【正文】 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 ， 其內部結構為一個 PN結具有單 向導電性。 90年代初 ， 發(fā)紅光、黃光的 GaAlInP 和發(fā)綠、藍光的 GaInN 兩種新材料的開發(fā)成功 使 LED 的光效得到大幅度的 提高。 70年代中期 ， 引入元素 In 和 N， 使 LED 產生綠光 （ λ p=555nm）， 黃光（ λ p=590nm） 和橙光 （ λ p=610nm）， 光效也提 高到 1 流明 /瓦。 最早應用半導體 PN 結發(fā)光原理制成的 LED 光源 問世于 20 世紀 60 年代初。因此許多業(yè)者便千方百計進行藍光 LED 的研發(fā)生產。在日亞化學取得 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 69 頁 蘭色 LED生產及電極構造等眾多基本專利后 ,堅持不對外提供授權 ,僅采自行生產策略 ,意圖獨占市使得藍光 LED 價格高昂。如小電流時為紅色的 LED， 隨著電流的增加 ， 可以依次變?yōu)槌壬?， 黃色最后為綠色 8. 價格： LED的價格比較 昂貴 ， 較之于白熾燈 ， 幾只 LED 的價格就可以與一只白熾燈的價格相當 而通常每組信號燈需 由上 300500 只二極管構成。 LED 光源的特點 1. 電壓： LED 使用低壓電源 供電電壓在 624V之間 （ 根據產品不 同而異）， 所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源 特別適用于公共場所。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。在某些半導體材料的 PN結中 注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋 放出來從 而把電能直接轉換為光能。LED是英文 light emitting diode 發(fā)光二極管的縮寫它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料置于一個有引線的架子上然后四周 用環(huán)氧樹脂密封 起到保護內部芯線的作用所以 LED 的抗震性能好。 陜西理工學院畢業(yè)設計 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構是一塊電致發(fā)光的半導體材料置于一個有引 線的架子上 然后四周用環(huán)氧樹脂密封起到保護內部芯線的作用所以 LED 的抗震性能好。 本課題采用的方法 由系統(tǒng)設計要求以及上述分析和論證決定了系統(tǒng)個模塊所采 用的最終方案（ 3）： 基于 C51單片機和 PWM 調光的 LED臺燈以 STC89C51 作為主控芯片，設置了手動控制。從調光響應時間來說， PWM調光由于其響應速度快，并且能夠更加精確地調光。如果要犧牲這個前提來考慮節(jié)能的話，需要實測數據。 從節(jié)能來說，沒有可比性。用線性調節(jié)的模擬調光會降低輸出電流的精度。用 PWM 調光則保證了 LED 發(fā)出設計者需要的顏色。對于單色 LED 來說，其主波長會改變。 總的來說，模擬調光通常可以很簡單的來實現。因為人的眼睛視覺的滯后性，不會感覺得到光源在調光過程中產生的閃耀現象。 （ 3） 脈沖寬度調制 (PWM) 該種方法是經過調節(jié)使驅動電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，經過對脈沖寬度的調制轉變?yōu)檎{制 LED 燈連續(xù)點 亮的時間，也同時轉變了輸入功率，從而到達節(jié)能、調光的目標。 （ 2） 模仿調光方法或線性調光方法 該種調光方法的好處是：當驅動電流線性增長或減小時，減小了驅動電流過沖過程中對 LED芯片壽命的影響，而且調光電路的抗滋擾性較強。按照不同的電路系統(tǒng)也能夠分為模仿調光和 PWM 調光。 LED 在調光性能上具有巨大的優(yōu)勢 可實現數字調光 尤其適合在 隧道照明等需要調光的特殊場合。 LED 理論使用壽命為 100000 小時 是熒光燈的 10 倍 白熾燈的 100 倍。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%。在燈具上使用大功率 LED 燈取代現階段廣泛使用的高壓鈉燈 ， 真正實現了綠色照明。 傳統(tǒng)的隧道照明為實現各段的合理照明 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 根據室外環(huán)境度、交通流量、隧道內車輛行駛速度等參數實現照明的自適應控制 ,照明效 果不佳 ,電能浪費嚴重。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 和成本等原因還沒有被推廣。目前 隧道照明設計者依據規(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。在隧道出口處 出現極強的眩光產生一個很亮的洞口降低駕駛員的可見度。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” 。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]。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)管機構都在進一步嚴格他們的功率因數規(guī)范。這就涉及到 LED照明類的許多相關知識。對于白熾燈來說，它可以以低成本輕易實現。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光器來實現調光控制功能，又要實現高功率因數性能，對于 LED 亮度的調節(jié)，目前主要分為模擬調光和PWM 調光，下面就將對 LED 調光的相關情況進行介紹。該項技術正日臻成熟，標志之一就是大量 LED 照明標準和規(guī)范的陸續(xù)出臺。雖然可變電壓設備可用于各種目的，但是這種調控旨在控制照明。調光器的目的是調整燈光不同的亮度。 因此，實現隧道的 LED 調光系統(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 。 發(fā)光二極管 LED(Light Emitting Ddiode)是利用半導體 PN 結或類似結構把電能轉換成光能的器件，以其高效率、低功耗、低電壓驅動、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，如各類消費電子產品 ——手機、 PDA、 液晶電視的背光光源等。 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量和規(guī)模越來越大。 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 。結合所學電力電子技術和控制理論，運用電路知識構建 LED 調光電路，對該電路進行調試和分析。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、提高照明質量，成為迫切需要解決的問題。矩陣鍵盤通過程序掃描確定輸入的占空比值， NPN 三極管的驅動加保護電阻的一組LED 燈，產生不同的明暗變化。 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 )、 驅動電路電路（ NPN 三極管） 和 LED 顯示四 部分。本文針對 LED 燈的具體設計問題來討論數字技術的優(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 技術實現的調光電源。越來越多的 LED 燈開發(fā)人員意 識到到，傳統(tǒng)的驅動方式很難同時兼顧到所有的要求，無法大量推廣 LED燈。 要滿足用戶的愿望，就要求驅動電源轉換效率高、輸出電流紋波低、無光耦設計，并且在接入任何調光器，無論是支持或者不支持的型號，都要保證燈具的安全性能。 LED照明的不斷普及對調光和控制技術提出了越來越高的要求。 陜西理工學院畢業(yè)設計 IV 目錄 前言 ................................................................................................................ III 1 緒論 ............................................................................................................ 1 概述 .......................................................................................................... 1 課題設計的任務及要求 ........................................................................... 1 課題設計的目的及意義 ........................................................................... 1 課題設計的目的 ................................................................................. 1 課題設計的意義 ................................................................................. 2 2 方案論證及選擇 ....................................................................................... 3 本課題目前的研究現狀概述 ................................................................. 3 目前存在的實現方法 ............................................................................. 4 本課題采用的方法 ................................................................................. 4 3 基本原理及理論 ....................................................................................... 5 LED 簡介 .............................................................................................. 5 LED 的結構及發(fā)光原理 .................................................................. 5 LED 光源的特點 ............................................................................. 5 單色光 LED 的種類及其發(fā)展歷史 ................................................. 5 LED 發(fā)光二極管說明 ...................................................................... 6 LED 調光原理 ——PWM 技術 .............................................................. 8 PWM 的定義及基本原理 ................................................................ 8 陜西理工學院畢業(yè)設計 V PWM 調光技術的實現 .................................................................. 10 4 系統(tǒng)的硬件設計 ..................................................................................... 14 硬件總設計 .............................................................