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1、 摘 要当今社会，节能环保已成为全人类的共识，因而节能环保的半导体照明和照明器件的智能化成为照明领域的发展趋势。多功能高亮度LED照明灯的设计和推广可以达到环保节能目的。多功能高亮度LED照明灯是由开关电源部分，控制部分和白光LED灯三部分构成。在开关电源和控制部分共同作用下使每个LED的工作电压为3.2V，工作电流为17.5mA，并且它不随LED的温度的变化而变化，从而达到稳压限流的效果。在高效率的开关电源的驱动下，LED灯的实际工作总功率为5.6W，但它的实际亮度已达到普通的40W白光灯的亮度。再利用SCT89C51单片机根据外部环境光线亮度自动调节灯光亮度，实现了照明器件的智能化，实验结
2、果表明，本系统设计的开关电源输出电压为20V，输出电流为2A，LED灯可由单片机根据外部环境光线亮度自动调节灯光亮度，较好地实现了照明灯具的有效节能和亮度控制智能化。关键词：半导体照明；白光LED；开关电源；高频变压器 ；STC89C51AbstractIn contemporary society, energy conservation and environmental protection has become the consensus of all mankind, so energy conservation and environmental protection of sem
3、iconductor lighting and lighting devices of intelligence become development trends in the field of lighting. High-Brightness LED lighting design and promotion can reach the purpose of energy conservation and environmental protection. High-Brightness LED lights consist of three parts, the switching p
4、ower supply, the control, and the White LED lights. Under the effect of switching power supply and control of the common LED, each of the operating voltage is to 3.2 V, operating current 17.5mA and it does not change with the changeable LED temperature, so as to meet current limit and the effect of
5、regulators. In the driving force of a highly efficient switching power supply, LED lights in the practical work for the total power of 5.6 W, but its actual brightness has reached 40 W of ordinary white light brightness. Re-used SCT89C51 SCM, in accordance with the external environment lighting brig
6、htness, automatically adjusts brightness light, and the lighting of intelligent devices, and then well positioned to enable lighting of the intelligence and energy conservation.Key words：semiconductor illumination ; white light-emitting diode; switching power supply; high frequency transformer；STC89
7、C51 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1课题背景11.2国内外半导体照明技术的研究现状及发展趋121.2.1我国半导体照明技术的研究现状及发展趋势21.2.2 美国半导体照明技术的现状及发展趋势21.2.3日本半导体照明技术的现状及发展趋势31.3 本章小结3第2章 白光LED42.1白光LED发光原理242.2白光LED的特性242.3白光LED工作点的选择62.4 本章小结7第3章 LED照明系统的设计83.1 硬件的设计83.1.1电路框图和工作原理83.1.2 LED灯的连接方式的选择83.1.3电源类型的选择103.1.4开关电源的设计113.1.5 环境检测
8、电路193.2软件设计203.3 本章小结21第4章 安装调试224.1开关电源的安装与调试224.2 LED灯具和控制部分的安装与调试234.3 本章小结23结 语24致 谢25参考文献26附录1：电路原理图27附录2：电路PCB图28附录3：部分控制程序2925第1章 绪 论1.1课题背景 半导体技术已经改变了世界，半导体照明技术孕育着一场新的产业革命，将再一次改变我们的世界。随着第三代半导体材料氮化镓的研究取得突破以及蓝、绿发光二极管的问世，在与人类生产生活息息相关的照明领域，将发生一场巨大的变革。白光LED作为半导体发光光源，在与普通白炽灯保持同样亮度下，其电能消耗仅相当于后者的20%
9、左右。使用寿命长达10万小时，是普通灯管的数十倍。它可靠性好，维护成本低。使用电压低，除了便携机器的液晶背光源，还可以用语野外照明，边远山区照明，矿工灯和水环境照明等。开关时间短，响应时间最低可达到1微秒，一般灯具为几个毫秒（现用的光源响应时间200毫秒）。环保，没有水银等有害废弃物，坚固不易破碎，减少废弃物对环境的污染。LED灯不含红外和紫外的成分，没有辐射污染，且直流驱动，没有频闪，是保护视力的环保光源。随着LED的广泛使用和性能的提升，半导体照明的发展作为光源材料制作的装饰灯、城市景观灯等产品不断推出，LED光源材料的照明灯具的市场正在形成并呈上升趋势，特别是在城市景观、危险区域、紧急应
10、急等方面的使用潜力更为巨大，一场新的照明革命即将到来已成为人们的共识，开发半导体照明应用产品和引导市场发展成为人们最关心的问题。业内普遍认为如同晶体管替代电子管一样，半导体灯代替白炽灯和荧光灯将是大势所趋。随着半导体照明光源在城市景观、商业大屏幕、交通信号灯、手机及PDA背光源等特殊照明领域的应用，以其饱满色光、无限混色、迅速切换、耐震、耐潮、冷温、超长寿、少维修优势，特别是LED的发光效率正在大幅度提高，LED半导体照明被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种具有长寿命、节能、绿色环保、色彩丰富、微型化等显著优点的新型固态冷光源和最具发展前景的高技术领域之一。它将以替代白炽灯、荧光灯和
11、高压气体放电灯等传统光源而成为全球最热门、最瞩目的新一代光源第四代电光源。LED节能照明灯的推广，一年能为我国节省能源总量是非常巨大的，2003年，中国发电量是1.91万亿千瓦时，其中照明用电所占比例约为12% ，即2292亿千瓦时，相当于三峡水电站总发电量的2.4倍，并按照每年5%的增长率计算，到2010年，照明用电达到3225亿千瓦时。由于同样亮度下，半导体灯用电量仅为白炽灯的1/10，因此只要有1/3 的白炽灯照明被半导体灯取代，就能够节约1/3的照明用电，这意味着每年为国家节省用电1000亿千瓦时，是三峡电站年总发电量847亿千瓦时的一倍还多，可见，半导体照明进入民用照明领域，可以为中
12、国节省一个三峡工程。专家认为：三峡工程的静态投资为1000亿元，动态投资则达到2000亿元，其建设周期为1720年，建成后每年发电量为856.2 亿千瓦时，若拿出三峡工程的5%，即50亿元100亿元来发展半导体照明，就能够再造一个三峡工程。专家预测，我国在2005年至2015年间，半导体照明可累计节能4000亿度，为用户节约2600亿元电费支出，创造1500亿元产值，解决100万人口就业。与LED照明优势相结合而设计的智能照明控制系统对我国发展环保的可持续发展的社会主义经济具有非常重大的现实意义.1.2国内外半导体照明技术的研究现状及发展趋1 1.2.1我国半导体照明技术的研究现状及发展趋势
13、我国是世界照明电器第一大生产国、第二大出口国，拥有巨大的照明工业和照明市场。中国LED产业起步于20世纪70年代。经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。中国LED产业在经历了买器件、买芯片、买外延片之路后，目前已经实现了自主生产外延片和芯片。近年来中国LED产品技术创新与应用开发能力逐渐提高，器件可靠性研究位置越来越突出，测试技术与标准也渐成热点，所有这一切均标志着中国LED产业已经进入了一个崭新的发展阶段。根据中国照明协会提供的数字，去年销售收入445亿元，出口创汇43亿美元。但是，照
14、明工业大而不强，主要做低端产品，利润率低，缺乏国际市场竞争力。据了解，美国现在每年照明用电6000亿度，约占用电总量的20。我国每年照明用电只有2000多亿度，占全国用电总量的1。面对半导体照明的历史机遇，2003年6月17日科技部联合信息产业部、中国科学院、建设部、轻工业联合会、教育部等部委以及北京、上海等十一个地方政府成立国家半导体照明工程协调领导小组，开始推进国家半导体照明工程，将投入100亿元，引导企业突破半导体照明的关键技术，形成中国的半导体照明产业。2004年6月成立国家半导体照明工程协调领导小组，正式启动国家半导体照明工程，半导体照明产业化技术开发作为国家“十五”科技攻关重大项目
15、已正式立项。在未来巨大市场潜力的推动下和政府的大力支持下，中国大陆LED芯片产量从2003年的115.6亿只，增长到2006年的309.3亿只，年复合增速达38.8，产值达到11.9亿元。2006年中国LED产业总产值达到105.5亿元，其中封装产业产值达87.5亿元。2003-2006年，中国大陆LED出口逐年上升，出口量和出口额的年复合增长率分别达41.4%和95.5%，2006年达337.4亿只、41.87亿美元。同时进口也逐年上升，进口量和进口额的年复合增长率分别达34.1%和29.0%，2006年达411.1亿只、30亿美元。LED的出口增长速度比进口增长速度快，到2007年5月份，中国大陆LED累计出口13.8亿美元，同比增长72.5%，而累计进口13.1亿美元，同比增长14.6%，出口额首次超出了进口额。1.2.2 美国半导体照明技术的现状及发展趋势 美国是半导体技术的强国，并首先发明了LED，但在后来的LED技术研发过程 中，特别是白光源研制技术反被日本、德国赶超。美国能源部、美国光电产业发展协会等几家单位发起下，美国Sandia国家实验室从2001年3月开始起草美国半导体照明技术发展蓝图（2002-2020）旨在为下一代照明规划提供技术论证。2001
