【正文】 義 隨著我國公路建設(shè)尤其是高速公路的發(fā)展，隧道建設(shè)項目日益增多，相應(yīng)配套隧道照明設(shè)施的數(shù)量和規(guī)模越來越大。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。 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(shè)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。本方法所要求的單片機必須具有 ADC 端口和 PWM端口這兩個必須條件，另外 ADC 的位數(shù)盡量高，單片機的工作速度盡量快。 【關(guān)鍵詞】： 環(huán)保節(jié)能 ， LED 調(diào)光電源， PWM技術(shù)， 51 單片機，占空比 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 II Design of tunnel LED dimming power Liu Xuan （ Grade09,Class4,Major Automation ， College of Electrical EngineeringDept.， Shaanxi University of Technology， Hanzhong 72300x， Shaanxi） Tutor: Zhang Pengchao Abstract： In the modern society, environmental protection and energy saving is the inevitable development trend, with the development of highway construction in our country especially the development of highway, more and more tunnel construction project, the number and size of the corresponding tunnel lighting facilities and more. Therefore, in the premise of ensuring the driving safety and fort, how to reduce energy consumption, reduce operating costs, improve lighting effect, improve the quality of lighting, bee an urgent problem to be solved. The main issue is the working principle of LED light source. With the Power electronics and control theory, build LED dimming circuit using the circuit knowledge, the debugging and the analysis of the circuit. This design is based on a LED dimming power PWM technology. It is mainly based on 51 SCM as the main control chip using the PWM drive mode, by adjusting the PWM pulse duty ratio changes in brightness LED lamp. Key words： Environmental protection and energy saving, LED dimming power, PWM, 51 singlechip microputer, the duty ratio. 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 III 前言 LED 照明又稱固態(tài)照明，作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術(shù)，具有節(jié)能、環(huán)保、安全可靠的特點，固態(tài)光源是被業(yè)界看好的未來十年替換傳統(tǒng)照明器具極具潛力的新型光源，代表照明技術(shù)的未來。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。 LED 路燈 是典型的綠色照明光源產(chǎn)品，作為國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品， 具有廣闊的應(yīng)用前景。該LED 調(diào)光電源設(shè)計 簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長 LED 燈壽命，適宜隧道使用。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。本課題主要內(nèi)容是研究 LED 調(diào)光電源的工作 原理。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。嚴(yán)格的效率要求已存在相當(dāng)一段時間了，今后仍將不斷提高。 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(yán)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。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(shè)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。 (2) 壽命長。其缺陷則是驅(qū)動電流的大小變化過程肯定對 LED芯片的色溫有一定的影響。對白光 LED 來說，其相關(guān)顏色溫度 (CCT)會改變。但估計在實現(xiàn)同等照度的情況下， PWM 會有優(yōu)勢。 發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體組成的晶片 在 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體之間有一個過渡層 稱為 pn 結(jié)。 單色光 LED 的種類及其發(fā)展歷史 在 LED 業(yè)者中 6， 日亞化學(xué)是最早運用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長的高亮度 LED,， 以及藍紫光半導(dǎo)體激光 （ Laser Diode； LD） ,是業(yè)界握有藍光 LED 專利權(quán)的重量級業(yè)者。到了 80 年代初 出現(xiàn)了 GaAlAs的 LED 光源 ， 使得紅色 LED 的光效達到 10 流明 /瓦。使用 LED 作指示電路時 ,應(yīng)該串接限流電阻 ,該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和 LED所需工作電流來選擇。 V=0 時 V VF 的正向工作區(qū) IF 隨 VF 指數(shù)上升 ， IF = IS e qVF/KT (c) 反向死區(qū) V=0 時 pn 結(jié)加反偏壓 V= VR 時 ， 反向漏電流 IR V= 5V 時 ， GaP 為 0VGaN 為 10uA。若結(jié)溫為 Tj、外部環(huán)境溫度為 Ta， 則當(dāng) Tj=Ta 時 ， 內(nèi)部熱量借助管座向外傳熱 ， 散逸熱量功率可表示為 P = KT Tj – Ta 。不同材料制得的 LED 響應(yīng)時間各不相同 ， 如 GaAs、 GaAsP、 GaAlAs 其響應(yīng)時間 ： 109S， GaP 為 107 S。當(dāng)環(huán)境溫度不變 ， 電流增大足以引起 pn 結(jié)結(jié)溫升高 ， 溫 升后 ， 亮度呈飽和狀態(tài)。如 LED 的光衰減為原來 35%壽命 （ 6000h）。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 69 頁 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 圖 32 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 69 頁 占空比：就是輸出的 PWM 中，高電平保持的時間 與 該 PWM 的時鐘周期的時間之比 。 假設(shè) PWM是單斜率，設(shè)定最高計數(shù)是 80，我們再設(shè)定一個比較值是 10，那么 T/C 從 0計數(shù)到10 時 (這時計數(shù)器還是一直往上計數(shù)，直到計數(shù)到設(shè)定值 80)，單片機就會根據(jù)你的設(shè)定，控制某個IO 口在這個時候是輸出 1 還是輸出 0 還是端口取反，這樣，就是 PWM 的最基本的原理了。頻率太低，導(dǎo)致開關(guān)電源嚴(yán)格的電慣性。 取 PWM 分辨率為 9 位 ,這次開關(guān)電源的工作頻率為 16000000/512=32768(Hz),在音頻范圍外 ,可以用 ,但距離現(xiàn)代開關(guān)電源的工作頻率還有一定距離 。 PWM 調(diào)控方法的基本思想就是利用單片機具有的 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)整單片機的 PWM 控制寄存器來調(diào)整 PWM的占空比，從而控制充電電流。 設(shè)置為定時器模式時，加 1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（一個機器周期等于 12 個震蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的 1/12）。其各位的定義如表3表 33 所示： 表 32 位序號 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 GATE—— 門控制位 GATE=0，定時計 /數(shù)器器啟動與停止僅受 TCON 寄存器中 TRX（ X=0,1）來控制。在手動控制時，接入矩陣鍵盤，輸出不同的 PWM 占空比對 LED 的電流進行控制，從而實現(xiàn)了 對光度的手動調(diào)節(jié)。 圖 41 系統(tǒng)總框圖 矩陣鍵盤 （輸入） 90 單片機 （軟件調(diào)占空比） 驅(qū)動電路部分 （ NPN 三極管） 預(yù)設(shè)的 PWM LED 顯示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 69 頁 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X / S S2P 1 .2 /E C I3P 1 .3 /C E X 04P 1 .4 /C E X 15P 1 .5 /CE X 2 /M I S O6P 1 .6 /CE X 3 / S C K7P 1 .7 /CE X 4 /M O S I8P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C51 RC 2C12 0 u FX1CR Y S T A LC23 0 u FG NDQ1NP N D1L E D R E DD2L E D R E DD3L E D R E DD4L E D R E DD5L E D R E DD6L E D R E DD7L E D R E DD8L E D R E DV C CG NDR110C31nFR21 0 kR31 0 kV C C 圖 42 系統(tǒng)硬件仿真設(shè)計 功能模塊 主控電路 主控電路采用 STC89C51 作為主 MCU。從上世紀(jì) 80 年代，由當(dāng)時的 4位、 8 位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的 32 位 300M 的高速單片機。 主要功能、性能參數(shù) 51 內(nèi)核 機器周期 增強型為 6 時鐘 普通型為 12 時鐘 。對端口寫“ 1‖通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平此 時可作