畢業(yè)設計--led路燈智能控制器的設計

1、<p>　　本科畢業(yè)設計（論文）資料</p><p><b>　　2014屆</b></p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）資料</p><p>　　第一部分 畢業(yè)論文</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　LED具有很大的優(yōu)勢，例如

2、：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，所以從長遠發(fā)展來看，我們國家必須發(fā)展LED路燈照明。</p><p>　　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。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PWM波的占空比來實現(xiàn)。對于以上這些問題，，本文設計了一款高效新型LED路燈智能控制

3、器，滿足了客戶群體和國家技術(shù)指標的需求。本文的主要設計要求如下：</p><p>　　1.設計一種帶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</p><p>　　2.設計一個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

4、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。</p><p>　　3.設計一個LED亮度檢測電路和溫度檢測電路，當單片機溫度很高時可以將電流降到安全允許范圍，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。</p><

5、p>　　關(guān)鍵詞：LED路燈，溫度檢測，亮度檢測，開關(guān)控制，恒流控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　LED has a great advantage .For example, long service life, more environmentally friendly and energy-saving. The

6、 current situation of our country, large population, shortage of resources, energy waste is serious. So from the point of long-term development, our country need to development LED lighting </p><p>　　The pul

7、se 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, the propagation along the wire and into the surrounding radia

8、tion, 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,

9、can meet the design requirements. In this paper, the </p><p>　　1. The design of a flyback type LED street lamp with PFC function constant current driver circuit, replace the boost PFC converter and DC/DC con

10、verter in the composition of the secondary circuit, which simplifies the circuit structure, improve the use efficiency of LED</p><p>　　2. An LED fault detection circuit design, as long as there is any LED li

11、ghts 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

12、 LED street lamp, prolong its service life.</p><p>　　3. Design an LED brightness detection circuit and temperature detection circuit, when the temperature of the chip is very high to allow current range, at

13、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 extend the service life and save money.</p&g

14、t;<p>　　Keywords: LED street lamp, the temperature detection, brightness detection, switch control, constant current control </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</

15、b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　第1章LED路燈概述4</p><p>　　1.1 LED路燈的發(fā)展前景4</p><p>　　1.2 LED驅(qū)動電源特點及介紹4</p><p><b>　　1.3 單片機5</b></p>&l

16、t;p>　　第2章 LED驅(qū)動電源原理7</p><p>　　2.1 電源控制技術(shù)的發(fā)展方向7</p><p>　　2.2開關(guān)電源的分類7</p><p>　　2.3調(diào)制式（PWM）開關(guān)電源的原理8</p><p>　　2.4 PFC控制芯片L656210</p><p>　　2.5 反饋環(huán)路設計原理

17、11</p><p>　　第3章 硬件電路的設計13</p><p>　　3.1系統(tǒng)總方案的設計13</p><p>　　3.2 EMI抑制電路和浪涌保護的設計14</p><p>　　3.3 溫度檢測電路的設計15</p><p>　　3.4亮度檢測電路15</p><p>　　3

18、.5萬年歷芯片和外圍電路16</p><p>　　3.6 LED故障檢測電路16</p><p>　　3.7 電流控制電路17</p><p>　　第4章 軟件設計19</p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件設計19</p><p>　　4.2 亮度檢測軟件設計20</p><p>

19、　　4.3溫度控制軟件設計21</p><p>　　4.4故障檢測軟件設計22</p><p><b>　　結(jié) 論25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p>

20、;<b>　　LED路燈概述</b></p><p>　　1.1 LED路燈的發(fā)展前景 </p><p>　　LED是一個非常實用的新產(chǎn)品，現(xiàn)在是科學家聚焦的一個熱點。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?？焖俚陌l(fā)展。下面我們來說說LED路燈。</p><p>　　如果要做LED路燈，那就要實事求是。LED光源不能匆匆

21、應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的性能指標還不能達到路燈照明的要求。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)一的標準，各個公司的產(chǎn)品不能進行相互之間的調(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

22、已經(jīng)顯現(xiàn)出它的優(yōu)越性，而且還要在其他方面發(fā)出強勁的勢頭。第三就是對于大功率LED燈的宣傳一定要謹慎，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。</p><p>　　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，分別是效率、光型、光衰、壽命?，F(xiàn)在LED發(fā)展也不是一帆風順，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

23、些關(guān)于LED了燈的配套的措施與政策，大家對于LED的認識有一個漸漸的過程，這其中包括一些科學家的認識也是經(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。當然這需要我們對于科研孜孜不倦的追求。</p><p>　　1.2 LED驅(qū)動電源特點及介紹</p><p>　　驅(qū)動電源是LED路燈中很重要的一部分，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

24、以下幾個方面：</p><p>　　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</p><p>　　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。</p><p>　　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</p><p>　　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LE

25、D路燈的光衰，從而很大程度上提高LED路燈的壽命，以至于達到各方面性能的要求。</p><p>　　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</p><p>　　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。</p><p>　　因為LED是由半導體元件構(gòu)成的，所以它的靈敏度非常的高，而且有

26、負溫度特性，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，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，必須要設計復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，就像手機的充電器一樣，不同的手機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

27、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。這時應為電源在整個LED路燈智能控制系統(tǒng)中相當與人們的心臟。但是在如今市場非常發(fā)達的情況下，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)：</p><p>　　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

28、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，如果散熱器的達不到要求的話，結(jié)溫就會升的非常高。</p><p>　　第二就是工作效率不高。當要驅(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)能效果達不到原來設計的要求。&

29、lt;/p><p>　　第三就是要在恒流電源的輸出中楊總增加LED溫度的負反饋，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。所以我們要加強這方面的保護是非常必要的。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，這些浪涌會導致LED的損壞。因此LED

30、驅(qū)動電源需要有抑制浪涌的功能，以保護LED能夠正常運行。</p><p><b>　　1.3 單片機 </b></p><p>　　單片機是存儲器、處理器、定時/計數(shù)器，各種輸入輸出接口都集成在一塊電路上的微型計算機。它與電腦中的微型處理器相比，它更加強調(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)部當中去，但是它也有其缺點，就是存儲量

31、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80年代起，由當時的位數(shù)很低的單片機發(fā)展到現(xiàn)在的32位的單片機。</p><p>　　這款單片機也是以51系列為內(nèi)核的單片機，它是低功耗、高速、抗干擾的51系列的新一代單片機，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

32、有很強的優(yōu)勢。這款芯片區(qū)別于其他單片機的一個重要的特點就是，該單片機帶有AD轉(zhuǎn)換口，有8路10位高速AD轉(zhuǎn)換器，速度可以達到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。</p><p>　　STC具有如下主要性能：</p><p>　　低功耗：它有掉電模式和空閑模式，這可以大大節(jié)省能耗。</p><p>　　高速運作：速度是51單片機的8到1

33、2倍。</p><p>　　工作頻率范圍：0-40MHz,實際工作頻率可達48MHz。</p><p>　　時鐘：內(nèi)部RC振蕩器和外部晶振可選。</p><p>　　工作溫度的范圍：0-70度/-40度—+85度。</p><p>　　I/O口結(jié)構(gòu)：該單片機將I/O口配置成四種類型，分別為輸出、準雙向口、輸出或輸入功能。</p>

34、<p>　　定時器：該單片機共有4個16位的定時器。</p><p>　　下圖1.1是STC12C5410AD芯片。</p><p>　　圖1.1 STC12C5410AD</p><p>　　第2章 LED驅(qū)動電源原理</p><p>　　2.1 電源控制技術(shù)的發(fā)展方向 </p><p>　　在過去

35、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。</p><p>　　線性電源先經(jīng)過變壓器進行變壓，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

36、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，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)在廣泛應用與科研設備、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：</p><p>　　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

37、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</p><p>　　第二就是高性能。電源的高頻化可能會使硬開關(guān)功耗擴大，效率變小，達不到于其的效益，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)的效率能夠達到85%。</p><p>　　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，提高了效率。</p&

38、gt;<p>　　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。</p><p>　　第五就是抗電磁干擾。當工作在高頻時，噪聲通過電源線將會產(chǎn)生干擾</p><p>　　第六就是電源的控制和管理。用微處理器進行集中管理和控制，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

39、檢測、故障檢測。</p><p>　　2.2開關(guān)電源的分類 </p><p>　　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。</p><p>　　非隔離型又可以分為三種：電壓反轉(zhuǎn)拓撲結(jié)構(gòu)，升壓拓撲結(jié)構(gòu)和降壓拓撲結(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，所以一般不會采用。</p

40、><p>　　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，只應用在功率很小的場合。</p><p>　　調(diào)頻式和調(diào)寬式是開關(guān)電源的控制方式，在應用中，大多數(shù)是調(diào)寬式。</p><p>　　2.3調(diào)制式（

41、PWM）開關(guān)電源的原理 </p><p>　　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。</p><p>　　圖2.1 開關(guān)電源的模塊組成</p><p>　　首先交流電

42、源輸入經(jīng)過濾波整流之后變成直流電源。</p><p>　　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。</p><p>　　之后開關(guān)變壓器通過次級感應出高頻電壓，高頻電壓經(jīng)過濾波整流之后變成直流電壓提供給負載。</p><p>　　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

43、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?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2.3單管反激式變換器是初次級電流波形。</p><p>　　圖2.2 單管反擊式變換器</p><p>　　圖2.3.

44、 單管反激式變換器初次級電流波形</p><p>　　當開關(guān)管導通時，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下正 ，二極管會反偏 ；次級沒有電流輸出。</p><p><b>　　原邊電流：</b></p><p><b>　?。?.1）</b></p>&

45、lt;p>　　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，即當電流輸出為零，開關(guān)管就又會導通，中間沒有延時情況，這就是過度模式。</p><p>　　當開關(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：</p><p><b>　?。?.2）&

46、lt;/b></p><p>　　當電流連續(xù)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：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　當輸入發(fā)生變化時或者負載發(fā)生變化，可以通過調(diào)整的比值可以達到輸出電壓穩(wěn)定的目的。</p><p>　　當開關(guān)管導通后，那么整流管就會反偏不

47、通，輸出電容會以輸出電流放電，所以電壓為：</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　2.4 PFC控制芯片L6562 </p><p>　　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

48、降低了成本。但是因為它的電流峰值高，所以它只是應用在小功率場合。</p><p><b>　　它的主要特點：</b></p><p>　　過壓保護功能，能處理啟動和負載斷開時產(chǎn)生的過電壓。</p><p>　　內(nèi)部有低通濾波器，可以減少PCB面積和元件的數(shù)量。</p><p>　　電壓范圍比較寬，具有安全電壓范圍。<

49、;/p><p>　　含有低啟動電流，而且含有截止功能。</p><p>　　通過誤差放大器，可以控制DC電壓保持高度穩(wěn)定。</p><p>　　L6562的THD最優(yōu)化電路</p><p>　　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ＡＣ線路電壓的能量，從而導致高頻濾波器電容能夠充分放電，減少失

50、真，降低THD。下圖是L6562的引腳圖。</p><p>　　圖2.4 L6562的引腳圖</p><p>　　L6562的引腳功能如下：</p><p>　　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，反饋補償網(wǎng)絡接在引腳INV和這個引腳之間。</p><p>　　INV：這個引腳是輸出電壓過壓保

51、護輸入端和電壓誤差放大器的反向輸入端。</p><p>　　MULT：這個引腳是芯片的內(nèi)部乘法器的另一輸入端口。</p><p>　　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。</p><p>　　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。電阻的選取應該保證電流不會超過3mA。<

52、;/p><p>　　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。</p><p>　　VCC：這是電源引腳。</p><p>　　2.5 反饋環(huán)路設計原理</p><p>　　負反饋是開關(guān)電源

53、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)負反饋環(huán)路設計，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，但是在我們實際應用的過程中，負載會發(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，但是因為電源功率部分的響應是很慢的，這就把這個問題變的復雜了，因此反饋設計是一個難題。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

54、正弦信號成正比。當功率因數(shù)升高時會導致較高的紋波。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。</p><p>　　圖2.5 控制方框圖 </p><p>　　第3章 硬件電路的設計</p><p>　　

55、3.1系統(tǒng)總方案的設計 </p><p>　　為了滿足系統(tǒng)要求的各項技術(shù)指標以及效率。如果采用兩PFC控制，這將很難達到技術(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

56、電壓應力，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。下圖3.1.是系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)框圖</p><p>　　該控制系統(tǒng)主要有兩個部分組成。第一個是STC單片機的微處理器電路，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

57、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)設計要求，達到設計目的，使LED路燈智能化并且節(jié)省能源。</p><p>　　3.2 EMI抑制電路和浪涌保護的設計 </p><p>　　由于LED燈工作在惡劣的環(huán)境之中，有

58、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，我們選擇壓敏電阻。因為壓敏電阻的響應速度很快，他的吸收能力的大小，由它的自身的尺寸大小決定。</p><p>　　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干擾。輻射干擾的傳播途徑是空間傳播，傳導干擾的傳播途徑

59、是導線傳播。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，所以輻射并不強烈，主要考慮傳導干擾的抑制。抑制傳導的方法有濾波和接地技術(shù)。接地技術(shù)主要是在設計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

60、圖3.2.所示。</p><p>　　圖3.2 濾波電路</p><p>　　電阻R2并聯(lián)在中線與火線上，當電路中出現(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

61、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，以此來減少通道。</p><p>　　3.3 溫度檢測電路的設計 </p><p>　　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)

62、型，非線性比較高，所以在實際應用中我們要進行線性化處理，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用電路，由于電路需要抗干擾能力強且輸入的主抗較小，我們可以使用方向放大器。下圖3.3是溫度檢測電路。 </p><p>　　圖3.3 溫

63、度檢測電路</p><p><b>　　3.4亮度檢測電路</b></p><p>　　下圖3.4.是亮度檢測電路。光敏電阻一端接STC單片機的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，

64、經(jīng)過STC單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換口，微處理器會依據(jù)原先設定好的電壓曲線和亮度去判斷，能夠知道當時周圍的亮度了。同樣由于信號過于微弱，需要一個運算放大器進行放大。</p><p>　　圖3.4 亮度檢測電路</p><p>　　3.5萬年歷芯片和外圍電路</p><p>　　如圖3.5所示，萬年歷電路由晶振、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

65、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的三個串口與微處理器進行數(shù)據(jù)交換。該芯片內(nèi)部還有一個時

66、間的調(diào)整電路，以保證時間的準確。</p><p>　　3.6 LED故障檢測電路</p><p>　　LED故障檢測電路。每一路LED路燈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

67、話，這一路的負載將會接地。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，以致保護其它的燈正常運行。如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.5 萬年歷芯片和外圍電路</p><p>　　圖3.6 故障檢測電路</p><p>　　3.7 電流控制

68、電路</p><p>　　STC5410AD單片機可以在不同的狀況下輸出一個頻率為20KHz的脈沖信號，在進過電阻、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。當占空比為0到1之間時，此時的電流就在0

69、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。</p><p>　　圖3.7 電流控制電路</p><p><b>　　第4章 軟件設計</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)軟件設計 </p><p>　　系統(tǒng)軟件設計流程圖。當單片機復位和上點的時候，必須

70、要先進行初始化程序，然后在執(zhí)行系統(tǒng)中的一些其他模塊。如果程序執(zhí)行完畢，之后又會進行初始化程序。每次循環(huán)都必須將看門狗定時器進行復位，因為只有這樣當程序出現(xiàn)錯誤時，能夠進行自動恢復，使系統(tǒng)還能夠進行。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

71、通過控制PWM信號的占空比來完成的。如下圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　單片機在復位和上點的時候，必須首先進行初始化程序，之后進入各個功能模塊程序。當程序執(zhí)行到末端的時候，就會返回到初始化程序的后面。每一次的循環(huán)都必須將看門狗定時器進復位。這可以在程序出現(xiàn)錯誤的情況下能夠進行自動復原，不會出現(xiàn)死機的情況。</p><p&

72、gt;　　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。</p><p>　　4.2 亮度檢測軟件設計 </p>&

73、lt;p>　　亮度檢測單元要進行亮度的檢測，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通過AD輸入口讀到亮度傳感器轉(zhuǎn)化的數(shù)值。當周圍環(huán)境是白天時，LED路燈應處于關(guān)閉狀態(tài)，當在早晨和黃昏時，也是關(guān)閉狀態(tài)，當在黑夜時，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。</p><p>　　圖4.2 亮度智能控制流程圖</p><p><b>

74、　　部分程序如下：</b></p><p>　　if（pr>180）</p><p><b>　　{ LED1=0；</b></p><p><b>　　LED2=0；</b></p><p><b>　　LED3=0；</b></p><

75、p><b>　　}</b></p><p>　　else if （pr<180&&pr>90）</p><p><b>　　{LED1=0；</b></p><p><b>　　LED2=0；</b></p><p><b>　　LE

76、D3=0；</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{LED1=1；</b></p><p><b>　　LED2=1；</b></p><

77、p><b>　　LED3=1；</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.3溫度控制軟件設計 </p><p>　　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90度之間，則亮度減少1/3；如果溫度在7

78、0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。</p><p>　　圖4.3 溫度控制流程圖</p><p><b>　　部分程序如下：</b></p><p>　　#include

79、 《STOID.H》</p><p>　　char CLE; /*PWM周期長度*/</p><p>　　int count = 0; /*記錄中斷次數(shù)*/</p><p>　　char PWM; /*PWM高電平時間計數(shù)*/&l

80、t;/p><p>　　void delay（） </p><p><b>　　{</b></p><p>　　char i， j;</p><p>　　for（j = 100; j; j--）</p><p>　　for（i = 255; i; i--）</p><p>&l

81、t;b>　　}</b></p><p>　　void main ( )</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Bit fl; /*狀態(tài)標志 */</p><p>　　TOMD =0x01；

82、 /*時間基準為1ms*/</p><p>　　TH0=(65536 — 100) / 256;</p><p>　　TL0=(65536 — 100) %256；</p><p>　　IE =0x82； /*開定時器0中斷0x82 = 10000010*/</p><p><

83、b>　　TR0 = 1;</b></p><p><b>　　CLE = 10;</b></p><p>　　Pwm_on=10;</p><p>　　if （wendu >70&&wendu<80） /*如果溫度大于70小于80*/</p><p>　　P

84、wm = Pwm—3； / *亮度減為3/10*/</p><p>　　else If (wendu >80&&wendu<90) /*如果溫度大于80小于90*/ </p><p>　　Pwm = Pwm—1； / *亮度減為4/10*/</p><p>　　

85、else If (wendu >90) /*如果溫度大于90*/ </p><p>　　Pwm = Pwm—1； /*亮度減為1/2*/</p><p><b>　　else </b></p><p>　　Pwm =10；

86、 /*亮度不變*/</p><p>　　4.4故障檢測軟件設計 </p><p>　　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，因為該單片機的接口有限，這部分的功能主要是當路燈有故障時，單片機通過控制電流控制器把電流降下來，以保證其他路

87、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的接口，所以當路燈的路數(shù)有很多的情況下，我們就要進行接口的擴展了。同時我們的軟件的設計也會增加了不小的難度，需要進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計比較繁瑣。下圖4.4是故障檢測軟件流程圖。</p><p>　　圖4.4 故障檢測軟件流程圖</p><p><b>　　部分程序如下：<

88、;/b></p><p>　　void main ( )</p><p>　　{ TOMD =0x01； /*時間基準為1ms*/</p><p>　　TH0=(65536 — 100) / 256;</p><p>　　TL0=(65536 — 100) %256；</p>&

89、lt;p>　　int PWM=6;</p><p>　　if (LED1=0||LED1=4.5) /*一路故障*/</p><p>　　PWM= PWM—1； /*亮度減為5/6*/</p><p>　　else if (LED2=0||LED2=4.5) /*二路故障

90、*/</p><p>　　PWM= PWM—1； /*亮度減為4/6*/</p><p>　　else if (LED3=0||LED3=4.5) /*三路故障*/ </p><p>　　PWM= PWM—1； /*亮度減為1/2*/</p><p>　　

91、else if (LED4=0||LED4=4.5) /*四路故障*/</p><p>　　PWM= PWM—1； /*亮度減為1/3*/</p><p>　　else if (LED5=0||LED5=4.5) /*五路故障*/</p><p>　　PWM= PWM—1；

92、 /*亮度減為1/6*/</p><p>　　else if (LED6=0||LED6=4.5) /*六路故障*/</p><p>　　PWM=0； /*熄滅*/</p><p>　　else /*

93、無故障*/</p><p>　　PWM=6； } /*不變*/</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　LED是未來的發(fā)展方向，具有很大的優(yōu)勢和潛力。本文的主要優(yōu)勢和設計有如下幾個：</p><p>　　1.該LED路燈照明有一個故障檢測電路，當有一個LE

94、D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。</p><p>　　2.設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。</p><p>　　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)

95、時間調(diào)節(jié)亮度的輸出。</p><p>　　本設計還只是完成了LED路燈的智能控制，如果要進一步實現(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

96、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。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 黃冬來,馮海清

97、,石強.城市路燈照明節(jié)能措施的研究與探討[J]. 中國西 部科技. 2010(26)</p><p>　　[2] 毛興武. LED的發(fā)展與應用[J]. 電子元器件應用. 2005(10)</p><p>　　[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. 2010(10)</p><p&g

98、t;　　[4] 廖曉娟. 淺析城市道路的照明[J]. 科技創(chuàng)新與應用. 2013(08)</p><p>　　[5] 溫源．LED智能控制大規(guī)模市場應用發(fā)展趨勢[J]．十城萬盞參議，2012：26-29.</p><p>　　[6] 鞠劍平等．單片機應用技術(shù)教程[M]．湖北：華中科技大學出版社，2012.</p><p>　　[7] 周航慈．單片機應用程序

99、設計技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學出版社， 2011.</p><p>　　[8] 郭繼強．一種高效智能型LED路燈驅(qū)動電源的研究與設計[D]．上海：復旦大學，2011.</p><p>　　[9] 李環(huán)平．LED驅(qū)動電源的研究與設計[D]．廣州：華南理工大學，2010.</p><p>　　[10] 李思政．LED驅(qū)動器的設計[J]．科技資訊，2009（

100、10）：15-16.</p><p>　　[11] 陳浩．大功率LED驅(qū)動及智能控制系統(tǒng)的設計[D]．湖北：華中科技大學 </p><p>　　[12] 居大鵬．大功率LED驅(qū)動器的研究與設計[J]．江蘇：蘇州大學，2010. </p><p>　　[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，2007 (

101、09 )</p><p><b>　　: 88-90</b></p><p>　　[14] 周海.智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)研究[D].武漢:武漢理工大學自動化學院，</p><p>　　[15] 雷玉堂. 光電檢測技術(shù)[M]. 北京：中國計量出版社，2010，(2)：18-24.</p><p>　　[16] 張毅剛，

102、彭喜元，彭宇. 單片機原理及應用[M]. 北京:高等教育出版社.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這篇論文集聚了我的全部心血。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**老師，她在論文上給予了我很多的幫助，并且當我在人生岔路上給我指明了一條道路，使我受益匪淺。*老師對論文的嚴謹讓我深感欽佩，她的這種精神值得我去學習，讓

103、我一生都受益。</p><p>　　同時我也要感謝班上同學無私的幫助。正是應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)設計。</p><p>　　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)設計的機

104、會，這個機會讓我學會了如何思考，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。</p><p><b>　　學生簽名：</b></p><p><b>　　日 期：</b></p><p><b>　　2014屆</b></p><p>　　本

105、科畢業(yè)設計（論文）資料</p><p>　　第二部分 過程管理資料</p><p><b>　　過程管理資料目錄</b></p><p>　　一、2014屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書……………………………………（ 1）</p><p>　　二、湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告……………………………（ 3）<

106、;/p><p>　　三、本科畢業(yè)設計（論文）中期報告……………………………………………（10）</p><p>　　四、畢業(yè)設計（論文）指導教師評閱表…………………………………………（11）</p><p>　　五、畢業(yè)設計（論文）評閱教師評閱表…………………………………………（12）</p><p>　　六、畢業(yè)設計（論文）答辯及最終成績評定表

107、…………………………………（13） </p><p>　　2014屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書</p><p>　　學院(部)：電氣與信息工程學院 專業(yè)（方向）：測控技術(shù)與儀器 </p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p><b>　?。?014屆）<

108、;/b></p><p>　　2013年12月 23日</p><p>　　說明：開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報告應在導師指導下，由學生填寫，將作為畢業(yè)設計（論文）成績考查的重要依據(jù)，經(jīng)導師審查后簽署意見生效。</p><p>　　本科畢業(yè)設計（論文）中期報告</p><p>　　填表日期：