《毕业设计论文》电子技术在LED的通用照明和智能控制中的应用

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1、综合实训 摘要 电子技术在当今世界发展迅猛，电子技术在灯光照明控制中的应用也越来越 广泛，从目前的形式来看，其必将一直的快速发展下去。本文即是在这样一个前 提背景下展开论述的。 本论文主要结合了生活中的实际，从三个方面来论述电子技术在灯光照明控 制系统中的应用。本文首先讲的是电子技术在LED的通用照明和智能控制中的应 用，然后分析电子技术在小区楼宇灯光照明控制系统中的应用，最后简单介绍了 电子技术在舞台灯光照明控制系统中的应用。这三个方面虽不能完全概括电子技 术在灯光照明控制中的应用，但也极具代表性。 本论文重点从节能、实用和便捷的角度论述了电子技术在灯光照明控制系统 中的应用，旨在让大家了解

2、电子技术在灯光照明控制中是如何实际应用的。 关键字关键字 控制系统，通讯模块，LED照明，智能 综合实训 目 录 摘要摘要 绪论绪论1 1 第第1 1章章 电子技术在电子技术在LEDLED的通用照明和智能控制中的应用的通用照明和智能控制中的应用3 3 1.1 LED照明基本概述 .3 1.2 LED照明的两大模型 .3 1.3 LED照明的控制系统 .4 第第2 2章章 电子技术在小区楼宇灯光照明控制中的应用电子技术在小区楼宇灯光照明控制中的应用7 7 2.1 电子技术在小区楼宇应用中的整体描述 7 2.2 小区楼宇中电子开关的种类 7 2.3 工作原理 7 2.4 电子技术在灯光控制中的应用

3、趋势 8 2.5 智能照明系统 8 第第3 3章章 电子技术在舞台灯光照明控制中的应用电子技术在舞台灯光照明控制中的应用1 11 1 3.1 内容概述 .11 3.2 舞台照明方式 .11 3.3 舞台灯光控制系统结构的三个模块 .11 3.4 接收通讯模块： .12 总结语总结语1 15 5 致谢致谢1 17 7 参考文献参考文献1 17 7 附录：附录：1 19 9 综合实训 绪论 1 选题背景 当今的灯光艺术已经成为了一门走在时代前沿的时尚艺术。灯具的种类也由 以前构造简单、功能有限的白炽灯、荧光灯、聚光灯等,发展为今天的镜片反射 式电脑灯、摇头式电脑灯、变色灯、电脑追光灯、激光灯等构造

4、复杂、精密，功 能丰富多样的现代灯具。像我们经常在电视节目上看到的舞台灯光、城市景观灯 、舞厅的各种闪光灯、街道上的霓虹灯等，其艺术性和表现力都产生了质的飞跃 。在基本光满足必要的照度和色调的基础上，根据场景气氛的需要，可以自由地 组合出千姿百态、绚丽多彩、变幻无穷的灯光景观。实现了艺术上的创新与突破 ，不断创造出令人惊叹、叫绝的视觉艺术效果，给人们带来了美的享受和心灵上 的震撼。就连我们最常见的楼道灯也一改过去那种人不开不亮，不关不灭的形象 。在我们生活的小区和工作的办公楼等地，每到晚上我们上下楼梯时，只要我们 用手轻轻一摸开关上的按钮，灯就亮，人走后没一会灯又自动熄灭；或是天黑走 过楼梯通

5、道时，当有脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人 们进入房内或离开楼梯，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音 。楼道灯也不会亮。之所以出现这种效果，这要归功于现代科学技术的发展，其 中很重要的一点，就是现代电子技术的发展和创新。它主要是利用一些电子元件 ，应用数字电子技术的逻辑器件设计电路进行控制。像舞台上的灯光就是运用现 代数字电子技术，按照场景的需要通过电脑程序进行控制；像楼道的灯就是通过 安装一些电子开关进行控制。 社会在不断发展，技术也在不断的进步，电子技术在灯光照明控制中的应用也越 来越广泛，越来越突出。电子技术在电子技术在灯光照明控制中的应用已成为必 须研

6、究的课题。在这里我主要从节能、便捷的角度，简单地介绍一下人们日常生 活中经常见到的利用电子技术控制灯光的一些实际应用。 2 主要内容及研究意义 目前电子技术在灯光控制中的应用已是越来越广泛。电子技术在LED的通用照明 综合实训 1 和智能控制中的应用也是越来月明显，LED照明有许多独特的地方，其照明不仅 能实现亮度的调节，还能实现色彩与色温的调节。此外，这种照明比传统照明方 式更适合智能化与数字化的控制，组成复杂的照明系统。电子技术也在小 区楼宇灯光照明控制中应用广泛，现在国家正在大力提倡节能减排，虽然关灯在 有些人看来是件小事，也省不了多少电，但如果全国所有公共场所及家庭都使用 新型节能开关

7、，这样既避免了人们在黑暗中摸索开关的不便，又可以避免人们忘 记关灯而造成浪费，聚少成多，那也将是个惊人的数字，也一样能达到很好的节 能目的。电子技术还有效应用在舞台灯光照明控制系统中，舞台灯光不仅要照亮 演员，让观众看清面部表情、神态和动作，更重要的是充分运用照明技术，调动 灯光操作等手段来强化艺术效果，使观众有身临其境之感。 通过研究电子技术在灯光照明控制中的应用，使我们了解到电子技术是一项 很实用的技术、它既方便了我们的生活也节约了社会能源，使我们的世界变的多 姿多彩。 3 论文组织结构 第一部分：绪论。介绍了论文的选题背景、主要内容和研究意义。 第二部分：电子技术在LED的通用照明和智能

8、控制中的应用 。 第三部分：电子技术在小区楼宇灯光照明控制中的应用。 第四部分：电子技术在舞台灯光照明控制中的应用。 第五部分：总结语。 第六部分：致谢语。 第七部分：附录。列举论文中涉及的一些程序及原理图。 综合实训 2 第1章 电子技术在LED的通用照明和智能控制中的应用 1.1 LED照明基本概述 LED照明有许多独特的地方，主要表现在：从结构上看，传统照明的光源和灯具 是分离的，而LED照明在结构上可以实现配光、散热及灯具的一体化设计，从功 能上看，只有少部分的传统照明可以实现调光，而LED照明不仅能实现亮度的调 节，还能实现色彩与色温的调节。此外，LED照明比传统照明方式更适合智能化

9、 与数字化的控制，组成复杂的照明系统。 基于LED照明的这些特性，大体上可以给出二种模型，分别针对LED的通用照 明、LED照明的智能控制，来说明电子信息技术在LED照明中一些应用。 1.2 LED照明的两大模型 1.2.1、模型一：电源+光源 现代电光源的工作本质就是将电能转化为光能，同时伴随一定的散热。所以，LE D的通用照明模型中就只包括电源和光源两部分。在这种模型下，只能实现照明 的开关控制，不能实现照明的调光、通信、反馈等功能。 电源具体是指AC-DC恒流型开关电源。AC- DC是指交流到直流的转换，因为LED实际上是一个半导体二极管，它是在直流电 压下工作的。LED还有一个特性就是

10、其工作电流近似值是工作电压的指数函数， 电压的微小波动就会引起电流的巨大变化，严重时会直接烧毁LED,所以要保证LE D的安全工作，必须使其工作电流恒定。通常家用电器的电源都是恒压的，LED的 特性决定了它要采用恒流电源。为了提高LED工作的可靠性，我们一般要采用隔 离型的开关电源，实现LED与市电电网的有效隔离。和开关电源相对应的，还有 一类叫线性电源，现在已经很少使用了，因为开关电源在效率和体积上更占优势 综合实训 3 。现在的开关电源技术，能将转换效率做到85%甚至更高，功率因数0.95以上， 总谐波在15%以内。这些指标也是我们选择开关电源的基本要求。 光源就是LED芯片，这是LED照

11、明的核心元件。除了工作电流、管压降等电学 参数外，我们更关心的是它的光学指标，如光通量、光效、色温、显色指数、光 衰等等。LED的光学性能与其温度密切相关，温度的升高会引起光效降低、色温 漂移、寿命下降等问题，因此散热技术在LED照明中尤为重要。热力学知识告诉 我们，物体的散热只有三种方式：传导、对流和辐射。由于LED芯片只是固定的 发出某种波长的可见光，所以不存在红外辐射散热。在LED中，主要是传导散热 ，同时伴随一定的对流散热。减少LED的热传导环节和降低每个环节的热阻，必 要时采用强制风冷，都是散热设计中的考虑因素。 1.2.2模型二：电源+控制+光源 模型二比模型一多了一个控制模块，这

12、就大大丰富了LED照明的功能。如果 说模型一只是一个照明产品，那么模型二可以说是一个照明系统了。由于加入了 控制模块，电源就变成恒压型开关电源了，但是LED光源的工作还是需要恒流型 电源，这部分（恒流驱动）我们放在控制模块中一起实现了。下面，我们重点分 析一下LED照明的控制系统。 1.3 LED照明的控制系统 1.3.1 LED照明的控制系统概述 LED照明的控制系统，可大可小，功能丰富。如：无线遥控调光系统、色温可调 照明系统、RGB调光调色系统、模拟日光照明系统、带DALI协议的智能照明系统 、基于ZigBee和GPRS的无线路灯控制系统等。透过现象看本质，所有这些照明控 制系统，都是利

13、用电子技术领域中的嵌入式技术、通信技术、传感器技术、计算 机技术以及电力电子技术等发展建立起来的。看似纷繁复杂化，其实有据可循。 为了理清脉络，我们可以将LED照明控制系统分为8个层次，逐层阐述。如果 我们能够把每个层次的技术方案做好，那么任何复杂的控制系统我们都可以像“ 搭积木”一样，轻松的实现。 综合实训 4 1.3.2 LED照明控制系统的8个层次 LED照明控制系统的8个层次由底向上依次为：供电层、驱动层、光层、感器层、 议层、信层、作层、统实现层。 1、供电层 供电层为整个控制系统提供高效稳定的直流电源。与LED光源工作需要的恒流电 源不同，控制系统的工作需要的是恒压电源。供电层的电

14、源获得有两个途径：一 是从LED照明灯具上的恒压电源上获取，这是一个DC- DC（直流到直流）转换，因为灯具上的恒压电源的电压通常很高，而控制系统的 电压很低，所以要做一个从直流到直流的降压转换；二是从交流市电获取，这是 一个AC- DC（交流到直流）转换，为了安全，通常也要做成隔离型的开关电源，因为控制 系统的功耗通常很低，所以这里的恒压电源对转换效率的要求就不是很高。 2、驱动层 前面提到，模型二中电源部分是恒压源，而LED光源的工作需要恒流源，因此， 在控制系统中要有一个恒流驱动模块，为LED光源的正常工作提供恒流源。在恒 流驱动的设计上，一般是采用专用的驱动芯片，并配合一定的外围电路。

15、 驱动芯片的输出端通常是带有一串LED,输出的恒定电流就是LED的工作电流。输 出的电压范围越高，可带的LED数量就越多。也有例外的情况，输出端要并联多 串LED,这时，我们要给每串LED串联一个小电阻来实现电流的分流。驱动芯片一 般还有一个PWM（脉冲宽度调制）的端口，用于实现调光控制，这是实现智能照 明的基础。恒流驱动方案的优劣，直接关系到LED照明的可靠性和使用寿命。因 此，对LED驱动技术的研究，尤为重要。 3、调光层 LED照明之所以容易实现智能控制，是因为它容易实现调光控制。所有智能化功 能的体现，都是通过调光功能实现的。对于LED照明调光的理解，不能只限于调 节光的亮度，还包括对

16、LED色温和色彩的调节。这也正是LED照明能够颠覆传统照 明的一个主要因素。调光技术的实现方式，有模拟和数字两种。其中，数字调光 综合实训 5 主要是通过PWM（脉冲宽度调制）技术实现的，它是现在LED调光方案的主要手段 。PWM信号可以通过对微控制器的编程实现，产生不同的占空比，从而实现LED照 明的调光。设计一款LED“三调”（亮度、色温、色彩）功能的集成方案，是这 个层次的研究重心。 4、传感器层 前面讲到的驱动层和调光层，是从系统输出的角度分析的。显然，传感器层就是 智能系统的输入了。它就像智能系统的眼睛和耳朵，能够感受外部环境的变化， 并把这些变化转化成电学信号，传递给智能系统的大脑- 中央处理器，进行分析和处理。在照明控制领域，我们关心的传感器主要有：光 敏传感器，采集自然光的亮度信息；人体传感器，检测灯具附近是否有人的存在 ；温度传感器，采集外部环境的温度信息；还有对系统工作时的电流电压等数据 的采集和分析。 5、协议层 没有规矩不成方圆。要实现智能照明系统的内部各个模块间的有序协调工作，必 须有一套完善的“规章制度”,用来传达指令和执行操作。这套制度就是智能系