具有自动亮度控制功能的LED光源的设计.docVIP

目 录 前言 3 1 LED相关知识 5 1. 1 LED的结构及发光原理 5 1.1.2 LED光源的特点 5 1.1.3 单色光LED的种类及其发展历史 6 1.1.4 LED的应用 6 1.3.5 白光LED的开发 8 2 系统方案设计 8 2.1 方案论证 8 2.2 性能指标 9 2.2.1 系统功能 9 2.2.2 技术要求 9 2.3 系统方案设计 9 2.3.1 系统设计思想 9 2.3.2 系统构成框图 10 2.4 设计方案 10 3 硬件电路设计 11 3.1 主控模块 11 3.1.1 主控芯片 11 3.1.2 复位电路 15 3.1.3 时钟电路 16 3.2 系统背景亮度监测模块 18 3.2.1 光电转换电路 18 3.2.2 模/数转换电路 19 3.3 电源模块 20 3.3.1 USB供电 21 3.3.2 稳压电路 21 3.4 串口通信模块 22 3.4.1 串行通信简介 22 3.4.2 串口通信电路 23 3.5 光源亮度调节驱动模块 25 3.5.1 锁存器74HC573 25 3.5.2 电流驱动芯片ULN2003 26 3.5.3 光源亮度调节驱动模块电路 26 4系统软件编程的设计与实现 27 4.1 软件总体设计与流程 28 4.1.1 系统程序开发软件介绍 28 4.1.2 系统主程序的设计 29 4.2 各子模块软件设计与实现 30 4.2.1 LED驱动模块程序 30 4.2.2 ADC0804转换模块程序 32 5系统调试 33 5.1 系统硬件调试及问题分析 33 5.2 系统软硬件调试及问题分析 34 总结 34 参考文献 35 致谢 36 附录：部分程序 36 前言 随着全球经济的迅速发展，能源消耗以惊人的速度增长，伴随而来的则是大量的环境污染和生态破坏。在电能消耗中，照明用电占发电总量的比例：发达国家是19%，我国是10%。随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，绿色节能照明的研究应用越来越受到重视。开发和推广应用节能灯具，成为迫在眉睫的任务。LED照明就是在这样的形势下发展起来的。 传统光源白炽灯发热量大、耗电、发光效率较低、使用寿命短。荧光灯管显色性较差（光谱是断续的）特别是它的频闪效应，容易使人眼产生错觉，需要在设计上采取措施消除频闪效应，另外灯管内存在着有毒的汞蒸汽，不环保。LED光源与常见光源效率典型数据对比如表1-1所示。 灯具光源种类 光源光效（LM/W） 灯具效率（X%） 灯具有效光效（LM/W） LED光源 90-130 90% 1-117 HPS高压钠灯 100-130 55% 55-72 Halide金卤灯 80 55% 44 CPL型节能灯 60-70 60% 36-42 无极灯 60（大功率50） 60% 36（30） 白炽灯 15 —— —— 普通荧光灯 60-80 70% 42-56 表1.1 LED光源与常见光源效率典型数据对比 该课题研究的照明光源采用的是白光二极管，白光LED具有如下特点：低电压驱动，最低可用2V电压驱动；体积小，一般直径3-5mm，用于被光照明的体积更小；重量轻，显色性好，显色指数超过90，超过荧光灯，接近白炽灯的显色性能，接近自然光；调光性能好、寿命超过10Wh、耐振动、不易损坏、色温变化时不会产生视觉误差，生产过程无汞和铅的污染，将成为替代白炽灯和荧光灯的高效节能光源。 近几年来，LED的发光效率已增长了100倍，而成本下降了10倍。在目前LED光源及市场开发中，极具发展与应用前景的是照明用LED，其用作固体照明器件的经济性显著，且有利于环保，正逐步取代传统的白炽灯。LED已被全球公认为新一代的环保型高科技光源。 我国LED的发展起步于20世纪60年代。1970年11月在上海召开的全国砷化镓学术交流会议上，报告了用水汽外延法制成“磷砷化镓红色发光二极管”的研究成果，从此我国LED材料和器件研发正式起步。20世纪80年代形成LED产业，90年代LED产业已经初具规模，90年代后期得到迅猛发展，1997年在国家自然科学基金的支持下，北京大学率先研制出国内第一只蓝光发光二极管。几年后南昌大学在国际上率先开发成功硅衬底蓝光LED材料与芯片的生产技术，实现批量生产，成为具有自主知识产权的第三种发光二极管外延材料与芯片的技术路线；到2003年上海、大连、南昌、厦门已成为国家四大半导体照明基地,中国的LED照明开始了快速的发展。 2008年9月，CREE成功研制出冷白光LED，效率达107 lm/W。这项成果来自于CREE的EZBright? LED芯片平台，得到了能源部的资金资助。是能源部光子晶体芯片项目的一部分