基于单片机的智能照明控制及驱动系统设计说明

基于单片机的智能照明控制及驱动系统设计说明

毕业设计说明书（论文）

作者: 学号：

学院: 电子与电气工程学院

专业: 自动化

题目: 基于单片机的LED智能照明驱动及控制

系统

-硬件部分

毕业设计说明书（论文）中文摘要

毕业设计说明书（论文）外文摘要

目录

1绪论 (1)

1.1前言 (1)

1.1.1课题研究背景 (1)

1.1.2课题研究的目的及意义 (2)

1.2 LED照明 (2)

1.2.1发光原理 (2)

1.2.2光源特点 (3)

1.2.3优点 (4)

1.3驱动电路 (4)

1.3.1线性稳压电源 (4)

1.3.2开关稳压电源 (4)

1.4智能照明 (5)

2开关稳压电源 (5)

2.1拓扑结构 (5)

2.1.1非隔离式 (6)

2.1.2隔离式 (6)

2.2开关电源的控制方式 (9)

2.2.1电压控制模式 (10)

2.2.2电流控制模式 (10)

2.3开关电源的三种调制方式 (10)

2.3.1脉冲宽度调制 (11)

2.3.2脉冲频率调制 (11)

2.3.3混合调制 (11)

2.4功率因数校正 (11)

2.5开关电源未来发展 (12)

3驱动电路 (13)

3.1临界导通式单级PFC反激式变换器原理 (13)

3.2主电路设计 (14)

3.2.1高频变压器设计 (14)

3.2.2滤波电容器设计 (14)

3.2.3主开关选择 (15)

3.2.4整流输出二极管设计 (15)

3.3控制电路设计 (16)

3.3.1调节电路 (16)

3.3.2并机均流电路 (16)

3.3.3保护电路 (16)

3.3.4误差放大补偿网络 (16)

4智能照明控制 (17)

4.1单片机 (17)

4.1.1单片机的选择 (17)

4.1．2晶振电路 (19)

4.2热释电传感器及处理电路 (19)

4.2.1菲涅耳透镜 (19)

4.2.2热释电红外传感器 (20)

4.2.3信号处理电路 (20)

4.3遥控与手动模块 (22)

4.3.1遥控发射电路 (22)

4.3.2遥控接收电路 (23)

4.3.3手动调光 (24)

4.4光控与时空模块 (25)

4.4.1光照检测模块 (25)

4.4.2光控与时控的实现 (25)

4.5继电器输出模块 (26)

结论 (27)

致谢 (28)

参考文献 (29)

1 绪论

1.1 前言

全球能源紧缺是当今世界的热议话题也是各个国家不得不面对的同一问题，所以节能一直是全球共同商讨需要解决的问题。电能目前是世界上能源消耗的一大块，而照明设施的耗电又在电能之中占据了较大的一块，所以照明设施的节能极为重要。相比于其他发达国家，西欧与美国都早已在推行极具节能效果的照明设施，而我国的各类照明工具大多数仍旧使用低效率高耗能的灯具，由此可见，开发一种高效率低耗能的照明灯具迫在眉睫。

LED是目前绿色节能灯具中的佼佼者，是一种将电能到光能进行转化的固态半导体器件。现在LED这种照明工具也是在全世界范围内最普遍推广的节能照明设施。LED这种新型节能绿色光源具有诸多优点，如节能、安全、寿命长等等。在现代社会的发展中，这种高效低耗的照明工具必将取代传统照明工具，其实在我们生活的周边也可以明显地感觉到这些变化。

LED灯由驱动电路、控制电路以及LED阵列组成，其中驱动电路尤为重要，因为它直接关系着LED灯具的使用寿命和电能的利用率。现在的驱动电路效率低和功率因数低是存在的主要问题。所以本次设计将对其进行优化。

我们将首先分析LED的照明原理，以此选择合适的电源结构，最后制定合适的方案来实现LED驱动。

1.1.1 课题研究背景

现如今人类社会文明得到飞速发展，在现代化的大城市中一栋栋高楼大厦整晚灯火通明，看上去大家会觉得灯火辉煌，现在的城市是如何的繁荣与繁华，却不知道在这灯火辉煌的身后是庞大的资源浪费，不得不说这些行为给全世界的节能行动带来了巨大的压力。我们不知道在整栋灯火通明的大楼里，是否真的需要如此之多的照明设施，如不需要为什么还亮着灯，原因何在。好在人们早已认识到能源的可贵，从开始效率极低的白炽灯到现在普遍的荧光灯，都是人们为节约能源做出的贡献。但是科技是不断进步的，现如今我们找到了更为节能高效的照明光源 -LED灯，它的出现引来一番新的研究热潮。不仅如此，我们还将研究如何在无人为因素的情况下实现智能照明，当然人为有效控制手段也必不可少。

在高度文明社会的现在，我们早已不满足于现在的照明控制系统，我们将追求智

能化。什么是智能化，就是要求在几乎没有人为的干预下，灯光能够自动地判别是否该实现照明。当然也可以在人为条件下手动调节光的亮度，或者不必制约于开关器件的位置，采用遥控方式来调节光亮。如此的话人们将不会由于遗忘关灯而导致巨大的电能浪费，也可以因地制宜自我选择光的亮度，同时还能提高管理效率并且节省一大笔开支。

1.1.2 课题研究的目的及意义

1）节能是智能照明系统的永恒不变的突出优点，它可以根据使用者的具体要求来实现照明，例如晚上小区的路灯，就可以设置时间段使其只有在晚上且感应到人才能亮，人走后将延迟熄灭，在其他不同场合也可以根据自身的需要来手动调节灯光，如果在不方便的情况下亦可采用遥控的方式来调节。这很大限度地节省了电能并同时增加了LED灯具使用年限。

2）在以前的高楼大厦，为了防止有人遗忘关灯，公司时常会雇佣固定人员巡查大楼来检查是否有人忘记关灯，这样不仅效率低下而且会加大开支。而使用智能照明系统则极大地提高了管理效率，不用担心有人遗忘关灯，智能照明时代的到来将会使人们的生活更加舒适。

3）为LED灯设计一个合格的驱动电路也是极为重要，它将大大提高电能的使用效率并且减少对电网的污染，这将从更深的层次上来节约能源，这目前也是当今研究的重点。

1.2 LED照明

1.2.1 发光原理

LED核心部件是一块半导体芯片，其中一端为负，另外一端则连到电源正极端，芯片用环氧树脂封装。半导体芯片由两个半导体结构构成，其中一端是空穴占主体的P型半导体，另外一端为主要都为电子N型半导体。当两种半导体连接起来时，将会构成一个P-N结，当晶片有电流流过时，电子将向P区移动，在P区中电子会跟空穴发生复合，最后会将以光子的能量模式放出，LED所发光的颜色种类直接由P-N 结的构成材料所决定。