【文章內(nèi)容簡介】 光能的形式來表現(xiàn)電能。LED最主要的就是一個半導體的晶片，該晶片由P型半導體和N型半導體兩部分構(gòu)成,其中P型半導體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導電，空穴占多數(shù)。N型半導體中，主要靠自由電子導電，自由電子的濃度遠遠大于空穴的濃度。采用不同的參雜工藝，將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面就形成PN結(jié),PN結(jié)具有單向?qū)щ娦訹7]。物質(zhì)總是趨之若鶩的從高濃度的地方向低濃度的地方運動，當把一個P型半導體和一個N型半導體放在一起的時候，在兩種半導體的交界面會產(chǎn)生一個巨大的截流子濃度差，因而P區(qū)的空穴會濃度低的N區(qū)擴散，而N區(qū)的自由電子會向濃度低的P區(qū)擴散。這就會形成內(nèi)部的電場[7]。如下圖11是PN結(jié)的形成過程說明圖。圖11 PN結(jié)的形成圖當PN結(jié)外加反向電壓，且|u|Ut時,這時i與u的關(guān)系曲線如下圖12所示，稱為PN結(jié)的伏安特性。圖12 PN結(jié)的伏安特性曲線圖相較于PN結(jié)的伏安特性來說，二極管由于存在半導體體電阻和引線的電阻，所以在相同的電流下，二極管的端電壓大于PN結(jié)上的壓降；尤其在大電流的情況下這種影響更加明顯。在實際檢測二極管的伏安特性時發(fā)現(xiàn)，只要在足夠大的正向電壓下，正向電流才從零隨端電壓指數(shù)規(guī)律增大[7]。二極管的伏安特性如下圖13所示。 圖13 二極管的伏安特性曲線該篇論文研究的內(nèi)容主要包括：第一部分介紹了LED補光燈在國際環(huán)境下的發(fā)展歷史以及誕生的歷史原因，LED的原理和特性以及LED補光燈和智能化的結(jié)合。第二部分介紹了設計的整體方案，系統(tǒng)的整體流程圖，單片機的選取，燈珠的選擇，控制回路的流程示意圖。第三部分介紹了LED補光燈系統(tǒng)的設計與制作，AT89S5224PU單片機的引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832的引腳功能以及程序代碼，系統(tǒng)整體供電電源的選取，整體系統(tǒng)控制電路的設計和框圖，以及控制回路的程序代碼。第四部分介紹了設計完成后制作出的實物的正反面拍攝圖。第五部分對于整篇論文做了一個總結(jié)，以及對于本次設計的不足之處的美好展望。2. 論文的整體設計方案本設計中的補光燈主要是用于城市安全防控監(jiān)控系統(tǒng)中進行監(jiān)控攝像等工作的，因此對于系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性、牢固性、抗震性以及在可能的惡劣環(huán)境中的能力都有很高的要求。本論文設計的物品需要達到的目標和需求：在外界的光照強度足夠滿足監(jiān)控攝像的需求時，智能LED補光燈處于休眠狀態(tài)，以最大限度的節(jié)約能源；在外界的光照強度不足以滿足監(jiān)控攝像的需求時，智能LED補光燈會自動開啟，并且根據(jù)當前的自然光照強度智能調(diào)節(jié)補光燈的補光強度。整體設計理念結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。CPULED電路模塊數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換模塊圖21系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)設計器材選取：首先選取合適的發(fā)光二極管作為這次設計的補光燈光源；擬采用能耗小，環(huán)保無污染，體積小巧，穩(wěn)定性強等優(yōu)點的LED燈珠。其次，電源的選取。根據(jù)選擇的LED光源設計選取合適的能夠提供高效穩(wěn)定電壓的驅(qū)動電源。由于本次設計的LED燈珠只有10個，對于電壓的要求并不高，故而選用四節(jié)五號電池盒作為驅(qū)動電源。然后，單片機控制電路的設計與選取。該設計完成后需要達到的要求對于單片機來說并不高，也不難設計，不過對于單片機的穩(wěn)定可靠性有一點的需求，因此此次單片機選用了低功耗、高性能的AT89S52。AT89S52單片機如下圖22所示。圖22 AT89S5224PU單片機系統(tǒng)工作原理：當光敏電阻器受到自然光照射時，會返回一個值，如果低于設定的值時，會發(fā)出相應的信號，根據(jù)相應變化改變亮的燈珠個數(shù)，電源給LED燈珠進行供電。如果自然光照強度高于設定的觸發(fā)值時，光敏電阻增大，控制器發(fā)出斷開控制信號，電源停止供電，LED停止工作，系統(tǒng)待機。由于該補光燈是用于城市安全防控監(jiān)控系統(tǒng)中，用來在光線昏暗時對攝錄對象進行補光，所以要選取發(fā)光高效，大功率的LED燈珠。不過由于此次購買設備時要求各零部件相互間更好的結(jié)合在一起，也為了更加突出智能化的優(yōu)勢，特選取紅色發(fā)光二極管最為此次LED補光燈的光源。此次選取的燈珠圖片如圖23所示。圖23 發(fā)光二極管構(gòu)造圖 LED補光燈的控制電路對于本設計而言，只需用到小型的微控制單元（Microcontroller Unit）就足以勝任設計的全部需求。另外為了不造成器件的浪費和程序過程的冗余，AT89S52型單片機具有低能耗，穩(wěn)定性強，性能高等優(yōu)點，特選擇AT89S52型單片機作為本系統(tǒng)的控制中心[8]?？刂葡到y(tǒng)部分整體流程圖如圖24所示。檢測光強對應的開啟個數(shù)開啟相應燈珠開始程序初始化光強檢測器判斷光強發(fā)出斷開信號發(fā)出開啟信號外部觸發(fā)斷開燈珠電源 強 弱圖24 單片機控制回路流程圖3. LED補光燈控制電路的設計與制作基于本設計的需求，通過接收外界的信號對10個LED燈珠進行兩個作為一對進行開關(guān)控制，這在功能需求上相對單一，操作簡單，不過對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性需求很高，故而選用了低能耗，高性能的AT89S5224PU型單片機作為核心控制單元[9]。AT89S52是一種低能耗、高性能的八位CMOS微控制器，采用Atmel高密度非易失性存取技術(shù)，兼容80C51指令集和管腳，8K字節(jié)可在線編程（ISP）的Flash存儲區(qū)。AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖如下圖31所示。圖31 AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖主要性能： 與MCS51單片機產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 三級加密程序存儲器 32個可編程I/O口線 三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定