第一篇：基于C51單片機和PWM調光的LED臺燈設計
摘要
LED臺燈作為LED綠色照明光源產品，作為國家綠色照明推廣使用的產品。在實際的應用中，發現LED燈在周邊亮度大時依然以同一功率發光，存在電能浪費；在周邊亮度小時LED燈不能提供足夠和恰當的光度。本文介紹了以STC89C51為控制核心，通過光敏電阻感應光度，并利用PWM調光技術對LED進行光度的自動調節。同時設置手動控制。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。
關鍵詞
LED臺燈 光度 PID PWM調光 自動調節
原創性聲明
本設計所用到的程序代碼和電路均是來自本團隊，如沒有經過允許，不得復制和轉載。
目錄
前言··············································4 總體方案設計······································5 硬件設計··········································5 軟件設計··········································9 總結·············································12 附錄1：作品照片··································13 附錄2：程序·······································15
前言
LED照明又稱固態照明，作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術，具有節能、環保、安全可靠的特點，固態光源是被業界看好的未來十年替換傳統照明器具極具潛力的新型光源，代表照明技術的未來。發展新固態照明，不僅是照明領域的革命，而且符合當前政府提出的“建設資源節約型和環境友好型社會”的要求。
LED臺燈就是以LED(Light Emitting Diode)即發光二極管為光源的臺燈，LED是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED臺燈是典型的綠色照明光源產品，作為國家綠色照明推廣使用的產品，具有廣闊的應用前景。
在實際的應用中，發現LED燈在周邊亮度大時依然以同一功率發光，存在電能浪費。另外一方面，因為LED的發熱量和電流存在正相關的關系，發熱影響了LED的壽命，所以在不必要的亮度下也減少了LED的壽命。然而，當LED在周邊亮度小時，LED燈不能提供足夠和恰當的光度，這樣又影響了閱讀，造成視覺疲勞。
PWM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，通過軟件的方法調整單片機的PWM控制寄存器來調整PWM的占空比，從而控制充電電流。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的位數盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調整PWM的占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調整PWM的占空比。
本文介紹了以STC89C51為控制核心，通過光敏電阻感應光度，并利用PWM調光技術對LED進行光度的自動調節。同時設置手動控制。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。
一、總體方案設計
基于C51單片機和PWM調光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設置了手動控制和自動控制。在手動控制時，分為三檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，從而實現了對光度的手動調節。
在自動控制時，通過ADC0809模擬-數字轉換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應光度，將電壓和預設的閾值進行對比，調整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現了對光度的自動調節。總體框圖如下（圖1.1）:
圖1.1
二、硬件設計
硬件設計總體框圖如下：
圖2.0
1、主控電路： 主控電路采用STC89C51作為主MCU。STC89C51是一款八位，片內有ROM/EPROM的單片機，其硬件結構具有功能部件種類全，功能強等特點。這種芯片構成的最小系統簡單、實用﹑可靠。用STC89C51單片機構成最小應用系統時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如下圖（圖2.1）所示。本設計所選用的晶振為12MHZ，晶振電容為30PF。
圖2.1
2、LED驅動
LED的亮度受電流控制，通過控制電流調節LED燈的亮度。利用公式IL?tONTI可知，利用調整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流通斷的變化用NMOS管K2717實現，三極管9014提供驅動K2717的電流，PWM由P2.0輸出，低電平有效。如下圖（圖2.2）所示：
圖2.2
2、手動控制
KEY4變化控制的方式，KEY4為自鎖按鍵，按下為手動控制，彈起為自動控制。手動控制時可以分為三檔，對應與KEY1~3三個按鍵。如下圖（圖2.3）所示：
圖2.3
3、自動控制
<1>光敏電阻反饋部分
光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換。因此，不斷采集光敏電阻對地的電壓便可以獲知臺燈周邊光強的變化。如下圖（圖2.4）所示：
圖2.4 <2>ADC0809模數轉換部分
ADC 0808和ADC 0809除精度略有差別外(前者精度為8位、后者精度為7位)，其余各方面完全相同。它們都是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數據采集系統”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉換，在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應用十分廣泛。
如下圖（圖2.4）所示，ADC0809的參考電壓設置成5V，時鐘信號通過單片機P3.3口利用定時器中斷輸出。光敏電阻的對地電壓從IN3口輸入，ADC0809將其轉換成數字量后通過OUT1-7輸出，以便單片機進一步處理。
圖2.5
三、軟件設計
1、總體框圖
圖3.1 8
2、主要程序
<1>按鍵掃描
不斷掃描按鍵判斷是手動控制和自動控制。程序代碼：
void keyscan(){
ad();
if(key==1)
//key4松開，a恒為0 ,通過讀c的值確定b的值
{
if(c<0.40)
last=0;
else if((c>=0.40)&&(c<2.0))
last=2;
else if((c>=2.0)&&(c<3.0))
last=5;
else if((c>=3.0)&&(c<4.0))
last=7;
else
last=10;
}
if(key==0)
//key4按下，{
if(key1==0)
{
delayms(10);//去抖
if(key1==0)
last=1;
}
if(key2==0)
{
delayms(10);
if(key2==0)
last=6;
}
if(key3==0)
{
delayms(10);
if(key3==0)
last=10;
}
}
}
手動控制 9
<2>AD轉換
定時器1產生CLK信號，定時時間為2us,亦即CLK周期為0.4us。程地址為011，即IN3口輸入。利用公式getdata*1.0/255*VREV+對數字量進行變化。程序代碼如下：
void ad(){
} ST=0;//關閉轉換 OE=0;//關閉輸出 ST=1;//開啟轉換 ST=0;//關閉轉換 P34=1;//選擇通道0 P35=1;P36=0;while(EOC==0);//判斷是否轉換結束:是則執行以下語句,否則等待 OE=1;//開啟數據輸出允許
getdata=P0;//將數據取走,存放在變量getdata中
OE=0;//關閉輸出
c=getdata*1.0/255*4.85;//電壓值轉換,5V作為參考電壓,分成256 <3>PWM調節
定時器0控制PWM周期和占空比。程序代碼如下： void into(void)interrupt 1 { TH0=(65536-500)/256;TL0=(65536-500)%256;
count++;if(count>CIRCLE)
{ count=1;}
if(count<=last)pwm=0;//占空比,使用反相器應為1 else
pwm=1;
四、總結
基于C51單片機和PWM調光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設置了手動控制和自動控制。在手動控制時，分為三檔，輸出不同的PWM占空比實現了對光度的手動調節。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數字轉換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應光度，將電壓和預設的閾值進行對比，調整PWM的占空比實現了對光度的自動調節。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。
同時，在本次課程設計中，主要有以下體會：
1、對LED的驅動有進一步的了解，明白了如何對LED進行規定電流驅動，并通過輸出不同的占空比來調節LED的亮度，從而對LED的耗電進行相應的管理；
2、進一步掌握了AD轉換原理以及相關芯片的應用，通過ADC0809對外界的模擬量進行轉換。
3、培養了自己的團隊意識，能夠比較好的和隊員就項目進行及時的溝通，在分工和整合方面做的不錯。附錄1：作品照片
第二篇：基于PWM調光的多功能LED臺燈設計方案
基于PWM調光的多功能LED臺燈設計方案 2012-04-26 站長統計 中心議題：
基于PWM調光的多功能LED臺燈設計方案 解決方案
探究系統硬件電路設計方法
設計基于PWM 調光的多功能LED 臺燈
引言
隨著全球能源危機和氣候變暖問題的日益嚴重，綠色節能已經成為全球普遍關注的話題，人們正通過各種途徑尋找新的節能方式。照明是人類消耗能源的重要方面，在電能消耗中，發達國家照明用電占發電總量的比例是19%,我國也達到12%.隨著經濟發展，我國的照明用電將有大比例的提高，因此綠色節能照明的研究越來越受到重視。LED 作為一種固態冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、高強度放電燈（如高壓鈉燈和金鹵燈）之后的第四代新光源。基于白光LED 的固態照明，是一種典型的綠色照明方式，與傳統光源相比，具有節能、環保、壽命長、體積小、安全可靠等特點，代表著照明技術的未來，并符合當前政府提出的“建設資源節約型和環境友好型社會”的要求。可以預見不久的將來，LED 必然會進入普通照明領域取代現有的照明光源。
目前，市場上采用白熾燈、鹵素燈、熒光燈為光源的臺燈普遍存在著低效率、高能耗、不易調光等缺點；至于壽命結束的含汞燈，一旦處理不當，將對環境造成嚴重危害；而且部分臺燈產品功能單一，缺少亮度調節、時鐘日歷、溫度顯示等功能，無法適應現代家庭生活的實際需求。為解決當前問題，本文設計了以AT89S51 單片機為核心的多功能白光LED 臺燈系統，采用PT4115 大功率LED 恒流驅動方案，可實現對LED 臺燈的PWM 調光控制；同時兼有時鐘日歷、聲光鬧鐘、溫度檢測、液晶顯示等多項功能。在實現高效節能的同時，為家庭使用提供了極大的便捷。系統硬件電路設計
該多功能 LED 臺燈系統采用20 只5mm 高亮白光LED 燈珠為光源，以AT89S51 單片機為主控芯片，由LED 恒流驅動系統、時鐘系統、測溫系統、液晶顯示系統、蜂鳴系統、按鍵系統組成。系統結構框圖如圖1 所示。
該系統可具體實現LED 臺燈的10 級PWM 調光控制；液晶屏實時顯示時鐘、日歷與環境溫度信息；鬧鐘功能采用聲光報警方式，即一旦到達鬧鐘時間，LED 臺燈自動點亮，并發出蜂鳴聲報警，以喚醒用戶；用戶可通過按鍵系統實現對時鐘日歷與鬧鐘參數的設置、LED 亮度的調節以及鬧鐘報警的解除。
圖1 系統結構框圖
1.1 單片機主控系統
本設計主控系統采用ATMEL 公司的高性能AT89S51 芯片實現，其P0 口外接10K 的上拉電阻，P0.0~P0.7 同時作為DS12C887 的數據接口與液晶1602 的數據接口。P2.0~P2.3分別連接DS12C887 芯片的片選端CS、地址選通輸入端AS、數據選擇端DS 與讀/寫輸入端R/W,P3.2 連接其鬧鐘中斷請求輸出端IRQ.P2.5~P2.7 分別連接液晶1602 的使能端EN、數據/命令選擇端RS、讀/寫選擇端RW.P2.4 作為蜂鳴器控制端。P3.0 作為DS18B20 的信號輸入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6 與P3.7 作為S2~S6 按鍵系統。P1.1 作為PWM 信號的輸出端并連接PT4115 芯片DIM 端，用于PWM 調光控制。系統晶振電路由12MHZ 晶振與兩個30PF 電容組成；復位電路則由S1 按鍵、10K 電阻與10uF 電解電容構成。主控系統電路如圖2 所示。
圖2 單片機主控系統電路圖
1.2 恒流驅動系統
本設計 L ED 光源采用相互并聯方式，共由20 只5mm 高亮度小功率LED 燈珠組成；每只LED 燈珠的壓降約3.1V,工作電流約20mA.由白光LED 的正向伏安特性可知，當LED 端電壓超過其正向導通電壓后，較小的電壓波動都會導致工作電流的的劇烈變化，從而影響LED 的正常使用，固LED 宜采用恒流驅動方式。因此，本設計LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驅動，PT4115 是一款連續電感電流導通模式的降壓恒流源芯片，能將直流電壓直接轉換成穩定的恒流輸出；其采用6~30V 寬電壓輸入，輸出電流可達1.2A,轉換效率高達97%,輸出電流精度達±5%.該芯片內部含有抖頻特性，極大的改善EMI,同時具有過溫、過壓、過流、LED 開路保護等多種功能。該芯片適合用于綠色照明LED燈的驅動電路，具有應用電路非常簡潔的優點。LED 恒流驅動電路如圖3 所示。
圖3 LED 恒流驅動系統電路圖
通過 PT4115 芯片上的DIM 端，可以方便的進行模擬或PWM 調光。由于模擬調光是直接改變流過LED 電流的大小來實現亮度調節，除了亮度會改變以外，也會影響白光的質量，即不同電流下發出的白光存在色偏。因此，本設計采用PWM 調光方案，PWM 調光的基本原理是保持LED 正向導通電流恒定，而通過控制電流導通和關斷的時間比例，即改變輸入脈沖信號的占空比，使LED 產生亮暗變化；并利用人眼的視覺殘留效應，當LED 亮暗變化頻率大于120Hz 時，人眼就不會感覺到閃爍，而看到是LED 的平均亮度。PWM 調光的優勢是LED 正向導通的電流是恒定的，LED 的色度就不會像模擬調光時產生變化。
PT4115 恒流驅動輸出的電流值計算公式為：
IOUT =（0.1×D）/ Rs（D 為方波信號占空比，Rs 為限流電阻。
本設計 LED 光源采用20 只小功率白光LED 燈珠并聯方式，且每只LED 燈珠額定電流為20mA,則PT4115 恒流驅動輸出最大電流IOUT 應為400mA,因此Rs 選取0.25 Ω 電阻。
L1 為鎮流電感，選取68μ H,用于穩定通過LED 的電流。D1 是續流二極管，當芯片內部MOS 管截止狀態時為儲存在電感L1 中的電流提供放電回路；由于工作在高頻狀態，D1 選用正向壓降小且恢復速度快的肖特基二極管SS24.PWM 脈沖信號則由單片機P1.1 產生，其高低電平決定LED 的通斷狀態。將定時器T0溢出中斷定為1/2500 秒（即400μ S），每10 次脈沖作為一個周期，即頻率為250HZ.這樣，在每1/250 秒的方波周期中，通過改變方波的輸出占空比，從而實現LED 燈的10 級亮度調節，即LED 亮度等級由每個周期內的高電平脈沖數目決定。當高電平脈沖個數為1 時，占空比為1/10,亮度最低，其調光原理如圖4 所示；當高電平脈沖為10 時，占空比為1,LED亮度最高。
圖 4 PWM 調光原理圖
1.3 時鐘系統
時鐘系統采用高性能的DS12C887 時鐘芯片，該芯片功能豐富，使用簡單，是一款高精度實時時鐘芯片；其可以自動產生世紀、年、月、日、時、分、秒等時間信息，具有閏年補償及鬧鐘（定時）功能，并且內部自帶有鋰電池，外部掉電時，仍可維持時鐘準確，其內部時間信息能夠保持10 年之久；外部系統斷電后，用戶無需重新設定時間。
DS12C887 時鐘芯片有兩種總線工作模式，即Motorola 和Intel 模式。本設計選用Intel模式，即將芯片第一引腳MOT 接GND.同時，時鐘系統設置為24 小時模式，寄存器存儲模式選為二進制格式。P0.0~P0.7 連接其地址數據復用端口AD0~AD7.P2.0~P2.3 分別連接芯片片選端CS、地址選通輸入端AS、讀/寫輸入端R/W 與數據選擇端DS.P3.2 連接中斷請求輸出端IRQ,用于處理鬧鐘中斷。該時鐘接口電路如圖5 所示。
圖5 時鐘系統電路圖
1.4 液晶顯示系統
顯示系統采用1602 字符型液晶。該液晶可顯示兩行，每行顯示16 個字符；且體積小、能耗低、操作簡單；適合于本設計所需數字、英文字母以及特殊符號的顯示要求。通過單片機控制1602 液晶實現首行年、月、日、星期顯示，第二行時、分、秒以及環境溫度顯示。
本系統 1602 液晶采用并行操作方式，P0.0~P0.7 通過借助10K 的上拉電阻連接其數據端口DB0~DB7,P0 口同時也連接著DS12C887 的數據地址端口，由于各自片選信號不同，選中時操作對應芯片將不會造成操作沖突。P2.5~P2.6 分別連接1602液晶的使能端E、讀/寫選擇端RW、數據/命令選擇端RS.第3 引腳為液晶顯示對比度調節端，通過10K 滑動變阻器接地，用于調節液晶的顯示亮度。第15 管腳背光源正極BLA通過10 歐電阻接地，第16 管腳背光源負極BLK 接地。該液晶接口電路如圖6 所示。
圖6 液晶系統電路圖
1.5 溫度檢測系統
溫度檢測系統選用DALLAS 公司“一線總線”接口的數字溫度傳感器DS18B20,該傳感器具有微型化、低功耗、高性能等優點，可直接將溫度轉化成串行數字信號處理，測溫范圍為-55~125℃，最高分辨率可達0.0625℃。DS18B20 共有三個引腳電源正VCC、電源負GND 和信號輸入輸出口DQ.R3 為4.7K 的上拉電阻，用于保證單片機與DS18B20 通訊時高低電平準確的被單片機機和DS18B20 識別。單片機P3.0 口通過R3 連接DQ 端口實現溫度數據的采集處理，并通過液晶屏實時顯示。溫度檢測電路如圖7 所示。
圖7 溫度檢測電路圖
1.6 蜂鳴系統
蜂鳴系統用于產生鬧鐘報警聲以及按鍵提示音。由單片機P2.4 口控制PNP 三極管9012的通斷實現對蜂鳴器聲音控制；通過延遲函數實現蜂鳴報警聲的長短音控制，長音''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''用于鬧鐘鈴聲，短音''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''用于按鍵提示音。蜂鳴系統電路如圖8 所示。
圖8 蜂鳴系統電路圖
1.7 按鍵系統
按鍵控制系統由S2~S5 五個按鍵組成，分別為S2 時間設置鍵、S3 數值增大鍵、S4 數值減小鍵、S5 鬧鐘設置鍵以及S6 亮度調節鍵。S2 用于選擇需要調整的時間日歷以及鬧鐘參數，并作為時間日歷參數的存儲確認鍵。S3 與S4 用于調整被選參數值的大小。S5 用于鬧鐘查看與存儲確認鍵。S6 用于LED 燈光10 級亮度的調節鍵。按鍵系統電路如圖9 所示。
圖9 按鍵系統電路圖
1.8 電源系統
本系統設計最大功率約1.6W,可采用電池或穩壓電源多種方式供電。由于系統光源采用20 只LED 燈珠并聯組成，所以LED 恒流驅動芯片PT4115 供電電源在6~30V 電壓范圍內均可使LED 燈正常使用。但單片機供電系統采用三端穩壓芯片7805,該線性穩壓芯片正常工作輸入電壓與輸出電壓差值應至少高于2V,若差值過大會增加額外功耗。因此，本系統宜選用2 節4.2V 鋰電池或9V 的穩壓電源方式供電。同時，本文LED 恒流驅動系統設計簡潔靈活，可根據用戶需求適當調整驅動電路參數，即可擴展LED 照明功率，最大可至10W左右。系統軟件設計
該系統控制程序主要包含系統初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、溫度傳感器芯片處理程序、液晶顯示程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產生PWM 程序構成。
2.1 系統主程序
系統主程序主要包括系統初始化程序（包括I/O 口初始化、DS12C887 時鐘芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中斷0 與定時器T0 設置）、按鍵檢測和處理程序、時鐘數據的讀取與處理程序、溫度數據的讀取與處理程序、液晶顯示程序、鬧鐘報警的判斷和處理程序、PWM 調光處理程序等。程序中設置鬧鐘標志位Flag_ri,一旦鬧鐘時間到達，時鐘芯片IRQ引腳觸發外部中斷0,進入中斷程序則置Flag_ri=1,用于主程序中鬧鐘報警的判斷與處理。
系統主程序流程圖如圖10 所示。
圖10 主程序流程圖
2.2 按鍵檢測和處理程序
按鍵控制系統由S2~S6五個按鍵組成，分別為S2時間設置鍵、S3數值增大鍵、S4數值減小鍵、S5鬧鐘設置鍵以及S6亮度調節鍵。S2用于選擇需要調整的時鐘以及鬧鐘參數，根據S2按下次數，依次選擇秒、分、時、星期、日、月、年，液晶屏上被選參數下方以光標閃爍狀態提示，再通過按下S3或S4調整被選參數值的大小，S2按下累積8次時，則退出選擇功能并保存當前數據至時鐘芯片。S5用于鬧鐘時間的查看與設置；首次按下S5,1602液晶屏第二行顯示已設置的鬧鐘時間；可通過S2、S3與S4重新設置鬧鐘時間；再次按下，則退出鬧鐘查看功能并保存當前設置的鬧鐘參數至時鐘芯片。同時，S3與S4還可獨立作為鬧鐘產生時的取消鍵與LED燈光的關閉鍵。S6實現LED燈光亮度的10級調節，每按一次，LED亮度增大一級；當達到亮度最大時，再次按下則關閉LED燈光。每次有按鍵按下，蜂鳴器都以短''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''聲提示。按鍵檢測與處理流程圖如圖11所示。
圖11 按鍵檢測與處理流程圖
2.3 鬧鐘中斷程序
系統到達設置的鬧鐘時間，DS12C887 時鐘芯片IRQ 引腳輸出由高電平變為低電平，作為單片機P3.2 口INT0 中斷的申請輸入，并可通過讀取DS12C887 芯片的C 寄存器來清除IRQ 引腳輸出。因此，將外部中斷INT0 設置為負跳變沿觸發中斷，并設置鬧鐘標志位Flag_ri,鬧鐘時刻到達時設置Flag_ri=1,用于主程序中的鬧鐘報警處理。鬧鐘中斷程序如圖12 所示。
圖12 鬧鐘中斷流程圖
2.4 定時器中斷程序
為產生調節 LED 燈光亮度的PWM 信號，定時器T0 設置為工作方式0,即13 位計數器定時，最多裝載數值為213=8192 個。因為系統晶振采用12MHz,賦值使TH0=（8192-400）/ 32 與 TL0=（8192-400）%32,即可實現400μS 的定時中斷。10 次中斷（即4mS）作為一個周期，通過調節每個周期內單片機P1.1（該控制口名稱定義為LED_PWM）輸出的占空比來產生PWM 脈沖信號，以控制PT4115 恒流驅動芯片實現LED 燈的10 級亮度調節。
程序設置對T0 中斷次數（即定義為T0_num）進行計數，以便判斷一個周期到否；同時判斷比較高電平脈沖個數（即定義為scale 值，由調光鍵S6 按下次數設置）用于實現不同亮度等級的調節。在定時器T0 中斷服務程序中，首先T0 重新裝入定時為400μ S 的初值；定時器中斷次數T0_num 加1,判斷一個方波周期到否，若到達，令T0_num 歸零，并將P1.1口輸出電平置高（即LED_PWM=1）；如果一個方波周期還沒到，則與亮度等級scale 值作比較，判斷高電平脈沖個數scale 到否，若到達，令P1.1 口輸出電平置低（即LED_PWM=0），否則繼續保持P1.1 口輸出高電平（即LED_PWM=1）；而后中斷返回，等待下一次定時中斷。
這樣，P1.1 口就產生了所需的PWM 調光信號。定時器生成PWM 流程圖如圖13所示。
圖13 定時器生成PWM流程圖 實驗結果
根據以上設計方案，本文制作了該款基于PWM 調光的多功能LED 臺燈。經調試后系統運行穩定可靠，基本可以滿足家庭生活的使用要求。系統工作時，最低功率（即LED 熄滅狀態）為0.28W;最大功率（即LED 最高亮度狀態）約為1.52W;同時，液晶顯示時間、日歷與溫度數據準確，鬧鐘功能穩定。實物照片如圖14 所示。
圖 14 實物照片 結論
本文多功能LED 臺燈系統采用AT89S51 單片機為控制核心，運用恒流驅動方案與PWM調光技術實現L ED 臺燈的多級調光控制，并兼有時間日歷、溫度檢測、液晶顯示以及聲光鬧鐘等功能。該系統具有控制電路簡單、亮度調節精確、功能豐富、實用便捷等優點，適合于現代家庭的實際需要。可以預見，隨著LED 照明技術的不斷發展完善，節能高效的LED將在家用照明領域發揮著日益重要的作用。
第三篇：基于PWM調光的智能多功能臺燈設計文獻綜述
本科畢業設計（文獻綜述）
題 目 基于PWM的智能多功能臺燈設計 姓 名 韋 洋
專 業 自動化 學 號 201042004 指導教師 曹 衛 鋒
鄭州科技學院電氣工程學院 二○一四年五月
文獻綜述
基于PWM的智能多功能臺燈設計文獻綜述 前言
臺燈是每個家庭的生活必需品，而普通的臺燈功能簡單，用途單一。隨著電子科技的發展，臺燈作為人們經常使用的生活必需品也有著很大的發展。逐步朝著多功能化，智能化的方向發展。根據自身所學知識結合實際情況制作一種智能臺燈，主要實現臺燈的基本照明功能功能，能夠智能的調節臺燈亮度，能夠顯示室內溫度，擁有萬年歷時鐘功能。隨著家用電器的發展，作為家用電器當中的小臺燈也要順應科技的發展步伐走向智能化多功能化。臺燈的發展的發展背景
雖然按鍵式的臺燈還是臺燈市場的主體。但是，隨著現代電子技術的發展和人們的需求變化，傳統的臺燈已經感受到產品更新換代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺燈有許多普通按鍵臺燈所無法比及的優勢，智能化臺燈一方面可以更節省電能，有利于環保。現今臺燈種類樣式繁多，燈泡分為：節能燈，白熾燈，LED燈泡。控制方式有：開關控制，觸控式，亮度可調式，甚至聲控。LED 作為一種固態冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、高強度放電燈（如高壓鈉燈和金鹵燈）之后的第四代新光源[1]。基于白光LED 的固態照明，是一種典型的綠色照明方式[2]。與傳統光源相比，具有節能、環保、壽命長、體積小、安全可靠等特點，代表著照明技術的未來，并符合當前政府提出的“建設資源節約型和環境友好型社會”的要求。基于PWM調光的智能LED臺燈的發展現狀
自LED光源進入通用照明領域，逐漸取代傳統光源，日益占據照明的核心領域。其除了耗能少、無污染、不含汞、壽命長等優點外，可控性強是LED光源區別于傳統光源的鮮明特點。因此，充分發揮LED的先天優勢，讓LED按
文獻綜述
照人們的照明需求，隨時“可控可調”，將使LED更為快速的占據照明領域的核心地位。而如何實現成本可接受的“可控可調”，將非常關鍵。
調光的需求可以大體分為三類：一是功能型調節光線的需要，如進門的玄關、會議室等；二是家居生活中舒適性和生活格調的體現，比如對燈光的明暗搭配，色溫冷暖，既可以根據環境的需要進行調節，也可以起到烘托氛圍的作用；三是環保節能的需要，比如公共場所的節能需求。比如停車場照明、商場照明、道路照明等。
目前常見的調光技術主要有：1采用直流電源LED 的調光技術。2采用脈寬調制（PWM）來調光。3用可控硅對LED 調光。按照常規技術的應用有以下三種方案可供選擇。
方案一：采用直流電源LED 的調光技術
如果需要要改變LED 的亮度，實現起來相對來說比較容易。發光二極管具有單向導電性是由電流驅動的器件，因為LED 的亮度是取決于通過它的電流，在一定范圍內電流越大其亮度越亮，反之則越小。調節LED 的亮度只需要調節電流大小，而LED工作電流很小通常需要串接限流電阻，所以當我們改變其限流檢測電阻就能實現改變其電流大小從而改變LED的亮度。但是通常限流檢測電阻阻值非常小，用一個很小阻值的電位器來調節電流，操作起來很難實現電流調節。所以一般不采用調節電阻大小來實現調節電流。因此為了實現電流調節，有些芯片提供一個控制電壓接口，通過改變輸入的控制電壓就可以改變其輸出恒流值。這樣實現起來就比較容易。然而用調正向電流的方法來調亮度會產生一些問題，那就是在調亮度的同時也會改變它的光譜和色溫。調電流會產生使恒流源無法工作的嚴重問題。長時間工作于低亮度有可能會使降壓型恒流源效率降低溫升增高而無法工作。調節正向電流無法得到精確調光。
方案二：采用脈寬調制（PWM）來調光
LED 是一個發光二極管，它可以快速實現開關。這一特點是其他的發光器件所無法比擬的。因此，我們需要把供電源改成脈沖恒流源，改變電源脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度[3]。種方法稱為脈寬調制（PWM）調光法。假如脈沖的周期為tpwm,脈沖寬度為ton,那么其工作比D（或稱為孔度比）就是ton/tpwm.改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED 的亮度。簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法[4]。通過高分辨率計數器的使用，文獻綜述
方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的[5]。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。脈寬調制調光的優點：
1、不會產生任何色譜偏移。
2、PWM調光具有極高的調光精確度。
3、可以和數字控制技術相結合來進行控制。因為任何數字都可以很容易變換成為一個PWM 信號。
4、PWM調光能夠通過軟件的方式比較容易實現，使用范圍廣闊。
方案三：可控硅調光
普通的照明燈具通常采用可控硅來調光，例如白熾燈和鹵素燈。因為他們基本是一個純阻器件，以這樣純阻器件為照明工具的燈光系統對輸入電壓沒有要求，輸入電壓是否是正弦波交流電對其沒有任何影響。通過純阻器件的電流和電壓波形是完全一致的，所以不管電壓波形如何偏離正弦波，所以改變輸入純阻器件電壓的有效值，就可以調光。但是可控硅卻不能對以LED為照明器件的照明系統進行調光。因為LED并不是一個純阻性的器件。
香港理工大學電子與資訊工程系研究人員最近開發出高性能LED驅動器，可使LED燈更亮更節能。這種新驅動器采用創新的多級PWM技術為LED燈供電，與當下LED產品采用的PWM和線性驅動器相比，這種技術顯著改善了光質量和能效。這種方式不局限于LED驅動器，并可提供比PWM或恒流模式更多的好處和選擇。采用傳統的PWM方式，LED接受的電流是脈沖式的，而不是直流。這種驅動電流以人眼所無法察覺的速度快速開關。以脈沖電流為LED供電使得光輸出更容易控制。由Lai Yuk Ming博士、Loo Ka Hong博士以及MichaelTse教授所成立的研究團隊，他們對PWM方式進行了轉變。脈沖式操作是以最大化光輸出同時最小化熱能耗的方式進行的重新設計。從而得到更高光效(lm/W)。Loo Ka Hong博士認為，他們的技術可以再節能15%。
綜述來說LED調光最好采用的技術是PWM調光。采用PWM 調光時，可以運用微控系統，例如單片機，通過程序可以預先設置好燈光的亮度等級，然后通過調節等級就能實現對燈光的亮度的調節。PWM 調光是可以直接應用于調光型臺燈的[6]。因此最終選擇PWM調光。
文獻綜述 基于PWM智能多功能臺燈的設計要求和方法
4.1設計要求
功能要求：臺燈能夠自動調整光強亮度，檢測環境溫度，顯示日歷具有鬧鐘定時功能。
硬件要求：整個系統的硬件部分包括單片機，鍵盤、顯示和信號輸出等。
具體要求如下：臺燈功率1.8W。能夠用按鍵調節臺燈亮度，總共分為十級亮度。能夠顯示時間日期，星期，臺燈亮度，溫度，能夠進行鬧鐘定時，能夠修改時間日期。
4.2 基于PWM調光的智能LED臺燈設計的實現
通過查閱資料，圖書館中的文獻，以及一些刊物，了解別人的設計思想和方法，借鑒一些別人的好的思想方法和一些應用比較成熟的電路。進行自己的構思。單片機作為現在許多電子產品的微控制[7]，雖然單片機的品種，規格越來越多。但是52系列單片機仍然是八位單片機應用領域的主要機型。其功能也越來越強大。用52單片機作為智能臺燈的控制器，也具有很多優勢。通過單片機系統將各個電路模塊有機的結合起來。形成一個完整的電路系統。從而實現智能臺燈的操作。
此次設計的智能臺燈將有以下幾個電路模塊組成：時鐘系統，測溫系統，顯示系統，恒流LED驅動系統[9]，蜂鳴系統，主控系統，按鍵系統。硬件電路的設計當然少不了軟件的支持。Proteus,keil C51等仿真軟件的出現為單片機和硬件電路的仿真提供了很大的便利。Proteus軟件能夠非常逼真的進行單片機的仿真。為電路的設計提供了理論保障。
硬件電路的實現需要軟件的支持單片機的編程可以用匯編語言或是高級語言。而C語言是常用的一種高級語言。程序的設計需要考慮硬件功能的實現。掌握設計程序的思路，學會用計算機語言編寫程序，以實現所需處理的任務：
1、重點掌握單片機的基本知識，工作原理，能夠掌握用單片機作為微處理器的電路設計。
2、熟悉DS1302時鐘芯片的特性和工作原理。
3、熟悉DS18B20溫度集成模塊的特性和工作原理，掌握其應用。
4、熟悉字符型液晶顯示模塊1602 的[8]
文獻綜述
使用，了解顯示模塊的各個引腳的用途，接法[10]。
5、LED燈采用恒流驅動芯片PT4115的工作原理作用，以及各個引腳的接法[3]。
6、熟悉了解PWM的原理，明白如何通過脈寬調制來進行調光[4]。
7、能夠熟練掌握用C語言進行程序設計進行編程。
8、硬件電路的實現。研究手段：本系統制作的主要設計源泉來源于生活，因此創新之處也在于處理生活中一些比較常見的問題。
9、在論文寫作工程中盡量做到貼近現實在大量資料的基礎上做到真實可靠，發現問題解決問題。在做作品的時候盡量做到多練習，電路做到盡量簡單可靠，設計美觀，節約成本，實用。總結
隨著科技的發展，將來所有的家用電器都將在一個智能控制系統下工作。通過主控系統將家庭所有電器，電子產品有機的聯合起來，形成一個智能化的網絡。通過互聯網實現遠程監控。使生活變得更加方便快捷。所以我們認為家居生活的發展方向是：應用簡單可靠的系統，通過高智能的精準控制和協同，讓生活變得更簡單更舒適更節約。LED臺燈是家常電器之一，隨著現代科技的進步，LED臺燈的類型也越來越多。LED臺燈的構造、技術等更加符合廣大用戶的使用，能起到環保、省電、護眼、耐用多功能等，適合于的場所包括有酒店、酒吧、房間、咖啡廳、客廳、辦公室、書桌。可以預見不久的將來，LED 必然會進入普通照明領域取代現有的照明光源。而具有智能調光功能多用途的LED照明系統將會擁有更加廣闊的前景。
文獻綜述
參考文獻
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第四篇：西安電子科技大學電子產品制作省電的LED調光臺燈的設計
電子產品創作設計課程項目設計論文
省電的LED調光臺燈的設計
院系: 電子工程學院
班級: 021231班
作者：
西安電子科技大學
關于LED調光臺燈的研究
摘要：
隨著全球能源危機和氣候變暖問題的日益嚴重，綠色節能已經成為全球普遍關注的話題，人們正通過各種途徑尋找新的節能方式。照明是人類消耗能源的重要方面，在電能消耗中，發達國家照明用電占發電總量的比例是19%,我國也達到12%.隨著經濟發展，我國的照明用電將有大比例的提高，因此綠色節能照明的研究越來越受到重視。LED 作為一種固態冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、高強度放電燈（如高壓鈉燈和金鹵燈）之后的第四代新光源基于白光LED 的固態照明，是一種典型的綠色照明方式，與傳統光源相比，具有節能、環保、壽命長、體積小、安全可靠等特點，代表著照明技術的未來，并符合當前政府提出的“建設資源節約型和環境友好型社會”的要求。可以預見不久的將來，LED 必然會進入普通照明領域取代現有的照明光源。
目前，市場上采用白熾燈、鹵素燈、熒光燈為光源的臺燈普遍存在著低效率、高能耗、不易調光等缺點；至于壽命結束的含汞燈，一旦處理不當，將對環境造成嚴重危害；而且部分臺燈產品功能單一，缺少亮度調節、時鐘日歷、溫度顯示等功能，無法適應現代家庭生活的實際需求。
關鍵詞：全球能源危機 綠色節能 LED
目錄
第一章 引言......................................................................................................................................3
1.1 LED照明臺燈的發展潛力......................................................................................................3 1.2.LED照明臺燈的不同構造....................................................................................................4 1.3.LED照明臺燈的前景............................................................................................................4
第二章LED調光臺燈中設計的理論基礎........................................................................................5 2.1 電路原理…………………........……………………………………………………………5 2.2 三極管工作原理……….....…………………………………………………………………6 2.3 雙向可控硅的工作原理.........................................................................................................7
第三章 硅控調光器的缺點……………………………………….…………………………8
第四章 調試....................................................................................................................................8
第五章 學習體會..............................................................................................................................9
第六章 總結......................................................................................................................................9
參考文獻……………………………………………………………………………………….11
第一章 引言
臺燈一般用在閱讀、書寫、設計、批閱等辦公或學習照明使用場所。對于做桌面工作的人來說，保證工作區的良好的視覺環境，對提高學習和辦公的質量，提高工作效率，保護身體健康有很大的好處。目前，傳統臺燈的光源主要有白熾燈和熒光燈管兩種：
白熾臺燈一般用40w～60w，可以保證工作面上有足夠的照度，而熒光臺燈多用不透明而且能反光的金屬罩，表面噴漆，放射光線能增加工作的照度，金屬罩應有一定的遮光角度，這樣既使工作面上的照度比較均勻，又能使燈管發出的光線不致直接刺激眼睛。但是，白熾燈的缺點是發熱量大、耗電、發光效率較低、使用壽命短。
而熒光燈管的缺點是顯色性較差（光譜是斷續的）特別是它的頻閃效應，容易使人眼產生錯覺，需要在設計上采取措施消除頻閃效應，另外燈管內存在著有毒的汞蒸汽，不環保。
1.1 LED照明臺燈的發展潛力
以半導體發光二極管（LED）為光源的臺燈，其光源具有低壓直流驅動、無頻閃、極低功耗、光線集中、環保、使用壽命長、易于控制等諸多優點。具體的說LED環保節能臺燈的優點主要有：
(1).LED是綠色照明理想的光源
與傳統的照明工具相比，LED照明工具，特別是GaN基白光LED照明，在功耗及壽命方面均有不可比擬的優越性。傳統白熾燈采用熱發光技術，浪費了９０％的能源，而發光二極管的效能轉換率卻非常高。由于半導體照明具有節能、長壽命、免維護、環保等優點，業內普遍認為，如同晶體管替代電子管一樣，半導體燈替代傳統的白熾燈和熒光燈也是大勢所趨；半導體LED越來越被認同是綠色照明的理想光源。
(2).LED環保節能臺燈吸引點眾多
市場對于臺燈的要求可以從兩個方面劃分：一是追求個性化，由于書桌在居住環境中的地位越來越重要，因此，書桌上的重要擺放也成為主人個性及愛好的體現；二是多功能性及 保健性，無頻閃。LED環保節能臺燈將充分體現上述兩大賣點。
(3).符合節能省電的理念
我們知道電力供應緊張勢必造成電價的提高及節能電器產品的熱銷。LED環保節能臺燈最重要的一個特點，促成熱銷的一項便是其低耗省電性能。2.2LED照明臺燈的不同構造
LED環保節能臺燈作為局部照明如讀書寫字之用，要求的照度和照度均勻度比較高，需要把許多發光二極管串聯或者串、并聯結合使用，這就涉及到光源的分布問題。根據LED的發光強度、發光角度以及體積小等的特性，可以把多顆LED按照一定數組整合在一塊適當的電路板上，再安裝在相應的造型結構里，從表面上看整個平面就形成一個發光面，故把這樣的一個裝有LED的平板式的結構稱之為LED發光板。
LED屬于低壓直流器件，其正向導通電壓的典型值3.0V～4.0V，驅動電流為20mA。LED作為一種電流型器件，根據LED伏安特性可知道。為了使LED正常在穩定、可靠的工作狀態，則必須為LED提供恒定電流。
LED臺燈光源的方向性與傳統燈泡及熒光燈管的大面積照射不同。照度和照射范圍跟采用的LED的參數、數量和排布有關。
LED環保節能臺燈功率一般在3W以內，如一個采用了20顆LED的臺燈，其所耗的功率也僅僅為1.6W左右，遠遠比白熾臺燈和熒光臺燈要低。當然，單只大功率LED器件的功率一般在0.9W～2W之間，也可以用在臺燈上。
LED臺燈與傳統臺燈結構構造區別最大的是光的重新分布部件。傳統照明光源為白熾燈或熒光燈等，其發光特點是光輻射幾乎占據整個空間，因此需要用反射器將其它方向上的光收集起來，投向要求的區域。通常采用的是拋物面反射器形成近似于平行的光束。而LED臺燈，往往根據LED發光強度不同，在其中分布幾個至幾十顆LED。由于LED發出的光線集中于一個較小的立體角范圍，在某些場所已經可以滿足局部照明的需要，但如果需要更大的照射范圍，那就要使這些LED產生的光在通過一系統透鏡，而產生我們所要求的光分布。1.3 LED照明臺燈的前景
目前大功率LED臺燈正處在市場開拓階段，價格偏高，且客戶對其了解甚少。但其市場潛力巨大。考慮到它的諸多優點，如護眼、省電、環保和長壽命，它的生命力極強。可以預計，在不久的將來，隨著大功率LED臺燈成本的不斷下降，它的市場會有爆炸性的發展。第二章LED調光臺燈中設計的理論基礎
硅控調光器--電子式調光器、遙控調光器裝置成本高,又無統一標準,所以古老的硅控調光器采用量稍多。雖然硅控調光具有許多缺點,但是因為不用改變接線,裝置成本較低,各廠牌硅控調光器的性能和規格差別不大,是許多LED照明廠目前選擇的調光方案。
電路原理圖
2.1電路原理
電源取自變壓器T，加上橋式整流D1-D4，將市電220V變成直流14V工作電源。運放A1與穩壓器IC1組成基準電壓，供運放A2以及外圍電阻R3—R6登組成觸發器電路的同相輸入基準電壓。二反相輸入經電阻R9取樣，于同相輸入作比較，使其輸出端脈沖寬度由基準電位器RP調節，并經過驅動三極管BG1和功率三極管BF2放大后點亮LED1-LED15發光二極管組件，控制電位器RP即可控制電流大小，彎沉實際上的調光功能。這里，續流二極管D5與儲能電感使輸出電流平穩。
元器件要求T為電源變壓器，市售規格8W/9V可以代用。發光二極管組件LED1-LED6 和LED10-LED15為ψ5mm草帽形自然光色，元器件要求T為電源變壓器，市售規格8W/9V可以代用。發光二極管組件LED1-LED6和LED10-LED15為
兩邊各12枚，少畫6枚，總共24枚；LED7-LED8為1W大功率也是自然光色，以帶散熱片。但是組裝時三枚合一，另加裝合適條形鋁材已增加散熱效果。運放A1和A2為雙運放LM358，如有LM324則完全通用，只是多了兩個運放。IC1穩壓器為TL31，穩壓值為2.5V，其余電阻、電容為常規配置。
電感L1選取外徑為 ψ15mm高頻磁環用 ψ0.25mm漆包線穿繞40T即可。限流電阻R9功率為1W，阻值選取2.2Ω-3.0Ω。2.2三極管工作原理
三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管,晶體三極管,是一種電流控制電流的半導體器件.其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號, 也用作無觸點開關。
晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產生自由電子導電，而p是加入硼取代硅，產生大量空穴利于導電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
對于NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，發射區與基區之間形成的PN結稱為發射結,而集電區與基區形成的PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發射極e、基極b和集電極c。
當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發射結處于正偏狀態，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制造三極管時，有意識地使發射區的多數載流子濃度大于基區的，同時基區做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源后，由于發射結正偏，發射區的多數載流子（電子）及基區的多數載流子（空穴）很容易地越過發射結互相向對方擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發射極電 流了。
由于基區很薄,加上集電結的反偏，注入基區的電子大部分越過集電結進入集電區而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區的空穴進行復合，被復合掉的基區空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo.根據電流連續性原理得：Ie=Ib+Ic 這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--稱為直流放大倍數，集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：
β= △Ic/△Ib 式中β--稱為交流電流放大倍數，由于低頻時β1和β的數值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區分，β值約為幾十至一百多。
三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉變為電壓放大作用。
2.3 雙向可控硅的工作原理
（a）符合（b）構造
可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成。當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發信號，BG2便有基流ib2流過，經BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環的結果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態，由于觸發信號只起觸發作用，沒有關 斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化。
硅控調光器主要構成元件包括：(1)硅控管--用來截取交流電壓部分導通角度,以改變燈具的輸入功率(2)RtCt timer--Rt為可調電阻,用來改變硅控管導通角度(3)Diac--一種擊發硅控管的元件。注意：硅控管在擊發之后就維持導通狀態,直到流通的電流降到 hold-up current(維勞電流)準位以下。硅控調光器原來是為純電阻性負載的白熾燈專用的,通常是無法匹配螢光燈與省電燈泡(CFL)。
第三章 硅控調光器的缺點
硅控調光器會成為未來LED照明的主流調光方式嗎?答案是相當不樂觀的。硅控調光器的主要缺點包括：
(1)功率因數會變差,導通角愈短,功因就愈差。調到1/4亮時,功因將低于0.25。
(2)效率會變差,因為在調暗時,負載不足,會造成硅控管提早關閉,導致 RC timer與導通角錯亂。更造成螢光燈或LED 燈操作無法穩定,而閃爍不定的問題。欲解決閃爍問題,通常要加裝交流電阻(bleeder or dummy load)。如此一來,用bleeder來消耗功率以維持硅控管的正常操作,就違背了原先調光節能的立意。
(3)匹配問題,要開發一種與市面上數十廠牌硅控調光器,都保證相容的可調光LED燈具,是相當困難的。硅控調光器的匹配問題,請參閱NXP Application Note AN10754。
(4)高裝置成本,雇請一個電氣工人來裝置硅控調光器至少需要 $30至 $50。
(5)有限的既有市場,目前大部分辦公室及商店照明都以螢光燈為主;而幾乎所有的螢光燈都不能匹配硅控調光器。不管是在歐美,日本,或新興國家,硅控調光器事實上都不普及。據統計,全美國包括家庭、商店、工廠與辦公室,全部加起來約有七十億燈管和燈泡。平均每個人備有28顆燈泡。但是裝有調光器者,不到 1%。
照明大廠對硅控調光器前景不看好的幾個實例就是上述Philips、Sharp推出的遙控調光器。但是不管硅控調光器或是遙控調光器,整個照明產業,顯然沒有共識。或者是說,當消費者不能接受昂貴的調光方案,而品牌廠商只有興趣生產高利潤的遙控調光器時,調光節能環保的美意就無疾而終了。
第四章 調試
開啟電源之后，在電容C1兩端可測得直流12.6V電壓，滿負荷時為9.5V。發光二極管組件總電流由R9決定，選取適當值，保證流過LED7-LED9工作電流不少于350mA，兩邊φ5mm草帽形的每路工作電流不大于20mA，可在LED1-LED6和LED10-LED15各串聯一個20Ω的小電阻，以保持工作電流正常。市電輸入端應安裝電源開關，規格自選。
第五章 學習體會
通過這次我們幾位組員共同完成的電子產品設計制作實驗，我們學到了很多。在團隊協作與各組員分工中得到的高效工作令我們充滿了成就感。而在實際操作本次制作過程中，我們學到了許多從書本上即使看到難以真正消化的知識。從確定課題，查找資料，到設計電路，購買電子元件，實際完成制作這一系列的過程，我們的收獲寥寥數字不足以表達。
在此次實踐中，我們意識到，其實只要花上幾元錢，買幾個電子元件，就可以通過自己的努力在幾個小時內創造出自己的電子作品，通過一個小小電子產品的制作，不僅證明了我們學習和動手的能力，更重要的是令我們感到收獲很大，樂趣無窮。曾經我們擔心過電的知識是否太奧秘，制作過程是否太復雜。的確不錯，電的技術發展得很快。新型的家用電器琳瑯滿目，電腦、彩電和不少現代電器在生活、學習、工作中不可缺少。但實際上都是由一個個小小的電子元器件和小電路組成的。只有從基本的電的知識學起，學習用基本電子電路制作一些小的電子作品，才能逐步學習更多的知識，掌握更高級的技術，做更大更復雜更有意義的電子作品。就比如此次我們的設計制作。
在實驗的最開始，小組成員無一不是由于缺乏經驗而顯得茫然無措。然而經過不久的思索和沉淀我們意識到，首先應當根據我們目前的條件(主要是所能找到的元器件)以及自己的能力來決定要制作的電子電路。先易后難，循序漸進。就這樣，貌似完全陌生的內容在我們由此開始一步步的努力、探索和反復試驗下逐漸看到了雛形。世上無難事，只怕有心人，不是嗎？
第六章 總結
創新意識：是創新能力的重要心理因素，只有在強烈的意識與意愿的指導下，個人才能有強烈的創新動機。
創新思維方式：創新需要的是新的突破，因此其思維方式也就有一定的特點，需要相異 性、差異性思維非常優秀，同樣一個問題，不同的人會有不一樣思維。要創新就要不受現成的常規的思路的約束，尋求對問題的全新的獨特性的解答和方式的思維過程，要全新的、獨特的解決問題的思維方式。
知識基礎：要創新就要有豐富的知識作為基礎，要在某一方面有怕創新，必須對此知識系統有一定的了解和掌握。只有充分理解該方面已經取得的知識和問題，才能在此基礎之上進行更進一步的突破。另外，獲取知識和運用知識，科研能力等都是進行創新的必備條件。
科學創新態度：創新是創造的過程，需要有勇于懷疑和批判的精神，當面對創新過程中的挫折與失敗時，要有勇于突破的精神和堅韌的態度，具備較強的獨立性，遠大的理想和無畏的膽識，以及濃厚的創新興趣。根據本課程開設的目的，在本課程設計中主要由老師對項目設計的創新思維方式作的引導，同時介紹切合實際的創新方法，便于大家理解和便于實施，更好地實現創新知識的積累。
“T型”人才：不但要具備一定深度的學科知識，更要具備一定寬度的創新精神和經營理念，這樣才能團結其他學科的人才，更高效地工作，將想法付諸實踐。無論在工作中充當什么角色，我們都會遇到一些問題，可能是我們日常生活中的小問題，也可能是困擾世界、需要更多人關注和投入的大問題，而具備創造性思想是解決問題的關鍵。事實上，創新力對學生的領導才能、團隊運作能力、談判能力、革新精神、決策能力等生存技能的培養，都起著決定性作用。
我們思考的方式，隨著年齡的增加、知識的獲得、經驗的豐富，通常會成為自己是自己的守衛，自己又是自己的囚犯。因此容易喪失從自我編織的囚籠中逃跑的能力，更為甚者，他們并不覺得自己深陷囫圇。
1.機遇無處不在。
只要注意觀察，在任何時間、任何地點，都能發現很多亟待解決的問題。2.無論問題大小，通常都能利用現有資源，找到解決的辦法。
一個具有創造精神的人，一定能夠發現問題，并將問題轉化為機遇的人。他們會用一些創新的方法，利用有限的資源來實現他們的目標。然而大部分人遇到問題時，第一個想到的就是這個問題似乎無法解決，因此忽視了那些有創造性的方法，即使這方法擺在眼前，也都被他們錯過了。
3.不要把問題禁錮在狹隘的框架中。
例如，當遇到在兩個小時內賺到錢這樣一個簡單的問題時，大部分人馬上就會想到那些 老套的“標準”答案。他們不會重新審視問題，也不能從更廣闊的視角來觀察問題。其實揭開這層蒙眼布，世界就會變得很不同，到處充滿機遇。
如前所述,我們現在處于3G、4G世代的電子業對一個簡單的調光功能卻束手無策,實在很諷刺。事實上,無法提供調光功能,是照明業者長久以來的一個窘境。LED照明業者,必須果斷地突破這個僵局。更佳者,若能開創出一種接近零成本,不需要改變接線,不需要遙控調光器,又能維持高效率與高功因,又能立即被普遍采用的調光方式,就能讓LED照明更可以和省電燈泡競爭。調光功能的突破,對整個LED照明產業,是一個非常重要的關鍵。
參考文獻：
[1]趙文博.常用集成電路速查手冊[M].機械工業出版社，2010-03-01 [2]姜橋.電子技術基礎[M].人民郵電出版社，2009-09 [3]庫振勛.使用電子線路[M].遼寧科學技術出版社，2011-04-01
第五篇：基于PWM調光的智能多功能臺燈設計外文翻譯
本科畢業設計（外文翻譯）
題 目 基于PWM的智能多功能臺燈設計 姓 名 韋 洋
專 業 自動化 學 號 201042004 指導教師 曹 衛 鋒
鄭州科技學院電氣工程學院 二○一四年五月
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Intelligent lighting control system
Abstract: Intelligent lighting control system the main aim is to save energy, smart lighting control system with a variety of “pre-set” control mode and control components, at different times on different degrees of illumination for accurate set-up and rational management of energy-saving.This automatic adjustment of the illumination means, take full advantage of the natural outdoor light, only when necessary when the lamp or light to the required brightness, use the least energy to ensure that the required illumination level, energy-saving effect is very clear, usually ranging from more than 30%.Keywords: Intelligent lighting control system bus-type star-shaped structure The advantages of the use of the intelligent lighting control system 1.1 Good energy saving effect Intelligent lighting control system using the main purpose is to save energy, smart lighting control system with a variety of “pre-set” control mode and control components, at different times on different degrees of illumination for accurate set-up and rational management of energy-saving.This automatic adjustment of the illumination means, take full advantage of the natural outdoor light, only when necessary when the lamp or light to the required brightness, use the least energy to ensure that the required illumination level, energy-saving effect is very clear, usually ranging from more than 30%.In addition, the intelligent lighting control system for fluorescent lamp dimming control, etc., due to the use of a fluorescent active tunable filter electronic ballast technology and reduce the harmonic content, to improve the power factor and reduce the low-voltage reactive power loss.外文翻譯
1.2 To extend the life span of light source
Light source can not only extend the life savings, but also significantly reduce the workload of lamp replacement, reducing the operating costs of lighting systems, management and maintenance becomes simple.Both the thermal radiation source, or gas discharge light source, voltage fluctuations are a major cause of light damage.Therefore, the effective suppression of the fluctuations in voltage can extend the life of light sources.Intelligent lighting control system can successfully suppress the surge voltage power grid, but also have a voltage limit and the conjugate stream functions of filtering, to avoid over-voltage and under-voltage damage to the light.The use of soft-start and soft turn-off technology, to avoid the impact of current damage to the light.Through this method, the light source to extend the life span of usually 2 to 4 times.1.3 To improve the working environment improve efficiency
Good working environment is to improve the efficiency of a necessary condition.Good design and reasonable choice of light source, lamps and lighting quality control systems, can improve the quality of lighting.Intelligent lighting control system dimming control panel module to replace the traditional lighting of the level switch control is an effective way to control the overall room illumination value, thereby enhancing the uniformity of illumination.At the same time, this control method used in electrical components have also solved the stroboscopic effect, will not create uncomfortable, confused, feeling eyestrain.1.4 To achieve a variety of lighting effects
A wide range of lighting control, the same building can have a variety of artistic effect, for a lot of construction hyperchromic.Modern buildings, lighting is not simply to meet people on the visual effect of light and shade, they should have control of a variety of programs to make buildings more vivid, more artistic, giving a wealth of visual effects and aesthetics.As an example of a project, building the
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exhibition hall, lecture hall, lobby, atrium, etc., if with intelligent lighting control system, according to different times, different uses, different effects, using the corresponding pre-set scene control, can achieve the wealth of artistic effect.1.5 Facilitate the management of maintenance
Intelligent lighting control system for the control of lighting based on the automatic control of modular-based, supplemented by manual control, preset lighting scenes to the parameters stored in the EPROM Digital, these information is very convenient to set up and replaced, so that building lighting management and maintenance easier.1.6 Have a high economic rate of return
Our reference point for the Shanghai region, from energy-saving lights and provincial estimates of the two made a come to this conclusion: with three to five years, the owner can recover the basic intelligent lighting control system to increase the total costs.Intelligent lighting control system can improve the environment and improve employee productivity and reduce maintenance and management costs, but also for the owners to save a substantial amount of costs.Intelligent lighting control system components
We know that the intelligent lighting control system of building control system is onlyone part of the.If you want to focus on the various control systems to the control center to control, then the control system must have the standard communication interface and protocol version.Although such a system integration is feasible in theory, but it is very difficult to put into practice.Thus, in engineering, intelligent management of our building a distributed system, distributed, that is relatively independent of each control subsystem, self-contained, the implementation of specific control, intelligent building management system control subsystem of the relative independence, self-contained, the implementation of specific control, intelligent building management system from the control subsystem is a signal
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collection and monitoring role.At present, the intelligent lighting control system in accordance with sub-network topology, the following two forms, namely, bus and star-shaped structure-based hybrid.Both forms have the characteristics of a number of bus more flexibility, easy expansion, control of relative independence, lower costs;mixed some high reliability, fault diagnosis and rule out the simple, easy access to the agreement, transfer rate higher.Engineering design, we consider the building of intelligent lighting control system as an independent subsystem, use of international standards and agreements of the communication interface text, into the intelligent building management systems.Intelligent lighting control system uses a distributed, distribution-based approach,that is, the dimming control unit is relatively independent, self-contained,non-interfering, through centralized management and information interfaces, and intelligent building management system linked to the achievement of the building control center subsystem of the collection and monitoring of the signal.In short, the intelligent lighting control should be the main system is a centralized management, and the main trunk and information interface components consisting of the regional implementation of the same sample of control and signal networks;its subsystems should be a dimmer by the various types of modules , control panels, illumination detector dynamic and static and dynamic components consisting of detectors, respectively, of the regional implementation of the specific control of different networks, the main system and subsystems, such as between the components through the interface to connect, to achieve data transmission.Intelligent lighting control system and control of the control of the content
A project to control the use of intelligent lighting control system include the following categories: technology office hall, computer center and other important room, lecture hall, such as multi-function hall, exhibition hall, conference center, lobby and courtyard, walkways and elevators, such as the Office of Public site;
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building facade lighting ingeneral and also by the intelligent lighting control systems to control switch signal.Control the content of the term of the Interpretation: 1 clock control Clock management, etc.through the electrical components, to achieve the normal work of regions for the state of lighting in different time control.2 the automatic adjustment control illumination Through each module and illumination dimming dynamic electrical components such as detectors, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of the automatic lighting dimming control, making the region, such as illumination will not be outside with the sunshine factors change, and always maintain the default value in the illumination around.3 control of the regional scene Through each dimmer module and the control panel and other electrical components, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of the scene lighting control switch.4 static and dynamic detection of control Through each dimming modules and electrical components, such as movement detectors, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of the automatic lighting control switch.5 Reduction state of emergency control Through each of the normal lighting control module, such as dimming of the electrical components, to achieve a state of emergency for the normal work of the various districts in the state of lighting and to give up the number of relief, such as dimming control.6 Manual remote control Through the infra-red remote control, to achieve under normal conditions in the regions for the normal work of the state of lighting control and manual control of the regional scene.7 Emergency lighting control Here mainly refers to the control of intelligent lighting control system to the special region by the implementation of the emergency lighting control, including the following two controls: 1 under normal illumination and the automatic adjustment control of the regional scene with the regulation of the normal work of lighting the same manner as the control.2 a state of emergency automatic discharge dimming control, through each of the emergency lighting dimming control module, such as electrical components, to achieve a state of emergency for the regions under a state of emergency lighting dimmers, such as giving up control, so that the accident in the state of emergency lighting to reach
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100%.These are the characteristics of intelligent lighting control systems analysis and office buildings in a specific application in a number of experiences, hoping to play the role of forward, so that the field of technology in the lighting to fully play its role.外文翻譯
智能照明控制系統
摘要:智能照明控制系統的主要目的是利用“預先設定的“控制方式和控制元件對照明系統進行優化管理,智能照明控制系統在不同時期,不同程度上的照明進行精確設置和合理的節能管理。這種自動調整的照明方式,充分利用室外的自然光,只在必要時當燈或燈光亮度有特殊要求時,用最少的能源,在確保所需的照明度的前提下,達到理想的節能效果,一般可達30%以上。關鍵詞:智能照明控制系統 總線型 星型結構 利用智能照明控制系統的優勢
1.1 良好的節能效果
智能照明控制系統的主要目的是節約能源,智能照明是用“預先設定的“控制模式和控制元件的控制系統,在對不同時間的不同光照度進行準確的設置和合理的節能管理。這種自動調整照明方式,采取充分利用室外的自然光,只在必要時當燈或光所需的亮度有要求時,用最少的能源,以確保所需的照明度,節能效果十分明顯,通常是超過30%不等。此外,智能照明熒光燈調光控制燈等,由于使用熒光燈電子鎮流器有源可調諧濾波器技術,減少了諧波含量,提高了功率因數,降低了低壓無功損耗。
1.2 延長光源壽命
照明光源不僅可以延長使用壽命,而且還大大減少更換燈泡的工作量,減少照明系統的運作成本,使得管理和維修變得簡單。無論是熱輻射光源或是氣體放電光源,電壓波動是光損傷的重要原因。因此,有效的制止波動電壓可以延長光源的壽命。智能照明控制系統可以成功地抑制電源網絡的浪涌電壓,但也有限制電壓和共軛電流濾波的功能,以避免過電壓和欠電壓損壞光源。通過使用軟啟動和使用軟關斷技術,可以避免損害到光電源。通過這種方法,光源壽命通常可延長為2至4倍。
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1.3 改善工作環境,提高工作效率
良好的工作環境,是提高效率的一個必要條件。良好的設計和光源,燈具和照明質量控制系統的合理選擇,可以提高照明質量。智能照明控制系統使用的調光控制面板模塊,用以取代傳統的液位開關控制照明是一種有效的方式來控制整個房間照度值,從而提高照度均勻性。同時,這種控制方法在電器元件使用,也解決了頻閃效應,也不會產生不舒服的,混亂的感覺和眼睛疲勞。
1.4 實現了多種燈光效果
一個廣泛的照明控制,同樣的建設可以有不同的藝術效果并為建筑增色不少。現代建筑,照明不僅是為了履行對光影的視覺效果,設計師們應該有多種方案的控制,使建筑物更加生動,更加美觀,給人一種視覺效果和美學的財富。作為一個工程實例,例如展廳,報告廳,大堂,中庭等,如果能利用智能照明控制系統,對不同時期,不同用途,不同的效果采用相應的預設置場景控制,就可以實現豐富的藝術效果。
1.5 便于維護管理
智能照明控制系統的控制基礎為自動照明控制模塊,由人工控制為輔,把預置的燈光場景的參數存儲在EPROM中,這些信息可以非常方便的設置和更換,使建筑照明管理和維護更加容易。
1.6 具有較高的經濟回報率
我們以上海地區為參考,從節能燈和省級這兩個估計作出得出這樣的結論:三至五年,業主可以恢復基本智能照明控制系統的投資,以后便可以增加收入。智能照明控制系統可改善環境和提高員工的工作生產率和降低維護和管理成本,而且還為業主節省了大量費用。智能照明控制系統組件
我們知道,樓宇控制系統只是智能照明控制系統一個部分。如果你想專注于各種控制系統,控制中心控制,則控制系統必須具有標準通訊接口和協議的版
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本。雖然這樣的系統集成在理論上是可行的,但它是非常難以付諸實踐。因此,在工程中,我們建立一個分布式系統,所謂分布式,即各控制子系統相對獨立的智能化,自我包含具體的控制,智能樓宇管理系統相對獨立自足,控制子系統實現具體的控制,從控制子系統的智能化樓宇管理系統的實施是一個信號收集和監測作用。目前,智能照明控制系統按照網拓撲結構可以分為以下兩種形式,即總線式和星形結構。這兩種形式有更大的靈活性,易于擴展的數量特征,控制的相對獨立性,成本低,高可靠性,故障診斷和排除簡單,方便的協議,傳輸速率更高。工程設計中,我們考慮了智能照明控制系統建設作為一個獨立的子系統,采用國際標準和協議使用通訊界面文本進入智能建筑管理系統。智能照明控制系統是采用分布式,并以配送為基礎的方法,即調光控制單元相對獨立,自成體系,互不干擾,通過集中管理和信息接口,智能樓宇管理系統與建筑物的控制子系統實現收集中心和監測信號測功能。總之,智能照明控制應是一個集中管理,由主干線和信息界面部分組成的控制區域執行信號網絡,它的子系統,應該是一個由各類調光模塊,控制面板,照明探測器動態和靜態和動態組件組成的,分別對控制區域的具體實施不同網絡,主系統和子系統,如組件之間,通過接口連接,實現數據傳輸。智能照明控制系統和控制內容的控制
一個項目控制的智能照明控制系統的使用包括以下內容類別:科技辦公大廳,計算機中心,報告廳等多功能廳,展覽廳,會議中心,大廳和庭院,走廊和電梯等公共現場辦公;大廈外墻一般照明并且由智能照明控制系統,以控制開關信號。控制所包含的內容: ①時鐘控制 時鐘管理,通過電器元件等,以達到在不同的地區正常工作狀態的照明時間控制。②自動調整控制照明 通過每個模塊和動態調光照明電器元件等作為探測器,在正常條件下實現地區的自動調光控制使該地區照明狀態正常工作,如果照明不隨外面的陽光因素的變化,并始終保持在默認值照明左右。③控制的區域現場 通過每個調光模塊和控制面板和其他電器部件,實現場景燈光控制開關狀態正常工作。④靜態和動態檢測控制 通過每個調光模塊和電氣元件,如運動,探測器,實現自動照明控制開關狀態正常工作。⑤應急控制 通過各種正常的燈光控制模塊,如電氣調光,組件,實現了各區緊急狀態下的照明狀正常工作。⑥手動遙控器 透過紅外線遙控器,以達到在
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正常條件下對該地區的照明控制狀態正常工作和手動控制區域場景。⑦應急照明控制這里主要指智能照明控制系統控制的特殊地區由應急照明控制,包括以下兩個控件的實現:(1)在正常照明和區域自動調節控制(2)隨著場景的不同,照明控制方式也不同。(3)通過對每個國家的緊急自動調光控制,應急照明調光控制模塊,如電器元件,以實現下一個應急照明調光器,A國對地區進入緊急狀態,如放棄控制權,從而使在事故應急照明狀態達到100%。這是智能照明控制系統的分析和特點,希望能發揮前鋒的作用,使技術在照明領域,充分發揮其作用。
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