led路燈智能控制器的設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料題 目 名 稱： LED路燈智能控制器的設(shè)計 學(xué) 院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 最終評定成績： 2021屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料第一部分 畢業(yè)論文摘 要LED具有很大的優(yōu)勢，例如：壽命非常的長，使用環(huán)保又節(jié)省能源。我國的現(xiàn)狀是，人口密集，資源使用率低，人均能源不足，所以從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，我們國家必須發(fā)展LED路燈照明。一般意義上的電源開關(guān)電路在輸入交流電壓經(jīng)整流之后要經(jīng)過電解電容濾波，之后提供給有智能控制功能的單片機(jī)。而LED的亮度取決于通過本身的電流的大小，電流大小的控制又要通過控制P

2、WM波的占空比來實現(xiàn)。對于以上這些問題，本文設(shè)計了一款高效新型LED路燈智能控制器，滿足了客戶群體和國家技術(shù)指標(biāo)的需求。本文的主要設(shè)計要求如下：1.設(shè)計一種帶PFC功能的反激式LED路燈恒流驅(qū)動電路，取代由PFC升壓變換器和DC/DC變換器構(gòu)成的二級電路，這樣簡化了電路結(jié)構(gòu)、提高了LED的使用效率2.設(shè)計一個LED故障檢測電路，只要有城市路燈的一個LED燈壞掉，那時電路可以在一百五十毫秒內(nèi)檢測出這個故障，并且將電路的輸出電流降到LED路燈安全允許程度，以保證其它LED燈工作在安全電流范圍之內(nèi)，保證LED路燈正常運行。3.設(shè)計一個LED亮度檢測電路和溫度檢測電路，當(dāng)單片機(jī)溫度很高時可以將電流降到

3、安全允許范圍，同時可以同步檢測LED的周圍環(huán)境的亮度并且依據(jù)環(huán)境亮度智能調(diào)節(jié)LED路燈的發(fā)光亮度，這樣即可以節(jié)省了我國的能源，解決資源匱乏問題，又可以延長路燈的使用壽命，節(jié)省人力物力的費用。關(guān)鍵詞：LED路燈，溫度檢測，亮度檢測，開關(guān)控制，恒流控制IVABSTRACTLED has a great advantage .For example, long service life, more environmentally friendly and energy-saving. The current situation of our country, large population, sh

4、ortage of resources, energy waste is serious. So from the point of long-term development, our country need to development LED lighting The pulse high harmonic component, resulting in serious waste of power and power factor is low, but as a harmonic current source may interfere with the grid voltage,

5、 the propagation along the wire and into the surrounding radiation, electromagnetic interference. The brightness of the LED depends on the size of the current through itself. For these problems, this paper designed a high efficiency new type LED street lamp intelligent controller, can meet the desig

6、n requirements. In this paper, the main design requirement is as follows:For these problems, this paper designed a high efficiency new type LED street lamp intelligent controller, can meet the design requirements.In this paper, the main design requirement is as follows:1. The design of a flyback typ

7、e LED street lamp with PFC function constant current driver circuit, replace the boost PFC converter and DC/DC converter in the composition of the secondary circuit, which simplifies the circuit structure, improve the use efficiency of LED2. An LED fault detection circuit design, as long as there is

8、 any LED lights to fail, then the circuit can be detected in one hundred and fifty milliseconds and to allow output current levels, ensure the safety of other LED lights work in the current scope, ensure the normal operation of the LED street lamp, prolong its service life.3. Design an LED brightnes

9、s detection circuit and temperature detection circuit, when the temperature of the chip is very high to allow current range, at the same time can be a basis of synchronous detection LED brightness and brightness automatically adjust the output brightness of LED lights, which can save energy, and can

10、 extend the service life and save money.Keywords: LED street lamp, the temperature detection, brightness detection, switch control, constant current control 目 錄摘 要IABSTRACTII第1章LED路燈概述41.1 LED路燈的發(fā)展前景41.2 LED驅(qū)動電源特點及介紹41.3 單片機(jī)5第2章 LED驅(qū)動電源原理72.1 電源控制技術(shù)的發(fā)展方向72.2開關(guān)電源的分類72.3調(diào)制式（PWM）開關(guān)電源的原理82.4 PFC控制芯片L656

11、2102.5 反饋環(huán)路設(shè)計原理11第3章 硬件電路的設(shè)計133.1系統(tǒng)總方案的設(shè)計133.2 EMI抑制電路和浪涌保護(hù)的設(shè)計143.3 溫度檢測電路的設(shè)計153.4亮度檢測電路153.5萬年歷芯片和外圍電路163.6 LED故障檢測電路163.7 電流控制電路17第4章 軟件設(shè)計194.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計194.2 亮度檢測軟件設(shè)計204.3溫度控制軟件設(shè)計214.4故障檢測軟件設(shè)計22結(jié) 論25參考文獻(xiàn)26致 謝27第1章 LED路燈概述1.1 LED路燈的發(fā)展前景 LED是一個非常實用的新產(chǎn)品，現(xiàn)在是科學(xué)家聚焦的一個熱點。像LED路燈，LED驅(qū)動電源，LED照明家用產(chǎn)品等等都得到了非常快速的

12、發(fā)展。下面我們來說說LED路燈。如果要做LED路燈，那就要實事求是。LED光源不能匆匆應(yīng)用到路燈照明有幾個因素：第一個就是LED發(fā)展還不久發(fā)展還不是很成熟。第二就是LED的性能指標(biāo)還不能達(dá)到路燈照明的要求。第三個就是LED還沒有一個比較完善的智能控制電路，可靠性太低。第四個就是LED的成本還比較高，目前還不能大范圍的推廣。第五就是LED還沒有一個國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個公司的產(chǎn)品不能進(jìn)行相互之間的調(diào)換，維修比較困難，成本比較高。對于LED有三個實事求是的評價：第一個就是LED是一種很有前途的光源，第二就是LED在顯示照明方面已經(jīng)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性，而且還要在其他方面發(fā)出強(qiáng)勁的勢頭。第三就是對于大功率

13、LED燈的宣傳一定要謹(jǐn)慎，不能過于夸張，我們要把我們的能量集中在LED路燈系統(tǒng)的研發(fā)工作上面。LED路燈并不是一件很容易的事情。LED路燈有幾個關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，分別是效率、光型、光衰、壽命?，F(xiàn)在LED發(fā)展也不是一帆風(fēng)順，它也存在著許多的難點：第一個就是LED路燈的成本還比較高。第二就是一些部門的思維太過于固執(zhí)，還缺乏一些關(guān)于LED了燈的配套的措施與政策，大家對于LED的認(rèn)識有一個漸漸的過程，這其中包括一些科學(xué)家的認(rèn)識也是經(jīng)歷從無到有的過程。展望未來，我們對于LED路燈的發(fā)展前景還是挺有信心的。當(dāng)然這需要我們對于科研孜孜不倦的追求。1.2 LED驅(qū)動電源特點及介紹驅(qū)動電源是LED路燈中很重要的一

14、部分，它的發(fā)展歷程將是LED行業(yè)發(fā)展的一個重要里程碑。它的性能主要有以下幾個方面：第一， 高性能的驅(qū)動電源就會給整個LED帶來很高的效率，而效率的提高能夠節(jié)省我們國家的能源，這正是我們國家急需解決的問題。第二， 高性能的驅(qū)動電源對LED路燈發(fā)光環(huán)境有一定的幫助，給LED燈提供一個很好的熱環(huán)境，不僅能提高驅(qū)動電源的使用壽命，而且也能降低LED路燈的光衰，從而很大程度上提高LED路燈的壽命，以至于達(dá)到各方面性能的要求。第三， 因為驅(qū)動電源的性能比較好，靈敏度非常高，所以能夠改變LED燈的工作方式，使它滿足各種照明的需求，所以可以根據(jù)環(huán)境的不同、時間的不同，實時的改變驅(qū)動電源燈電流輸出。因為LED是

15、由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的，所以它的靈敏度非常的高，而且有負(fù)溫度特性，所以在使用的過程中需要穩(wěn)定LED的工作狀態(tài)和對其保護(hù)，因此產(chǎn)生了驅(qū)動這一概念。LED元件對驅(qū)動電源的技術(shù)要求非常的嚴(yán)格。LED路燈不想普通家用的白熾燈可以直接接到家用220V的電源上，LED是低電壓驅(qū)動的，必須要設(shè)計復(fù)雜的電壓變換器不同功能的：LED燈，我們需要配備不同電源適配器，就像 的充電器一樣，不同的 就需要不同的適配器。在國際的市場上對于LED的驅(qū)動電源的轉(zhuǎn)化效率，有效功率，電源的使用壽命，恒流的精度，電磁兼容性的要求也是非常高的。如果我們需要一款非常好的電源，那我們就必須考慮各個方面的因素。這時應(yīng)為電源在整個LED路燈智能

16、控制系統(tǒng)中相當(dāng)與人們的心臟。但是在如今市場非常發(fā)達(dá)的情況下，LED產(chǎn)品非常的多，質(zhì)量也沒有一個保證。因此目前我們主要面臨如下幾個挑戰(zhàn)：第一個就是驅(qū)動電源的使用壽命。傳統(tǒng)的恒壓電源會導(dǎo)致LED的光衰加大，壽命就會減小。LED燈和一般二級管有很大的不同就是它們的溫度特性不同。LED燈沒有采用硅材料，它們采用的是非常特殊的材料。大功率LED燈的工作電流非常大，并且LED燈的發(fā)光效率還比較低。因此的、一大部分的輸入電功率都是轉(zhuǎn)化為熱。所以LED燈的發(fā)熱很高，如果散熱器的達(dá)不到要求的話，結(jié)溫就會升的非常高。第二就是工作效率不高。當(dāng)要驅(qū)動LED時其他沒有輸出的功率都會以熱量的形式散發(fā)出去，這就造成了能量的

17、浪費，電源的轉(zhuǎn)換效率很低造成了LED路燈的節(jié)能效果達(dá)不到原來設(shè)計的要求。第三就是要在恒流電源的輸出中楊總增加LED溫度的負(fù)反饋，這樣可以防止LED燈的溫度過高，以保證LED路燈的正常運行。普通的LED路燈的抗涌能力較差尤其是抵抗反向電壓的能力。所以我們要加強(qiáng)這方面的保護(hù)是非常必要的。有一部分LED是家用的所以在家里面，不用考慮一些其它因素，但是有一些LED燈是在戶外，由于電網(wǎng)的開啟和關(guān)閉以及雷電的干擾，這會使電網(wǎng)侵入各種浪涌，這些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源需要有抑制浪涌的功能，以保護(hù)LED能夠正常運行。1.3 單片機(jī) 單片機(jī)是存儲器、處理器、定時/計數(shù)器，各種輸入輸出接口都集成

18、在一塊電路上的微型計算機(jī)。它與電腦中的微型處理器相比，它更加強(qiáng)調(diào)簡潔和節(jié)約成本。它有許多優(yōu)點，最為明顯的是它的體積很小，可以放到各種儀表的內(nèi)部當(dāng)中去，但是它也有其缺點，就是存儲量很小，輸出輸入接口很簡單，功能很低，因為它的快速發(fā)展，舊的單片機(jī)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在各行各業(yè)的要求，所以在很多的場合被稱為微控制器；從上世紀(jì)80年代起，由當(dāng)時的位數(shù)很低的單片機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的32位的單片機(jī)。這款單片機(jī)也是以51系列為內(nèi)核的單片機(jī)，它是低功耗、高速、抗干擾的51系列的新一代單片機(jī)，他的指令也完全兼容51的指令，可是它的速度卻比51快8到12倍，他的內(nèi)部有4路PWM，對于開關(guān)的控制，具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。這款芯片區(qū)別于

19、其他單片機(jī)的一個重要的特點就是，該單片機(jī)帶有AD轉(zhuǎn)換口，有8路10位高速AD轉(zhuǎn)換器，速度可以達(dá)到100KHz，這些接口可以用作頻譜檢測溫度檢測，亮度檢測，電壓檢測。STC具有如下主要性能：低功耗：它有掉電模式和空閑模式，這可以大大節(jié)省能耗。高速運作：速度是51單片機(jī)的8到12倍。工作頻率范圍：0-40MHz,實際工作頻率可達(dá)48MHz。時鐘：內(nèi)部RC振蕩器和外部晶振可選。工作溫度的范圍：0-70度/-40度+85度。I/O口結(jié)構(gòu)：該單片機(jī)將I/O口配置成四種類型，分別為輸出、準(zhǔn)雙向口、輸出或輸入功能。定時器：該單片機(jī)共有4個16位的定時器。 下圖1.1是STC12C5410AD芯片。 圖1.1

20、 STC12C5410AD第2章 LED驅(qū)動電源原理2.1 電源控制技術(shù)的發(fā)展方向 在過去的老時代現(xiàn)行電源還占據(jù)這半壁江山。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代開關(guān)電源慢慢的發(fā)展起來。線性電源先經(jīng)過變壓器進(jìn)行變壓，之后經(jīng)過整流濾波電路得到直流電壓，還必須經(jīng)過電壓的反饋調(diào)整輸出電壓。從性能上來看，這種電源技術(shù)很有很久的歷史，所以很成熟。它可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波文也很小，并且沒有開關(guān)電源那樣的噪音與干擾。線性電源是將輸出電壓去取出之后與參考電壓一起送到電壓放大器。這個電壓放大器的輸出是電壓調(diào)整管的輸入，用來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源是一個高頻化的電能轉(zhuǎn)化器件。它是用的現(xiàn)代電力電子技術(shù)去控制開關(guān)的開通可關(guān)閉的時間比例

21、，保持穩(wěn)定電壓輸出的一種電源。開關(guān)電源與線性電源相比，兩個的成本隨著輸出功率的增加而增大，可是兩者的增長速率不同。開關(guān)電源現(xiàn)在廣泛應(yīng)用與科研設(shè)備、自動化控制、LED照明燈領(lǐng)域。開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展方向為：第一就是小型、輕量化。因為電源小型、輕量化的關(guān)鍵就是高頻化，所以目前大家都在致力于開發(fā)新型元件，改善二次整流管的損耗，以至于保證它的小型輕量化第二就是高性能。電源的高頻化可能會使硬開關(guān)功耗擴(kuò)大，效率變小，達(dá)不到于其的效益，所以要實現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)將會成為為未來的主攻方向。并且軟開關(guān)技術(shù)的效率能夠達(dá)到85%。第三就是模塊化。模塊化可以提高性能的可靠性，可以做成插入式，從而在出現(xiàn)故障時能夠快速更換模塊，

22、提高了效率。第四就是低噪聲。開關(guān)電源有一個缺點就是噪聲很大，如果采用諧振變換技術(shù)，可以使高頻化，還可以降低噪聲。但是這個技術(shù)存在一定的難度。第五就是抗電磁干擾。當(dāng)工作在高頻時，噪聲通過電源線將會產(chǎn)生干擾第六就是電源的控制和管理。用微處理器進(jìn)行集中管理和控制，能夠反映電源環(huán)境的變化，處理器單元實現(xiàn)智能控制，可以實現(xiàn)溫度檢測、亮度檢測、故障檢測。2.2開關(guān)電源的分類 開關(guān)電源可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分為兩種類型：第一種是隔離型，第二種是非隔離型。非隔離型又可以分為三種：電壓反轉(zhuǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。非隔離型電源輸入與輸出共地，在LED驅(qū)動交流直流變換電路中，會輸出帶電，這可能不安全，所以

23、一般不會采用。隔離型也可以分為兩種：反激式和正激式。在小功率的驅(qū)動中我們常用反激式，反激式電路結(jié)構(gòu)很簡單，而且成本也很低，它在一方面作為儲能元件貯藏能量，在另一方面有實現(xiàn)了輸出與輸入兩者之間的隔離，它的峰值電流比正激式高出許多，只應(yīng)用在功率很小的場合。調(diào)頻式和調(diào)寬式是開關(guān)電源的控制方式，在應(yīng)用中，大多數(shù)是調(diào)寬式。2.3調(diào)制式（PWM）開關(guān)電源的原理 通過開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)脈沖的占空比，只要輸入電壓變成方波，它的幅值就能通過變壓器來降低或升高。通過增多變壓器的繞組數(shù)就可以 增加輸出的電壓，這些交流電壓經(jīng)過整流電路整流濾波之后我們就可以得到直流電壓，下圖2.1為開關(guān)電源的模塊組成。 圖2.1

24、開關(guān)電源的模塊組成首先交流電源輸入經(jīng)過濾波整流之后變成直流電源。再通過高頻信號去控制開關(guān)管，把那個直流電源加到開關(guān)變壓器的開關(guān)上。之后開關(guān)變壓器通過次級感應(yīng)出高頻電壓，高頻電壓經(jīng)過濾波整流之后變成直流電壓提供給負(fù)載。最后輸出的部分通過電路反饋傳給控制電路，以此控制PWM的占空比，而控制PWM的占空比采用的是脈寬調(diào)制原理，它是通過改變脈沖序列的周期來調(diào)節(jié)它的頻率的，改變脈沖的寬度或者占空比可以調(diào)節(jié)電壓的大小，采用比較適當(dāng)?shù)目刂品椒ň涂梢允诡l率宇電壓協(xié)調(diào)的變化。通過調(diào)整PWM的占空比、PWM的周期從而達(dá)到控制電流大小的目的，電流大小得以控制則就控制了LED路燈的亮度。圖2.2是單管反激式變換器，圖

25、2.3單管反激式變換器是初次級電流波形。 圖2.2 單管反擊式變換器 圖2.3. 單管反激式變換器初次級電流波形當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器初級電流會升高，輸入的能量會藏在變壓器的磁芯里面。這個時候的變壓器的次級電壓為上負(fù)下正 ，二極管會反偏 ；次級沒有電流輸出。原邊電流： （2.1）如果原邊的電流初始值為零，電路會工作在斷續(xù)的模式，如果不是零，就是工作在連續(xù)模式。在連續(xù)模式與斷續(xù)模式分界時候的模式，即當(dāng)電流輸出為零，開關(guān)管就又會導(dǎo)通，中間沒有延時情況，這就是過度模式。當(dāng)開關(guān)管斷開的時候，原邊電流就會變成零，但是因為能量要守恒，所以初級線圈中的能量轉(zhuǎn)移到次級線圈上,次級電流為： （2.2）當(dāng)電流連續(xù)

26、的時候，次級電流的變化量是初級電流變化量的倍，所以輸出的電壓為： （2.3）當(dāng)輸入發(fā)生變化時或者負(fù)載發(fā)生變化，可以通過調(diào)整的比值可以達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的目的。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通后，那么整流管就會反偏不通，輸出電容會以輸出電流放電，所以電壓為： （2.4）2.4 PFC控制芯片L6562 L6562芯片是電流式的PFC控制器，它采用的是PWM控制技術(shù)，就是導(dǎo)通時間相對固定而已，可以通過改變頻率實現(xiàn)對PWM的控制。這種控制方式的電路比較簡單，外圍的元件數(shù)量少，大大 降低了成本。但是因為它的電流峰值高，所以它只是應(yīng)用在小功率場合。它的主要特點：過壓保護(hù)功能，能處理啟動和負(fù)載斷開時產(chǎn)生的過電壓。內(nèi)部有低通濾波

27、器，可以減少PCB面積和元件的數(shù)量。電壓范圍比較寬，具有安全電壓范圍。含有低啟動電流，而且含有截止功能。通過誤差放大器，可以控制DC電壓保持高度穩(wěn)定。L6562的THD最優(yōu)化電路由于THD的惡化，所以在L6562內(nèi)部乘法器單元中，嵌入了THD最優(yōu)化電路。這個電路能夠處理線路電壓的能量，從而導(dǎo)致高頻濾波器電容能夠充分放電，減少失真，降低THD。下圖是L6562的引腳圖。 圖2.4 L6562的引腳圖L6562的引腳功能如下：COMP：這個引腳是芯片內(nèi)部的乘法器和電壓誤差放大器輸出端的一個輸入 端，反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)接在引腳INV和這個引腳之間。INV：這個引腳是輸出電壓過壓保護(hù)輸入端和電壓誤差放大器的

28、反向輸入端。MULT：這個引腳是芯片的內(nèi)部乘法器的另一輸入端口。CS：這個引腳是芯片內(nèi)部的PWM比較器的反相輸入端口，可以通過電阻來 測試MOS管的電流。ZCD：這個引腳是電感電流過零檢測端口，可以用一個限流電阻接在電感的二次繞組。電阻的選取應(yīng)該保證電流不會超過3mA。GND：這是芯片的接地引腳，芯片內(nèi)部的所有信號都是以這個引腳為參考。GD：是MOS管的驅(qū)動信引腳，為了避免驅(qū)動信號的震蕩，因此在MOS管極和GD引腳之間接一個電阻，而電阻的大小有實際工作的電路去決定。VCC：這是電源引腳。2.5 反饋環(huán)路設(shè)計原理 負(fù)反饋是開關(guān)電源和線性電源的核心部分，它可以使電源輸出保持一定。為了實現(xiàn)負(fù)反饋環(huán)路

29、設(shè)計，我們采用誤差放大器減少理想電壓與輸出信號的誤差。理論上來看，我們用反相放大器就行了，但是在我們實際應(yīng)用的過程中，負(fù)載會發(fā)生變化 ，電壓也會浮動，這些就要求放大器對這些情況能夠快速響應(yīng)，但是因為電源功率部分的響應(yīng)是很慢的，這就把這個問題變的復(fù)雜了，因此反饋設(shè)計是一個難題。輸入是頻率為50HZ的交流電壓信號，經(jīng)過橋式整流電路之后，變成100HZ的正弦信號，因為功率因素和正弦信號成正比。當(dāng)功率因數(shù)升高時會導(dǎo)致較高的紋波。紋波是不可以消除的，所以要保證控制系統(tǒng)的閉環(huán)響應(yīng)的頻帶要小于100HZ，這樣不會引起自己震蕩，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。下圖2.5是L6562芯片單管反激式電路的等效控制環(huán)的方框圖。

30、 圖2.5 控制方框圖 第3章 硬件電路的設(shè)計3.1系統(tǒng)總方案的設(shè)計 為了滿足系統(tǒng)要求的各項技術(shù)指標(biāo)以及效率。如果采用兩PFC控制，這將很難達(dá)到技術(shù)要求。故我們采用一級PFC控制方案。這個技術(shù)的主要思路就是把直流和交流變換器和源PFC變換器合二為一，它們用同一個開關(guān)，并且用同一個控制電路，因為功率的實現(xiàn)是一次性變換，因此能夠得到比較高的可靠性和效率。如果與傳統(tǒng)的兩級直流交流變換器相比較的話，單級PFC變換器更有優(yōu)勢，因為它能夠承受很高的電壓應(yīng)力，同時輸出的波紋也比較大。但是我們的LED路燈多紋波的要求并不算高，如果把開關(guān)電源的電容容量設(shè)計的比濾波電容的容量小一點，這就可以減小電壓紋波的輸出。下

31、圖3.1.是系統(tǒng)框圖。 圖3.1 系統(tǒng)框圖該控制系統(tǒng)主要有兩個部分組成。第一個是STC單片機(jī)的微處理器電路，它配備有一個溫度傳感器用于對溫度的檢測，一個光傳感器用于檢測光的亮度，一個故障檢測電路用于對LED燈的故障檢測，一個實時時鐘電路用于對時間的檢測。第二個是PFC單管反激開關(guān)電路用于將交流電壓轉(zhuǎn)化成24V的直流電壓，以致驅(qū)動LED燈。所以可以根據(jù)這些傳感器，可以智能控制LED路燈的亮度和開關(guān)，實現(xiàn)設(shè)計要求，達(dá)到設(shè)計目的，使LED路燈智能化并且節(jié)省能源。3.2 EMI抑制電路和浪涌保護(hù)的設(shè)計 由于LED燈工作在惡劣的環(huán)境之中，有時候會遇到雷電天氣，而雷電易引起浪涌電壓，綜合各方面的考慮，我們

32、選擇壓敏電阻。因為壓敏電阻的響應(yīng)速度很快，他的吸收能力的大小，由它的自身的尺寸大小決定。電磁干擾有兩種模式，第一種是共模干擾，就是在地線與相線，地線與中線之間的干擾。第二種就是差模干擾，就是在電源的相線與中線之間的干擾。若果從傳播途徑上去分的話，電磁干擾又可分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾。輻射干擾的傳播途徑是空間傳播，傳導(dǎo)干擾的傳播途徑是導(dǎo)線傳播。在生活中我們抑制干擾的方法有濾波，屏蔽和接地。一方面要抑制系統(tǒng)本身對外界的干擾，另一方面要抑制外界對系統(tǒng)本身的干擾。屏蔽技術(shù)主要用于輻射干擾的抑制，對于整個LED路燈系統(tǒng)來說，因為它的工作頻率不高，所以輻射并不強(qiáng)烈，主要考慮傳導(dǎo)干擾的抑制。抑制傳導(dǎo)的方法有濾

33、波和接地技術(shù)。接地技術(shù)主要是在設(shè)計PCB電路時要注意，系統(tǒng)需要用單點接地。同時也要注意將小電流地線和大電流地線分開，將大電流的環(huán)路面積最小化，這樣干擾就變小了。濾波電路如圖3.2.所示。圖3.2 濾波電路電阻R2并聯(lián)在中線與火線上，當(dāng)電路中出現(xiàn)差模高壓時，它以極高的速度提供一條高電流道路，可以使電阻兩端的電壓快速下降，這可以使元件和設(shè)備免受大電壓的沖擊。壓敏電阻R4、R3分別并聯(lián)在地線與中線和地線與火線之間，這就為雷電帶來的共模電壓提供了一條通道。在中線與火線上串聯(lián)電感可以將由電網(wǎng)送過來的電流控制住，同時也抑制了瞬變電流傳回給電網(wǎng)。地線與火線及地線與中線之間的電容可以共模高壓提供一條通道，以此

34、來減少通道。3.3 溫度檢測電路的設(shè)計 如下圖3.3所示為溫度檢測電路，LED的溫度檢測電路由溫度傳感器，電容和電阻組成，而溫度傳感器的主要元件就是熱敏電阻，它是一種半導(dǎo)體感溫元件，具有許多的優(yōu)點，如體積小、壽命長，靈敏度高等。熱敏電阻的溫度曲線與電阻的大小成指數(shù)型，非線性比較高，所以在實際應(yīng)用中我們要進(jìn)行線性化處理，如果溫度升高或者降低，則電阻R49的值將會改變，然而它兩端的電壓也會改變。微處理器會根據(jù)原來設(shè)定好的溫度與電壓的曲線就能知道芯片的溫度的大小。由于兩端的電壓是微弱信號，故需要把信號放大，傳感器加運算放大器加處理器是典型的應(yīng)用電路，由于電路需要抗干擾能力強(qiáng)且輸入的主抗較小，我們可以

35、使用方向放大器。下圖3.3是溫度檢測電路。 圖3.3 溫度檢測電路3.4亮度檢測電路下圖3.4.是亮度檢測電路。光敏電阻一端接STC單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換輸入口，并且通過電阻和電容接地。在晚上，光敏電阻的數(shù)值大小很高，當(dāng)有光照到光敏電阻時，電阻的數(shù)值會快速降低。光照越大，阻值就會越低。對于不同型號的光敏電阻，它的靈敏度是不同的。這個電路可以講電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，經(jīng)過STC單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換口，微處理器會依據(jù)原先設(shè)定好的電壓曲線和亮度去判斷，能夠知道當(dāng)時周圍的亮度了。同樣由于信號過于微弱，需要一個運算放大器進(jìn)行放大。圖3.4 亮度檢測電路3.5萬年歷芯片和外圍電路如圖3.5所示，萬年歷電路由晶振

36、、萬年歷芯片、電阻、電容和電池組成。萬年歷芯片內(nèi)部有一個功耗很低的穩(wěn)壓電源，所以它能夠在非常惡劣的環(huán)境中以很低的功耗保證振蕩器的穩(wěn)定正常工作。當(dāng)它的工作電壓只有3.6V時，它的工作電流為400mA。所以我們用一顆鋰電池就能保證萬年歷工作很長的時間。在一般的工作條件下，萬年歷芯片由市電提供電源，如果在特殊環(huán)境下，如斷電，萬年歷芯片由電池提供電源。該芯片內(nèi)部還有一種特殊的功能，就是能夠進(jìn)行晶振停振檢測鎖存和可以檢測時鐘數(shù)據(jù)是否有效。萬年歷芯片通過單片機(jī)的三個串口與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該芯片內(nèi)部還有一個時間的調(diào)整電路，以保證時間的準(zhǔn)確。3.6 LED故障檢測電路LED故障檢測電路。每一路LED路燈

37、的最后一個燈的陽極是LED燈的一個故障檢測點。在這一個點上接一個限流電阻到微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入口，同時這個輸入口上也接一個下拉電阻到地線上。LED路燈的陽極電壓如果為3V左右則工作正常。經(jīng)過電阻的分壓之后輸入口的電壓為1.5V左右。如果最后一個燈燒掉的話，這一路的負(fù)載將會接地。這個時候模數(shù)轉(zhuǎn)換口的電壓就為4.5V了。輸入電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)化之后，從轉(zhuǎn)化的值就可以知道這些燈是否還在正常運行。微處理器根據(jù)是否正常運行就可以減少電流的輸出，以致保護(hù)其它的燈正常運行。如圖3.6所示。 圖3.5 萬年歷芯片和外圍電路 圖3.6 故障檢測電路3.7 電流控制電路STC5410AD單片機(jī)可以在不同的狀況

38、下輸出一個頻率為20KHz的脈沖信號，在進(jìn)過電阻、電容和低通濾波器之后轉(zhuǎn)化為直流電壓，之后經(jīng)過其他電阻分壓送到運算放大器的輸入端口。如果PWM信號的占空比是1的高電平時，那么運算放大器的輸入端口的電壓為0.2V，同時電流輸出約為2A。如果PWM波的占空比為0，那么放大器的輸入端的電壓就是0V，LED路燈熄滅。當(dāng)占空比為0到1之間時，此時的電流就在0到1A之間變化，這就實現(xiàn)了對電流的控制。這就是PWM波控制燈的亮度的原理。如下圖3.7是電流控制電路。 圖3.7 電流控制電路 第4章 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖。當(dāng)單片機(jī)復(fù)位和上點的時候，必須要先進(jìn)行初始化程序，然后在執(zhí)行系統(tǒng)

39、中的一些其他模塊。如果程序執(zhí)行完畢，之后又會進(jìn)行初始化程序。每次循環(huán)都必須將看門狗定時器進(jìn)行復(fù)位，因為只有這樣當(dāng)程序出現(xiàn)錯誤時，能夠進(jìn)行自動恢復(fù)，使系統(tǒng)還能夠進(jìn)行。主循環(huán)執(zhí)行一下需要10ms，并且每次都會從萬年歷芯片中將時間及時的讀回。亮度、溫度以及故障檢測都是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換口讀出的數(shù)值來完成的。為了減少錯誤，軟件是采用在10ms中的16次采集的數(shù)值然后取平均值最為最后的值，這樣就能減少錯誤。亮度的控制是通過控制PWM信號的占空比來完成的。如下圖4.1所示。 圖4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計單片機(jī)在復(fù)位和上點的時候，必須首先進(jìn)行初始化程序，之后進(jìn)入各個功能模塊程序。當(dāng)程序執(zhí)行到末端的時候，就會返回到初始化

40、程序的后面。每一次的循環(huán)都必須將看門狗定時器進(jìn)復(fù)位。這可以在程序出現(xiàn)錯誤的情況下能夠進(jìn)行自動復(fù)原，不會出現(xiàn)死機(jī)的情況。主循環(huán)執(zhí)行一次需要時間是10ms，每一次循環(huán)都會在時鐘芯片將最新的時間讀回。時鐘芯片都是由電網(wǎng)提供電，在特殊的情況下會由電池提供電，溫度檢測、亮度檢測以及故障檢測都是通過讀取AD采樣值完成的。亮度的控制是同過改變PWM波的占空比完成的。單片機(jī)根據(jù)情況輸出一個可分為256級的PWM波，之后經(jīng)過低通濾波變成直流信號來控制電流的大小。4.2 亮度檢測軟件設(shè)計 亮度檢測單元要進(jìn)行亮度的檢測，然后根據(jù)周圍環(huán)境的亮度去控制LED路燈的開關(guān)，這個過程需要單片機(jī)通過AD輸入口讀到亮度傳感器轉(zhuǎn)化

41、的數(shù)值。當(dāng)周圍環(huán)境是白天時，LED路燈應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)在早晨和黃昏時，也是關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)在黑夜時，LED路燈處于開啟狀態(tài)。下圖4.2是亮度智能控制軟件流程圖。 圖4.2 亮度智能控制流程圖部分程序如下：if（pr>180） LED1=0； LED2=0； LED3=0； else if （pr<180&&pr>90） LED1=0；LED2=0；LED3=0；else LED1=1；LED2=1；LED3=1；4.3溫度控制軟件設(shè)計 該軟件部分要實現(xiàn)對溫度的檢測，通過從AD輸入口讀到的數(shù)值去判斷溫度的大小。如果溫度大于90度，則燈光的亮度減半；如果溫度在80到

42、90度之間，則亮度減少1/3；如果溫度在70到80度之間；則燈光的亮度減少1/4。由于要通過溫度去控制亮度，而亮度的控制要通過電流的大小去控制，電流的大小的控制需要進(jìn)行控制PWM波的占空比，而這時需要PWM波輸出程序。下圖4.3是溫度控制軟件流程圖。 圖4.3 溫度控制流程圖部分程序如下：#include STOID.Hchar CLE; /*PWM周期長度*/int count = 0; /*記錄中斷次數(shù)*/char PWM; /*PWM高電平時間計數(shù)*/void delay（） char i， j;for（j = 100; j; j-）for（i = 255; i; i-）void mai

43、n ( ) Bit fl; /*狀態(tài)標(biāo)志 */TOMD =0x01； /*時間基準(zhǔn)為1ms*/TH0=(65536 100) / 256;TL0=(65536 100) %256；IE =0x82； /*開定時器0中斷0x82 = 10000010*/TR0 = 1;CLE = 10;Pwm_on=10;if （wendu >70&&wendu<80） /*如果溫度大于70小于80*/Pwm = Pwm3； / *亮度減為3/10*/else If (wendu >80&&wendu<90) /*如果溫度大于80小于90*/ Pwm =

44、Pwm1； / *亮度減為4/10*/else If (wendu >90) /*如果溫度大于90*/ Pwm = Pwm1； /*亮度減為1/2*/else Pwm =10； /*亮度不變*/4.4故障檢測軟件設(shè)計 該部分通過AD輸入口讀出的電壓的數(shù)值去判斷有沒有等燒壞。當(dāng)有故障時減少燈光的亮度。但是這部分沒有智能到可以檢測是哪一個燈壞掉了。這部分智能檢測到那一路燈有壞掉的情況，同時也不能同過數(shù)碼管顯示出來，因為該單片機(jī)的接口有限，這部分的功能主要是當(dāng)路燈有故障時，單片機(jī)通過控制電流控制器把電流降下來，以保證其他路燈電壓在安全的范圍內(nèi)。由于每一路路燈都需要一個單片機(jī)的接口，所以當(dāng)路燈的

45、路數(shù)有很多的情況下，我們就要進(jìn)行接口的擴(kuò)展了。同時我們的軟件的設(shè)計也會增加了不小的難度，需要進(jìn)行燈光亮度的多次判斷，對精度的要求也增加了不少。整的來說故障檢測軟件設(shè)計比較繁瑣。下圖4.4是故障檢測軟件流程圖。 圖4.4 故障檢測軟件流程圖部分程序如下：void main ( ) TOMD =0x01； /*時間基準(zhǔn)為1ms*/TH0=(65536 100) / 256;TL0=(65536 100) %256；int PWM=6;if (LED1=0|LED1=4.5) /*一路故障*/ PWM= PWM1； /*亮度減為5/6*/else if (LED2=0|LED2=4.5) /*二路故

46、障*/ PWM= PWM1； /*亮度減為4/6*/else if (LED3=0|LED3=4.5) /*三路故障*/ PWM= PWM1； /*亮度減為1/2*/else if (LED4=0|LED4=4.5) /*四路故障*/ PWM= PWM1； /*亮度減為1/3*/else if (LED5=0|LED5=4.5) /*五路故障*/ PWM= PWM1； /*亮度減為1/6*/else if (LED6=0|LED6=4.5) /*六路故障*/ PWM=0； /*熄滅*/else /*無故障*/PWM=6； /*不變*/14結(jié) 論LED是未來的發(fā)展方向，具有很大的優(yōu)勢和潛力。本文

47、的主要優(yōu)勢和設(shè)計有如下幾個：1.該LED路燈照明有一個故障檢測電路，當(dāng)有一個LED路燈壞掉的時候，電路可以在很短的時間內(nèi)檢測出故障并且將電流降到允許的范圍，這樣就保證了LED的使用壽命。2.設(shè)計了一個亮度檢測電路和一個溫度檢測電路。根據(jù)周圍環(huán)境的亮度自動開啟和關(guān)閉LED燈，這樣就節(jié)省了能源，延長了LED的使用壽命。當(dāng)芯片的溫度超過其安全范圍時可以將它的輸出電流降下來。3.該電路含有一個實時時鐘電路，它可以精確的知道時間，根據(jù)時間調(diào)節(jié)亮度的輸出。本設(shè)計還只是完成了LED路燈的智能控制，如果要進(jìn)一步實現(xiàn)智能化就需要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。這幾年來無線通訊技術(shù)得到快速發(fā)展，是智能照明系統(tǒng)的不二選著。無線智能系

48、統(tǒng)的控制器與照明燈之間只需要傳輸開關(guān)信號和調(diào)光信號等開關(guān)量，并且數(shù)據(jù)發(fā)送的頻率不高。隨著計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、和通信技術(shù)的發(fā)展和人們的物質(zhì)越來越豐富，國家的財力越來越大,智能照明系統(tǒng)已成為一個研究的熱點。雖然ZigBee技術(shù)的無線智能照明系統(tǒng)主要是那些財力比較豐厚人，和一些大型的機(jī)構(gòu)。但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，民用市場將會越來越大。該技術(shù)在提高照明系統(tǒng)的智能化、信息化程度的同時,對全世界能源危機(jī)起到了一個很大的幫助 ,這完全符合國家節(jié)減排能的發(fā)展戰(zhàn)略, 我們相信一個LED智能照明的新時代很快來臨。參考文獻(xiàn)1 黃冬來,馮海清,石強(qiáng).城市路燈照明節(jié)能措施的研究與探討J. 中國西 部科技. 2021(

49、26)2 毛興武. LED的發(fā)展與應(yīng)用J. 電子元器件應(yīng)用. 2021 (10)3 施曉紅,陳超中,李為軍,王曄. 聚焦LED燈具和LED光源的基本概念J. 中國照明電器. 2021(10)4 廖曉娟. 淺析城市道路的照明J. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2021(08)5 溫源LED智能控制大規(guī)模市場應(yīng)用發(fā)展趨勢J十城萬盞參議，2021：26-29.6 鞠劍平等單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程M湖北：華中科技大學(xué)出版社，2021.7 周航慈單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)M北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021.8 郭繼強(qiáng)一種高效智能型LED路燈驅(qū)動電源的研究與設(shè)計D上海：復(fù)旦大學(xué)，2021.9 李環(huán)平LED驅(qū)動電源的研究

50、與設(shè)計D廣州：華南理工大學(xué)，2021.10 李思政LED驅(qū)動器的設(shè)計J科技資訊，2021（10）：15-16.11 陳浩大功率LED驅(qū)動及智能控制系統(tǒng)的設(shè)計D湖北：華中科技大學(xué) 12 居大鵬大功率LED驅(qū)動器的研究與設(shè)計J江蘇：蘇州大學(xué)，2021. 13 涂金龍.綠色照明與智能照明節(jié)能控制系統(tǒng)J.電氣時代，2021 ( 09 ) : 88-9014 周海.智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)研究D.武漢:武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院，15 雷玉堂. 光電檢測技術(shù)M. 北京：中國計量出版社，2021，(2)：18-24.16 張毅剛，彭喜元，彭宇. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京:高等教育出版社.致 謝這篇論文集聚了我的

51、全部心血。在這篇論文的最后我想要感謝那些幫助過我的人。首先我要感謝周文權(quán)老師，她在論文上給予了我很多的幫助，并且當(dāng)我在人生岔路上給我指明了一條道路，使我受益匪淺。周老師對論文的的嚴(yán)謹(jǐn)讓我深感欽佩，她的這種精神值得我去學(xué)習(xí)，讓我一生都受益。同時我也要感謝班上同學(xué)無私的幫助。正是應(yīng)為他們的幫助讓我去克服一道道難關(guān)，可以說沒有他們我根本做不出這個畢業(yè)設(shè)計。最后我也要感謝我的家人，是他們對我的教育和鼓勵才使我能走到今天。他們給予了我很大的支持和幫助。還有一些其他幫助過我的人，在這里我對他們說聲感謝，祝愿他們在今后的人生道路上生活美滿，事業(yè)成功。同時我也要感謝這次畢業(yè)設(shè)計的機(jī)會，這個機(jī)會讓我學(xué)會了如何思考，讓我知道了怎樣才能做出讓自己滿意的事情，讓我知道了怎樣才能讓別人刮目相看。 學(xué)生簽名：日 期：湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）過程管理資料2021屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）資料第二部分 過程管理資料過程管理資料目錄一、2021屆畢業(yè)設(shè)計