jì)存在著大量電能的浪費(fèi)問題 本文即 是針對(duì)當(dāng)前隧道照明能源浪費(fèi)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(shí)現(xiàn)隧道照明的節(jié)能。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(fù)雜。 調(diào) 光是照明系統(tǒng)非常常見的功能。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。最后提交合乎規(guī)范的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文及相關(guān)材料。它主要以 51 單片機(jī)為主控芯片，使用 PWM 驅(qū)動(dòng)方式，通過調(diào)整 PWM 脈沖的脈寬比控制占空比，從而達(dá)到 LED 亮度連續(xù)可調(diào)。作為新型的節(jié)能光源， LED燈具會(huì)逐步地取代傳統(tǒng)的白熾燈泡。另外一方面，因?yàn)?LED 的發(fā)熱量和電流存在正相關(guān)的關(guān)系，發(fā)熱影響了 LED 的壽命，所以在不必要的亮度下也減少了 LED 的壽命。結(jié)合所學(xué)單片機(jī)知識(shí)和控制理論，運(yùn)用電路知識(shí)構(gòu)建 LED 調(diào)光電路，對(duì)該電路進(jìn)行調(diào)試和分析。本設(shè)計(jì)就是一款基于 PWM技術(shù)的 LED 調(diào)光電源。然而，當(dāng) LED 在周邊亮度小 時(shí)， LED 燈不能提供足夠和恰當(dāng)?shù)墓舛?，這樣又影響了駕駛光線，造成視覺疲勞。 LED照明的不斷普及對(duì)調(diào)光和控制技術(shù)提出了越來越高的要求。 該 系統(tǒng)可劃分為 主控 電路部分 （ STC89C51，單片機(jī)） 、 矩陣鍵盤 部分 (4 4矩陣鍵 盤 )、 驅(qū)動(dòng)電路電路（ NPN 三極管） 和 LED 顯示四 部分。 課題設(shè)計(jì)的目的及意義 課題設(shè)計(jì)的目的 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì) ,主要想達(dá)到以下目的： 1. 加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)單片機(jī)理論方面的理解 。調(diào)光器的目的是調(diào)整燈光不同的亮度。對(duì)于白熾燈來說，它可以以低成本輕易實(shí)現(xiàn)。汽車駕駛員在 白天從明亮的環(huán)境接近、進(jìn)入和通過隧道的過程中 將發(fā)生種種特殊的視覺問題 進(jìn)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(huì)看到一個(gè) “黑洞” 。 傳統(tǒng)的隧道照明為實(shí)現(xiàn)各段的合理照明 按晴天、云天、陰 天、重陰天加強(qiáng)照明和全日基本照明、白日基本照明、全日基本應(yīng)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(shí)現(xiàn)照明的自適應(yīng)控制 ,照明效 果不佳 ,電能浪費(fèi)嚴(yán)重。 LED 在調(diào)光性能上具有巨大的優(yōu)勢 可實(shí)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。因?yàn)槿说难劬σ曈X的滯后性，不會(huì)感覺得到光源在調(diào)光過程中產(chǎn)生的閃耀現(xiàn)象。用線性調(diào)節(jié)的模擬調(diào)光會(huì)降低輸出電流的精度。 本課題采用的方法 由系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及上述分析和論證決定了系統(tǒng)個(gè)模塊所采 用的最終方案（ 3）： 基于 C51單片機(jī)和 PWM 調(diào)光的 LED臺(tái)燈以 STC89C51 作為主控芯片，設(shè)置了手動(dòng)控制。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二 極管叫發(fā)光二極管 通稱 LED。因此許多業(yè)者便千方百計(jì)進(jìn)行藍(lán)光 LED 的研發(fā)生產(chǎn)。 LED 發(fā)光二極管說明 發(fā)光二極管簡稱 LED， 采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成 ， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè) PN結(jié)具有單 向?qū)щ娦?。它具?pn結(jié)結(jié)型器件的電學(xué)特性 IV特性、CV特性和光學(xué)特性 光譜響應(yīng)特性、發(fā)光光強(qiáng)指向特性、時(shí)間特性以及熱學(xué)特性。由于所用化合物材料種類不同 各種 LED的反向擊穿電壓 VR 也不同。 ① 響應(yīng)時(shí)間從使用角度來看 ， 就是 LED 點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時(shí)間 ， 即圖中 tr 、 tf 。其正法線方向的亮度 BO=IO/A， 指定某方向上發(fā)光體表 面亮度等于發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量 ， 單位cd/m2 或 Nit。通常把亮度降到Bt=1/2BO 所經(jīng)歷的時(shí)間 t 稱為二極管的壽命。若環(huán)境溫度較高 ， LED的主波長或λ p 就會(huì)向長波長漂移 ， BO也會(huì)下降 尤其是點(diǎn)陣、大顯示屏 的溫升對(duì) LED 的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計(jì)散射通風(fēng)裝置。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。其輸出電流 i(t)對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖 31 b） 所示。 頻率：如 16 位的 PWM，它的分辨率達(dá)到了 1： 65535，要達(dá)到這個(gè)分辨率， T/C 就必須從 0計(jì)數(shù)到 65535 才能達(dá)到。 其二是單片機(jī)擴(kuò)展 AD,不斷檢測電源的輸出電壓 ,根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值之差 ,調(diào)整 DA的輸出 ,控制 PWM 芯片 ,間接控制電源的工作 .這種方式單片機(jī)已加入到電源的反饋環(huán)中 ,代替原 來的比較放大環(huán)節(jié) ,單片機(jī)的程序要采用比較復(fù)雜的 PID 算法。 計(jì)數(shù)器位數(shù) 8，振蕩周期 12 分頻后脈沖計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)一次為 1us，每個(gè) PWM 周期為 256us，頻率為 1*1000000/256=3906Hz。 還 要注意 ,上 面所述只有一個(gè) PWM 波 ,是單端工 作 。 本課題選用 51單片機(jī)內(nèi)部共有兩個(gè) 16 位可編程的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器 T0和 T1。在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣 T0、 T1 引腳電平當(dāng)某采樣周期到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加一，更新的 計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的 S3P1 期間裝入計(jì)數(shù)器。因此，計(jì)數(shù)器不是由外部時(shí)鐘負(fù)邊沿觸發(fā)，而是在兩次檢測到負(fù)跳變存在時(shí)才進(jìn)行計(jì)數(shù)的。 PWM 方法的基本思想就是利用單片機(jī)具有的 PWM 端口，在不改變 PWM 方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的 PWM 控制寄存器來調(diào)整 PWM的占空比，從而控制充電電流。用STC89C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如下圖所示。該器件的基本功能與普通的 51 單片機(jī)完全兼容。 (RAM)512B。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間 ， P1 接收低 8 位地址。對(duì)端口 P2寫“ 1” 通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平 此時(shí)可作輸入口作輸入口使用時(shí)因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻 ， 某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì) 輸出一個(gè)電流 (ILL)。作為輸出口用時(shí)每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路 對(duì)端口 P0 寫“ 1”時(shí)可作為高阻抗輸入端用。 STC89C52RC 系列單片機(jī)是單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速 / 低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，全新的流水線 /精簡指令集結(jié)構(gòu) ,內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 。 51 系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)并通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī) IO 口的輸出控制。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)一組 LED 燈的要求電流輸出時(shí)，接入 NPN 三極管，選用共基極接法，放大驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)不改變電壓。通常， T0 或 T1 輸入線上的計(jì)數(shù)脈沖頻率總小于 100kHz。當(dāng)晶振為 12MHz 時(shí)，最高計(jì)數(shù)器頻率不超過1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于 2us。需要注意的是，這個(gè)定時(shí)器系統(tǒng)是單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)獨(dú)立硬件部分，它與 CPU和晶振通過內(nèi)部某些控制線連接并相互作用， CPU 一旦設(shè)置開啟定時(shí)功能后，定時(shí)器便在晶振的作用下自動(dòng)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(shí)器的計(jì)數(shù)器計(jì)滿后，會(huì)產(chǎn)生中斷，即通知 CPU 該如何處理。 對(duì) 要求不高的電源例如電池充電 ,可以滿足使用要求 ,但對(duì)要求輸出精度較高的電源 ,這就不夠了 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 69 頁 AVR 單片機(jī)： AVR 單片機(jī)采用精簡指令集 ,時(shí)鐘頻率最高為 16MHz。 第三種方式是最徹底的單片機(jī)控制開關(guān)電源 ,但對(duì)單片機(jī)的要求也最高 .要求單片機(jī)運(yùn)算速度快 ,而且能夠輸出足夠高頻率的 PWM波 .這樣的單片機(jī)顯然價(jià)格也高。 雙斜率 / 單斜率： 假設(shè)一個(gè) PWM 從 0 計(jì)數(shù)到 80，之后又從 0 計(jì)數(shù)到 80....... 這個(gè)就是單斜 率。脈沖越窄，各 i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。這對(duì)于作為照明用 的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)尤其應(yīng)注意用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設(shè)備、確保 LED 長期工作。 測量方法 給 LED 通以一定恒流源 ， 點(diǎn)燃 103 ~104 小時(shí)后 ， 先后測得 BO ， Bt=1000~10000代入 Bt=BO et/τ求出τ ， 再把 Bt=1/2BO代入 ， 可求出壽命 t。晴朗的藍(lán)天和熒光燈的表面亮度約為 7000Nit（ 尼特 ）， 從地面看太陽表面亮度約為 14 108Nit。 ② 響應(yīng)時(shí)間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。 CV特性呈二次函數(shù)關(guān)系 。 LED 的 IV特性具有非線性、整流性質(zhì) ， 單向?qū)щ娦约赐饧诱珘罕憩F(xiàn)低接觸電阻 ,反之為高接觸電阻。 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色有 ： 紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。 最早應(yīng)用半導(dǎo)體 PN 結(jié)發(fā)光原理制成的 LED 光源 問世于 20 世紀(jì) 60 年代初。 LED 光源的特點(diǎn) 1. 電壓： LED 使用低壓電源 供電電壓在 624V之間 （ 根據(jù)產(chǎn)品不 同而異）， 所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源 特別適用于公共場所。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 69 頁 3 基本原理及理論 LED 簡介 LED 是英文 light emitting diode 發(fā)光二極管的縮寫它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料置于一個(gè)有引 線的架子上 然后四周用環(huán)氧樹脂密封起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用所以 LED 的抗震性能好。 從節(jié)能來說，沒有可比性。 總的來說，模擬調(diào)光通?？梢院芎唵蔚膩韺?shí)現(xiàn)。按照不同的電路系統(tǒng)也能夠分為模仿調(diào)光和 PWM 調(diào)光。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(shí)現(xiàn)了綠色照明。在隧道出口處 出現(xiàn)極強(qiáng)的眩光產(chǎn)生一個(gè)很亮的洞口降低駕駛員的可見度。這就涉及到 LED照明類的許多相關(guān)知識(shí)。雖然可變電壓設(shè)備可用于各種目的，但是這種調(diào)控旨在控制照明。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 69 頁 課題設(shè)計(jì)的意