基于红外遥控的LED照明系统.doc

基于红外遥控的LED照明系统.doc

《基于红外遥控的LED照明系统.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于红外遥控的LED照明系统.doc（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

苏州大学本科生毕业设计（论文）

基于红外遥控的大功率LED照明系统设计

目录

摘要 1

Abstract 1

第一章引言 2

第二章设备选择 3

2.1照明现状分析 3

2.2LED照明优点 4

2.3LED照明驱动、调光问题及解决方案 4

2.3.1LED工作特性 4

2.3.2调光措施 5

第三章控制方式 6

3.1红外遥控技术 6

3.2 红外遥控优点 6

3.3系统方案描述 7

第四章硬件分析 8

4.1红外发射电路的设计 8

4.2接收电路的设计 10

4.3单片机主控电路的设计 11

4.4恒流驱动电路的设计 12

第五章电路与程序设计 15

5.1 电路设计 15

5.1.1红外发射电路 15

5.1.2接收电路 15

5.1.3单片机主控电路 16

5.1.4恒流驱动电路 16

5.2 程序设计 17

5.2.1系统主程序 17

5.2.2红外解码中断程序 18

5.2.3红外码值处理程序 19

5.2.4键值识别散转程序 20

第六章 结论 22

参考文献 23

致谢 24

25

摘要

LED（发光二极管）被认为是继白炽灯、荧光灯后的第三代照明光源，具有发光效率高、寿命长、无污染、体积小、光方向性强、绿色环保等特点，是未来最具有发展潜力的光源之一。

本文设计了一种以AT89S51单片机为核心的红外遥控大功率LED照明系统，其红外遥控系统由TC920发射器与HS0038红外接收器构成，采用PT4115芯片实现LED恒流驱动系统，PWM方式实现调光。

本文详细给出系统的硬件和各部分的电路设计。

实践证明，该大功率LED照明系统高效稳定，控制方便，在普通照明应用中具有较好的实用价值和经济适用性。

关键词：

红外遥控；大功率LED；单片机

Abstract

Lightemittingdiode（LED）wasconsideredas3-Genlightingsourcesinceincandescentandfluorescentlamp,whichhadmeritsofhighluminousefficiency,longlifetime,nopollutions,smallsize,strongdirectivityandenvironmentalfriend.LEDisthemostpromisingandperspectivelightsourceinthefuture.Ahigh-powerLEDlightingsystembasedonAT89S51singlechipcomputerispresented,TheinfraredremotecontrolsystemconsistsofatransmitterandHS0038TC920infraredreceiver,usingPT4115chipLEDconstantcurrentdrivesystem,PWMdimmingmode.Thispapergivesthesystem'shardwareandcircuitdesignofeachpart.PracticehasprovedthatthesystemishighlyefficientandstablepowerLEDlighting,easytocontrol,andhasgoodpracticalvalueandaffordabilityingenerallightingapplications.

Keywords:

infraredremotecontrol;high-powerLED;singlechipcomputer

第一章引言

随着科技的不断进步，能源消耗巨大，节约能源是我们未来面临的重要问题。

LED作为一种新型的绿色光源节能产品，广泛应用于各种显示、装饰背光源、普通照明和城市夜景等领域。

LED是英文LightEmittingDiode的缩写，中文就是发光二极管。

它实际上也是一种将电能转换成光能的一种电子元件，也具有一般半导体二极管的特性。

它发出的光波基本涵盖了全部的可见光。

LED是美国在1965年研究制造的，当时也只能发出红外光，不久后出了能发红光的LED，发光强度低，只能作为指示应用。

到了90年代的末期，LED才有了飞跃的发展，光波基本上覆盖了整个可见光。

特别是蓝光的出现，复合白光就诞生了，蓝光通过激发荧光粉发出白光。

进入21世纪后，白光LED更是日新月异，无论是材料技术、芯片尺寸、外观和发光强度、发光效率方面都得到了空前的发展。

各种色温、各种发光角度、高亮超白的以及暖色的LED相继应运而生，给LED广阔的市场带来了无限的商机。

在如今这个更加人性化的社会，不同时间、不同地点、不同人需要不一样的灯光，所以对于现在的照明设备，调光是必不可少的。

PWM调光以其精确控制LED的亮度的同时，也保证LED发光的色度这一优点，是现在人们大多数照明设备中的选择。

随着人们生活品质的提高，对控制开关的要求也越来越多。

遥控技术正在向许多领域渗透,红外线遥控就是其中的一种。

由于其结构简单制作容易在家用电器、工业生产、安全保卫以及人们的日常生活中得到了广泛的应用。

红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点。

本文利用红外遥控控制大功率LED，组成一种新型的照明系统。

这个系统解决了现在普通照明系统中开关位置固定、无法调光等许多问题，无论从经济性还是实用性出发，此系统都优越于现在的照明系统。

第二章设备选择

如今，我们生活中的主要照明设备有两大类：

白炽灯（卤钨灯）类和荧光灯类。

白炽灯类的电光源冷态电阻很小，约为正常工作时的1/10左右。

全压启动时的瞬时冲击电流为正常发光电流的10被左右，对于供电线路及配电设备的安全及寿命都有影响。

因此，白炽灯使用时间一长就会出现烧毁或变黑等问题，同时对供电线路的伤害也很大，已经不怎么适应现在的社会需求。

荧光灯类照明电光源是应用数量最多，范围也最广的高效节能光源。

按照荧光灯电路的原理，可以分为电感式和电子式两大类。

（1）电感式荧光灯

电感式荧光灯由于电感镇流器的作用，启动瞬间有一较强的激磁电流，但是时间很断，时间一般在数个工频周期内。

以常用的36W电感式荧光灯为例，瞬时的冲击电流约为正常工作时的1.5倍。

（2）电子式荧光灯

电子式荧光灯由于电子镇流器输入滤波电容的作用，在启动的瞬间又较强的电容充电流，时间一般在数十个工频周期内。

以常用的36W电子式荧光灯为例，电子镇流器的瞬时冲击电流约为正常工作时的10-20倍。

因此，不管是电感式还是电子式荧光灯都需要合适的软启动电压值，加上生产过程中加入的荧光粉等有毒物质、运输安装过程中的种种不便，荧光灯类照明电光源的诸多问题开始显露出来，一种新的照明设备LED照明开始逐渐步入人们的生活中。

2.1照明现状分析

当前，国民经济持续的高速发展与电力供应相对滞后的矛盾突出，导致几乎全国范围内的电力供应紧张。

许多地方不得不采取了拉电、限电的被动措施，对当地的经济持续发展、人们的日常生活和社会的稳定和谐都造成了一定的影响。

为了缓解供电的压力，提高照明的应用效果，各种照明节电设备应用的范围不断扩大，并取得了积极的效果，为降低日趋高涨的用电需求发挥了积极的作用。

目前，照明消耗约占整个电力消耗的20%，大大降低照明用电是节省能源的重要途径，为实现这一目标业界已研究开发出许多种节能照明器具，并达到了一定的成效。

但是，距离“绿色照明”的要求还远远不够，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。

LED以其固有的优越性正吸引着世界的目光。

LED发展历史已经几十年，但在照明领域的应用还是新技术，但随着LED技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高，LED的应用市场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，LED在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、荧光灯的最大潜力商品。

随着科技的不断发展，我国的用电比例将逐渐加大，与此同时，能源枯竭和节能环保的问题日益严重，这意味着我国的照明必将走绿色节能的发展道路。

2.2LED照明优点

LED从发明到现在，凭借其体积小、寿命长、环保节能等特点，在照明领域受到青睐。

随着LED技术的不断发展和完善，以及人们节能环保意识的逐渐增强，大功率LED必然日渐受欢迎，LED技术预计在未来可能会替代白炽灯、荧光灯的主导地位。

LED相对于白炽灯荧光灯等传统光源的优势不仅体现在发光质量方面，在其生产制造及易用性方面都大大得到改善相对于老一代发光设备，LED的特点主要体现在以下几个方面:

（1）LED为固体树脂结构，抗振动性好，在生产、运输、安装上方便快捷。

（2）LED光线集中度高，色彩纯度高，发光效率高于普通照明设备。

（3）LED属于固体冷光源，不纯在灯丝烧毁问题，寿命长达5万到10万h之间。

（4）LED在生产过程中不添加汞、荧光粉等化学物质，属于绿色环保照明光源。

（5）LED可利用红绿及蓝三基色原理，实现丰富多彩的动态变化效果。

2.3LED照明驱动、调光问题及解决方案

LED作为一种新兴光源，具有高节能、长寿命、利环保等其他光源无法比拟的性能。

因此，对LED的研究具有划时代的意义。

2.3.1LED工作特性

LED具有对电压敏感的特性，当LED两端电压超过其导通电压后。

可近似的认为其正向电压VF和正向电流IF成比例关系。

因此，电压的变化会引起电流的变化。

从LED伏安特性曲线图2.1可知，LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的较大波动，并且环境温度、LED老化等因素也将影响LED的电气特性，若LED电流失控，LED长期工作在大电流下将严重影响其可靠性和使用寿命。

而LED的光输出直接与LED电流有关，所以LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下宜采用恒流驱动方式。

图2.1LED伏安特性曲线

要进行恒流控制就要在斩波输出端串联一个小电阻，采样其对地电压，然后对其进行放大并反馈到恒压控制端，以进行恒流控制。

由于采样电阻串联在输出回路里，要降低落在电阻上的功耗，就要尽量减小电阻的阻值，通常选0.1电阻。

采用恒流驱动,必须每一路LED灯串有一个恒流源驱动。

当灯串中单颗LED发生短路故障时，由于输出电流不变,因此，并不影响其它LED的光效，采用恒流驱动能大大提高LED的使用寿命。

因此，本设计的大功率LED照明系统采用恒流驱动。

2.3.2调光措施

PWM调光措施相对于传统的线性调光，不影响LED的光效。

PWM调光的基本原理是保持LED正向导通电流恒定，而通过控制电流导通和关断的时间比例，即控制每个周期电流导通的时间。

PWM调光的优势是LED正向导通的电流一直是恒定的，LED的色度就不会像模拟调光一样会变化。

PWM调光可以在精确控制LED的亮度的同时，也保证LED发光的色度。

线性调光是通过改变流过LED的电流来调整光效的，流过LED的电流的变化必然会影响LED的色度。

因此，PWM调光相对传统的线性调光具有很大的进步，也符合本设计的要求。

第三章控制方式

如今，照明设备的控制方式有很多。

有最普通的墙壁固定开关、有楼梯口用的联动开关、有声控开关、有光控开关还有许多特殊地方的用的温控等开关。

但这些控制方式都有位置固定使用不方便，价格昂贵易损坏等问题。

红外