楼宇绿色照明系统的研究—基于PIC单片机控制系统设计【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述 机械设计制造及其自动化 楼宇绿色照明系统的研究 基于 PIC 单片机控制系统设计 LED 在电子系统中使用已经有很多年了，主要用作电子设备的指示灯。最近在亮度和色彩深度方面取得的重大进步，意味著 LED 现在可以用于更广泛的应用，从手机和多媒体播放机中的趣味 照明 ，一直到取代商业和家庭照明应用中的传统 光 源。推动 LED 照明 市场发展的关键推动力是 高亮度 LED 和智能 LED 控制器 的出现。采用高亮度 LED 的 产品 设计 师面临著许多设计挑战，包括 散热 管理、 驱动 方案、拓扑架构和已有的基础设施。要替代现有的可调光 白炽灯 或卤素 灯光 源，必须实现这样的

2、一个电子灯驱动系统，它不仅可以与现有的调光开关一起工作，而且可复制现有光源的调光性能。 1、国内外研究现状 目前大部分楼宇（如学校、写字楼、工厂、商场）内的照明系统均存在着电能浪费现象。以学校为例，白天照度达标的时候很多教室内的灯全部打开；或者教室内只有几个人甚至没人时，灯仍全部或部分开启等等。这些现象造成了学校电力资源的巨大浪费。 同时，现在学校教室内照明普遍采用的是传统的荧光日光灯，而荧光日光灯在节能和环保方面均存在问题：附加 镇流器 功耗较大，开启时需要辅助高压；日光灯管内置的水银在废弃时无法处理，成为污染环境的公害。日光灯管的荧光粉在充入日光灯管过程中，含有较多量的汞 (水银 )，因此

3、日光灯管破裂后，跑出来的水银蒸气对人体的危害较大。权威资料显示：汞蒸气达 0.04 至 3 毫克时会使人在 2 至 3 月内慢性中毒，达 1.2至 8.5 毫克时会诱发急性汞中毒，如若其量达到 20毫克，会直接导致动物死亡。 近年来， LED 照明作为 21 世纪的新型光源发展迅速。它是光源历史上的一次创新和变革。它不但超强节能更为环保，是 国家绿色节能照明工程重点开发的产品之一，是目前取代传统日光灯的主要产品。 相对于传统的荧光日光灯， LED 日光灯主要优点如下： 1）节能省电： LED 日光灯节电高达 80以上，寿命为普通灯管的 10 倍以上，几乎是免维护，不存在要经常更换灯管、镇流器、

4、起辉器等问题。 2）环保舒适： LED 日光灯亮度光线柔和、光谱纯、无频闪、不容易视疲劳，有利于学生和员工视力的保护及身体健康，同时， 6000K 的冷光源给人视觉上清凉的感受，有助于集中精神，提高学习效率。 3）控制灵活： LED 是电流控制型光源，其产生的光通量近似正比于流经 该器件的电1 流。采用开关电源，可灵活调节 LED 的亮度。 2、存在的主要问题 目前标准工业和智能照明控制系统都是针对传统灯具进行的，而专门针对 LED 负载的市电智能控制系统仍然很罕见，如， Dynet 的调光执行器能对白炽灯、日光灯、汞灯的调光控制， DALI 数字化整流器接口主要针对荧光灯的控制。由于传统灯具

5、与 LED 灯的工作原理完全不一致，因此针对传统的智能照明控制系统需要一些额外的电路才能允许它们用于 LED 照明系统，这样将导致智能控制系统的成本迅速上升，严重阻碍了产品的市场推广。 3、研究趋势 在大多数用 LED 替代现 有光源的应用中，需要连接多个 LED 到驱动器上，因为单一的 LED 不能产生足够的光通量。 LED 可以采用串行或并行连接。如果 LED 采用串行连接，LED 链上的总电压等于正向电压的总和（所有 LED 上的电流相等）。 如果 LED 并行连接，电流将分配到各支路中。不过，由于一个 LED 的正向电压会随著温度上升而下降，因此这一配置本质上是不稳定的。随着温度的升高

6、，越来越多的电流将流到具有更低正向电压的支路上去，这些支路将变得更亮，而那些具有更高正向电压的支路将变得更暗。不过，采用并联配置（或串并联组合）的一个原因是，它允许大量 的 LED以一个安全的电源电压结合在一起，而如果要采用串行连接来达到相同的亮度，你可能需要一个高得令人无法接受的电压。 并行配置还提供了冗余优势。如果一个串行连接的 LED 链上一个 LED 或连接出现问题，那么将导致断路，整条链上的所有 LED 都将不发光。但如采用并联配置的话，这情况将不可能发生。采用并联配置时，建议每条支路都增加电流调节机制，以防止热失控和电流或光的不相等。总而言之，当输出和输入电压差最小时，电源转换器的

7、效率最高。当采用市电输入的 LED 驱动器时，允许产生更高的输出电压，从而允许串行连接更多的LED。 4、研究主要成果 考虑到 LED 的诸多优点，如护眼、省电、环保和长寿命，并随着技术的发展，大功率 LED 灯成本的不断下降，它的市场会有爆炸性的发展。到时，大功率 LED 照明将广泛应用于我们生活的各个场合中。根据飞利浦 (Philips)的预测， 2020 年 led 照明将占全体照明市场的 90%，传统普通照明只剩下 10%的市占率。 因此， 本课题主要目的是设计一套基于 PIC 单片机的 LED 调光控制系统，该系统设计以 PIC16F873A 单片机为核心控制器，通过光敏电阻对教室内

8、各点光线强弱进行采集，2 单片机对采集到的光强信号进行处理并输出一定占空比的 PWM，来调节教室各处 LED 日光灯的电流，使教室的照明稳定舒适，以利于节电和保护视力。同时，单片机通过 RS485接收 PC 机发送的每个教室的开 /熄灯命令，以实现教室的自动开 /熄灯管理。 若该系统经实验室开发成功后推广应用于写字楼、工厂、商场、学校、居家等室内照明 场所，从而改善提高人们工作、学习、生活的照明质量和舒适性，具有良好的 经济、社会和生态效益。 现以 5 号教学楼的一间教室用电为例，并对传统荧光灯和 LED 的用电进行比较。传统 T8 日光灯，标称 36W 的荧光日光灯，其附加镇流器耗电 8W，

9、工作时实际耗电 45W，照亮流明为 420lm。而同样规格的 LED日光灯，工作时实际耗电仅 16W，照亮流明为 550lm。取教室参数如下：数量取支传统 T8荧光灯（ 45W）和 LED 灯（ 16W）；结合假期综合考虑 ,每天按工作时间 7h计算，则一间教室一年的用电量是： 传统照明系统 ： 365 天 *7 小时 *0.045KW*16支 =1840 度 绿色智能照明系统 ： 365 天 *7 小时 *0.016KW*16 只 =654 度 节省用电 1840-654=1186 度，从数据上看出，该系统每年能节约电能高达 64%。按杭州当地电价 0.53 元 /度计，则一间教室全年累计节

10、约电费 628 元。学校号教学楼共有教室约 5*20=100 间 ，则仅号教学楼可节约用电 628*100 62800 元。 同时考虑到自熄灯控制以及智能调光技术的应用，实际节电效果应该更佳。 因采用 LED 照明技术再配以智能控制技术可以保证室内 光线柔和 、亮度适中 ， 光谱纯 、 无频闪 、 不容易视疲劳，有利于 学生和员工 视力 的 保护及身体健康，提高 学习和工作 效率。 同时，避免废弃 荧光日光灯 带来的 水银 污染问题，可以很好地保护环境。 参考文献 1 夏彬彬，任明全 .PIC单片机常用模块与综合系统设计实例精讲 M.北京 :电子工业出版社， 2009,3,10-155. 2

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