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1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业（2011 届）毕业设计题 目： 基于 AVR 单片机的 LED 自适应调光系统设计 姓名： 专业： 电子信息工程 班级： 学 号： 指导教师： 导师职称： 年 月 日 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业基于 AVR 单片机的 LED 自适应调光系统设计摘 要作为一种光源，调光是很重要的。不仅是为了在家居中得到一个更舒适的环境，在今天来说，减少不必要的电光线，以进一步实现节能减排的目的是更加重要的一件事。而且对于 LED 光源来说，调光也是比其他荧光灯、节能灯、高压钠灯等更容易实现，所以更应该在各种类型的 LED 灯具中加上调光的功能。自适应调
2、光系统硬件电路由四个部分组成：感光电路、AD 转换电路、单片机控制电路、发光二极管驱动电路。软件部分采用 PID 算法，自动调节环境光照度。本设计以 89C51 单片机为控制器，利用光敏电阻采集环境光照度，采用脉宽调制方式调节三极管，进而调节 LED 的发光亮度，最终维持环境光照度在一个设定的水平。关键词：LED，自适应调光，AVR 单片机,PID 算法精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业LED Adaptive Dimming System Based on AVRAbstractThe quality of dimming of light source is very import
3、ant. It is not only for a better environment at home. At present, it is also an even more important issue to lessen waste of unnecessary electric light and further achieve the goal of energy saving and emission reduction. Whats more, for light source of LED, it is easier to adjust brightness than fl
4、uorescent lamp, energy saving lamp, high pressure sodium lamp and other kinds of lamps. Therefore, wed better add the function of brightness-adjusting to various kinds of LED lamps. The hardware of adaptive adjustable optical-intensity system is consisted of four parts. They are photosensitive circu
5、it, AD change-over circuit, single-chip microcomputer control circuit, and LED driving circuit. And the software of the system makes use of PID algorithm to adjust brightness of environment automatically. This design takes 89C51 SCM as controller, use photo conductive resistance to collect luminance
6、 of the environment. And the designer adopt pulse width modulation mode to adjust triode, which can help adjust brightness of LED to keep intensity of illumination of the environment at a set level.Keywords: LED, adaptive dimmer, AVR, PID 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目录 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-
7、专注-专业1 绪论 LED 光源是 21 世纪光源市场的希望，众多优点预告其未来将逐步取代传统光源，奥科委指出高亮度 LED 将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后，最伟大的发明之一，当前全球能源危机的时候，能源是一种宝贵的资源，所以节约能源是我们未来面临的问题。 LED 作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。1.1 LED 的国内外研究现状在照明领域的技术革新中，LED 的应用毫无疑问是最令人振奋的，它改变了整个照明市场的结构。LED 的发光强度很高，但它发出的热量很少。白炽灯会浪费大量的热能，霓虹灯容易破损，荧光灯会产生有毒气体 1。LED 已被全球看成一种新型的高科技环
8、保的节能光源。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2。目前，照明 LED 的应用每年发展的速度超过 20%，世界上的许多发达国家都开始大量应用 LED 照明。现在，一般的 LED 的发光效率超过 500m/W，专家预计，2012 年可能超过 1000m/W。功率型 LED 优异的散热特性与光学特性更能适应普通照明领域。为替代荧光灯，白光 LED 必须具有 150200lm/W 的光效，而且每流明的价格应该控制在 0.0
9、15 美元以下 3。想要做到这个标准，仍有很多技术要突破。根据理论上的说法，LED 的发光效率可以非常接近 100%。所以LED 被看成 21 世纪的新型光源，很有希望在白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。为了提高白光 LED 的发光效率，世界上许多国家的科研人员正从改进工艺和开发新材料入手，以改进产品结构。美国波士顿的 Photonics Research 研究中心报道了 LED 技术方面的新进展，声称光效达到 330lm/W。这种被称作 photon-rectcling 的半导体光源可发出蓝、黄两种波长的光4。所发出的光能使人感到的是白光。这种光效，与目前市场上的 LED 比
10、要高 10 倍甚至更高。不过，应该指出，从实验室到商业化的产品这条路也许还十分漫长。奥地利的照明设计公司做了一个大型的实验，用了 14000 只白光和彩色精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业LED 的混合照明整个房间。光照水平可以达到 600-700Lux，足够一间普通办公室的照明。用计算机计算白光，蓝光，蓝/绿光，琥珀和红光二极管的混合效果，可以得到 2500-3000K 的暖色温，其显色指数非常好5。由于 LED 产业不断涌现新技术、新产品、新应用，呈现出了朝阳工业的欣欣向荣的景象，可以相信，半导体技术不仅不会被其他技术取代，而且会继续沿着原来的轨道向前发展。半导体照明技术由于技术的
11、先进性和产品使用的广泛性，已经被广泛认为是最具发展潜力的高科技领域之一6。半导体照明产业具有明显的节能和环保效果，也被认为是一个战略性的高技术产业。1.2 课题的意义LED 是一种新型半导体固态光源。它是一种不需要钨丝和灯管的颗粒状发光原件7。LED 光源凭借环保、节能、寿命长、安全等众多优点在打造节能、环保型社会的大环境下当仁不让地成为照明行业的新宠，许多国家都开始推广LED 的应用。LED 的应用在照明领域是最令人振奋的，它将开创一个新的照明市场，很快会成为市场的主打产品。其实 LED 的技术不是刚出现的，在许多年前就已经出现，但是那个时候 LED 只是被用作仪器和设备的指示灯8。近些年随
12、着科技的突破，材料和芯片性能上都有新的改善和突破，使得 LED 的亮度和寿命都有了极大的改进，从而也推动了 LED 更为广泛的使用。普通白炽灯的寿命只有 1000 小时，而 LED 的寿命则高达 50000 小时，而且消耗的电量要少得多。根据美国 Sandia 国家实验室的研究，如果白光二极管系统能够普及，全世界照明用电的消耗将减少 509。影响白光二极管系统普及的主要障碍还是它的亮度和价格，目前白光二极管的亮度不足以照亮整个房屋，而且其价格大约是白炽灯泡的 10 倍。LED 照明技术的发展将带来更加明亮的光线和更少的能源消耗。随着经济发展，我国的照明用电还将有大幅度的提高，国家对绿色节能科技
13、的投入越来越大，LED照明是借助着这个大环境下才得以发展的。据中国绿色照明工程促进项目办公室专项调查，我国照明用电每年在3000亿度以上，用LED取代全部白炽灯和部分荧光灯10，可节省13的照明用电，相当于三峡工程全年的发电量。LED的优点还有很多，作为全固态发光体，LED更加的耐震耐冲击，发热量也更低，而且不易破碎、不含汞、钠等可能危害健康的元素11，更加安全，更加环保。LED的应用十分广泛，应用在路灯照片、汽车尾灯、景观灯、液晶显示屏、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业手机背光源等12。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2 系统设计原理2.1 总体设计方案本设计以 89C5
14、1 单片机为控制器，利用光敏电阻采集环境光照度，采用脉宽调制方式调节三极管，进而调节 LED 的发光亮度，最终维持环境光照度在一个设定的水平。包括手动控制模块、光采集模块、电源模块、LED 照明模块，总体框架图如下图 2-1 所示。手动控制模块89C51单片机LED照明光采集模块电源模块图 2-1 总体框架图自适应调光调光示意图如下图 2-2 所示。 L2这个 LED 用来自适应调光 L1这个 LED 模拟环境亮度 电位器可以改变环境亮度单片机图 2-2 调光示意图工作原理：通电的时候，单片机采集亮度，以当前亮度为基准。如果环境变暗，则调亮 L2 亮度，直到环境亮度达到基准；如果环境变亮，则调
15、暗 L2 亮精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业度，直到环境亮度达到基准。调节方法：L1 是手动调的，代表环境其他光线的亮度的变化，如果 L1 变暗，这时候 L2 就要变亮，保证环境总的亮度不变，反之，如果环境其他光线L2 变亮，这个时候 L2 就要暗下来了。L1 手动调，L2 会根据 L1 的亮度自动调节，这就是自适应调光。在一个环境比较暗的地方，调节 L1，让 L2 亮起来。然后在拿到一个比较亮的地方，L2 会变暗，甚至熄灭。2.2 系统驱动方式选择为发光二极管照明选择一个可行的供电方式，是半导体照明普及必须要解决的一个问题。如果选择用市电驱动发光二极管，则需要解决降压和整流问题，还
16、有较小的体积和较低的成本，有比较高的变换效率，特别要考虑到安全隔离问题；考虑到对电网的影响，还要解决好电磁干扰和功率因素等问题。对中小功率的发光二极管灯来说，其最理想的电路结构是隔离式单端反激变换器。对于大功率的应用而言，则应该使用桥式变换电路。现阶段，家庭用电均为 220V 的市电，为了能够更加方便的应用我这个课题，我选择了使用市电驱动。2.3 LED 驱动设计注意点电源有各种各样，但不管何种电源，都不能直接给 LED 供电。所以说要用LED 做照明光源就必须解决好电源变换这个问题。实际上 LED 是一个电流驱动的低电压单向导电的器件，LED 驱动器应具有小尺寸、高效率、直流控制、PWM 调光、过压保护、负载断开、以及简单易用等特点。为 LED 提供电的电源变换器设计的时候一定要注意以下的几个特点：（1）LED 是一种单向导电器件。根据这个特点，我们就可以考虑用直流电流或单向脉冲电流给 LED 提供电能。（2）发光二极管是具有 PN 结结构的半导体器件，有势垒电势，这会形成导通门限电压，只有加载到 LED 上的电压值超出了这个门限电压，LED 才会充分的导通。一般大功率的 LED 门
