1、毕业设计（论文）开题报告题目基于AVR单片机的LED自适应调光系统设计专业电子信息工程1选题的背景、意义LED是一种新型半导体固态光源。它是一种不需要钨丝和灯管的颗粒状发光原件1。LED光源凭借环保、节能、寿命长、安全等众多优点在打造节能、环保型社会的大环境下当仁不让地成为照明行业的新宠。21世纪的照明领域中，LED的应用毫无疑问是最振奋人心的，它将改变整个照明市场的结构，很快就能得到广泛应用。LED的技术本身不是一个很新的东西，在很多年之前，就已开始使用LED来作仪器和设备的指示灯2。随着技术发展，芯片和材料在性能上都有新的改善和提高，使得LED的亮度和寿命都有了极大的改进，从而也推动了LE
2、D更为广泛的使用。普通白炽灯的寿命仅仅1000小时，而LED的寿命却高达50000小时，而且消耗的电量要少很多。根据美国SANDIA国家实验室的研究，如果白光二极管能够普及应用，全世界照明用电的消耗将减少503。影响白光二极管系统普及的最主要问题还是它的价格和亮度，现在单个白光二极管的亮度还不能够照亮整个房间，其价格却是白炽灯泡的10倍。随着科技的发展LED照明肯定会带来更加明亮的光线和更少的能源消耗。随着经济的持续发展，中国的照明用电也将持续提高，绿色节能照明越来越受到政府的重视，LED照明就是在这样的情形下发展起来的4。据中国绿色照明工程促进项目办公室专项调查，我国照明用电每年在3000亿
3、度以上，用LED取代全部白炽灯和部分荧光灯，可节省13的照明用电，相当于三峡工程全年的发电量。LED还有其他很多优点，比如LED作为全固态发光体，发热量低、耐震耐冲击、无热辐射、不易破碎、不含汞、钠等可能危害健康的元素5，废弃物可回收、无污染。LED已经进入很多应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等6，遍及国民经济各部门，广泛用作普通照明、车灯、景观灯、路灯照明、液晶板背光源、手机背光源、数码相机闪光灯等。2相关研究的最新成果及动态在20世纪70年代，LED最早应用在数字、指示灯和文字显示等。随着第三代半导体材料氮化镓GAY的突破，高亮度蓝光二极管的出现解决了发光二极管的
4、三原色缺色的问题，彻底解决了大屏幕全彩色显示问题，才有了红橙黄绿青蓝紫七种全彩，更重要的是因此创造了白光半导体灯。由于白光发光二极管的出现，LED开始逐渐进入人们的日常生活。LED从显示领域进入到照明领域最关键的是发光效率的大大提高，随着发光效率201M/W以上的白色LED白炽灯的发光效率一般是15M/W的出现7，白色LED灯开始成为新世纪的节能照明光源。许多研究表明在本世纪的前十年，LED产业仍然将会保持继续快速发展。所以，很多人认为白光LED是在未来成为代替传统照明器具的一大潜力商品。作为新型的发光器件，LED具有效率高、体积小、环保、寿命长、节能等优点，能量转化效率也非常高，从理论上来说
5、，发射相同光通量的耗电量大约是白炽灯的108，相比荧光灯来说，LED也可以达到50的节能效果9。在发达国家照明用电占发电总量的比例大约为19，在我国占10，并且我国以低效照明为主，是终端节电节能的主要对象之一。在早期，由于发光效率、光通量、光色和价格等方面的限制，LED主要应用在指示和显示领域，比如用作警告灯、指示灯以及显示牌等。但是随着LED光色的不断增多，尤其是随着白光LED技术的不断成熟，发光效率不断提高，价格也越来越低，大功率超高亮的LED开始在市场上销售10，其中功率在1W以上的白光LED的开发研究已成为现今的主攻方向。由于大功率白光LED的应用受到世界上很多国家的关注，因此大功率白
6、光LED的驱动电路设计也成为热点，大功率LED的驱动电路大多采用恒流驱动方式，LED恒流驱动电路有电荷泵、BOOST、BUCK等多种驱动方式11。电荷泵、BOOST、BUCK实质上都是电压输出型，通过电流反馈控制电路来实现输出恒定电流。电荷泵电路则是利用电容对电荷的累积效应储存电能，在时钟周期的一段时间内为电容充电，剩余的时间释放能量，根据电容的不同连接方法可以得到不同的输出电压。BOOST和BUCK电路都是开关电源方式，都是利用电感的储能作用储存电能，在时钟周期的一段时间内为电感充电，剩余时间释放能量得到输出电压，电路中电感、电容和续流二极管的结构不同，实现降压或升压功能，BOOST是升压电
7、路，BUCK是降压电路。美国NORTHERNILLINOISUNIVERSITY针对2串6并的LED灯组，在恒流驱动电路基础上并接了N型MOSFET功率器件实现PWM控制，调节范围为010012，当占空比低到1时输出电流仍能保持稳定13。传统的PWM调光方式是将负载与调光开关串联。开关关闭的时候，LED支路上有电流流过，LED灯发光；开关打开的时候，LED支路上没有电流流过。现今提出的PWM调光方式是将负载与调光开关并联，LED驱动电路则采用BUCK电路。当开关关闭时，LED支路被开关短路，LED灯不亮；当调光开关打开时，LED支路有电流流过。控制器可以根据采样电阻检测到的电流值改变调节开关的
8、占空比，因此调节占空比可以使得输出电流恒定14。在普通灯具照明系统的调光领域，已经出现了智能调光系统，比如基于LONWORKS的酒店智能调光控制系统15，以及国家大剧院的灯光控制系统等。近些年，LED的发光效率一直在逐步提高，商品化的器件都已经达到了白炽灯的水平。3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标本课题的主要研究内容是设计一种LED灯光自动调光系统，阐述一套LED智能调节亮度系统设计方案，可以根据环境的亮暗自动调节光的强弱。驱动LED有许多种方法，其中最简单的方法是将LED与限流电阻串联，再用电压源供电。采用这种驱动方式的优点是电路比较简单，但是也存在着不
9、少缺陷。首先是效率比较低，降压电阻会消耗比较多的电能，甚至有可能会超过LED所消耗的电能；其次是稳定电压能力很差，LED的VI曲线具有负温度的特性，随着结温的升高，流过LED的电流会逐渐变大。所以，如果驱动电流不能得到很好的控制，LED就很容易被烧毁，即使没有烧毁，使用寿命也会受到很大影响。因此，驱动大功率LED时，电流控制是至关重要的。除这些之外，LED光源的照度直接与电流有关，所以控制好LED的驱动电流，其照度也可以得到控制。应用LED阵列还有另外一个显著的优点。我们都知道LED可能会因某些故障发生断路或短路。当某个串联支路中的LED发生断路时，该串LED熄灭。但由于阵列由多个LED串组成
10、，其他LED串仍能工作，并分担熄灭的LED串中的电流，但是由于LED的支路较多，上升的电流不大，上升后的电流仍不会超出LED允许的工作范围。当某个串联支路中的LED发生短路的时候，该支路中其他的LED仍然可以正常工作。尽管通过LED的电流可能会上升，但是由于LED的数量比较多，上升的电流比较小，上升后的电流依旧不会超过LED允许的工作范围。所以很明显，LED阵列相对具有更好的稳定性和可靠性。而且，对于特定数目的LED阵列，当支路数目和支路中的LED数目相同，会更加有利于提高LED组件工作的可靠性和稳定性。LED阵列示意图如下所示系统的原理框图如下图所示。供电电源为铅酸蓄电池，使用LTC3783
11、作为控制器，负载为LED组成的阵列，实现PWM控制。本电路设计可以同时对LED进行数字调光和模拟调光。而且本系统对于功率从几瓦到几十瓦的LED阵列、端电压范围从6V到36V的蓄电池都可以正常工作，从而使得在对产品进行维护（需要更换LED或需要更换蓄电池时）只要满足上述要求，不需要更换电路模块，系统就能正常的工作。由于散热技术、发热量等方面的限制，使得单颗LED的功率不能做得像传统光源那么大，功率为1W的LED已经是大功率LED了。实际应用中，一般使用多颗小功率LED组成的阵列来满足较高的照度要求，以此来低成本。设计本课题的难点在于给LED阵列提供一个恒定的电流，设计时还要考虑到减小散热量，并在
12、LED出现短路时能够有足够的电流裕量。4研究工作详细工作进度和安排2010年11月23日2010年12月5日布置毕业设计任务，讲解毕业设计的BOOST变换器LED阵列控制器方法和步骤，查找、分析相关文献资料；2010年12月06日2011年1月10日初步拟定系统采取的研究方法、设计路线，完成文献综述、外文翻译的撰写；2011年1月11日2011年3月5日整理相关资料，确定系统完成的主要功能，绘制系统的流程图。完成开题报告；2011年3月5日2011年4月8日进行详细的系统分析，完成电路的设计，每周汇总情况、问题和进度一次，各人随时可通过电话、ICQ或EMAIL联系。开始撰写论文大纲及初稿；20
13、11年4月9日2011年5月3日系统开发、代码设计、系统调试、修改及优化阶段。2011年5月4日2011年5月26日完成毕业论文并提交；2011年5月27日2011年5月29日毕业论文答辩。5参考文献1杨清德LED照明工程与施工M北京金盾出版社，20092MMJORDANTHENEWFIELDOFAPPLYINGLEDJLIGHTLIGHTING,2003,42290829143殷尚彬高亮度发光二极管的应用前景J新电子,2004年第01期4刘立明发光二极管及半导体激光器特性参数测试研究D硕士学位论文,杭州浙江大学，20075朱虹LED照明驱动及自适应调光研究D上海上海大学硕士学位论文，2007
14、6周志敏，纪爱华太阳能LED路灯设计与应用M北京电子工业出版社，20097王正选超辐射发光二极管J光纤通讯技术,2003年第08期8阮世昌白光LED简介J电子世界,2003年第01期9TIMOTHYMSCHMIDLLEDFIXTUREFORFAMILYAPPLICATIONJSEMICONDUCTOROPTOELECTRONICS,2001,1255455810陈明祥大功率白光LED封装设计与研究进展J半导体光电,2006年第6期11MICHAELBAIRANZADEPOWERFORWHITELEDJELECTRONICPRODUCTS,200086386812夏志清LED半导体照明创新方案与制定相应标准的建议J现代显示,2007年第1期13王莹明星应用带动中国LED市场快速发展J电子产品世界,2006年第23期14吕正LED参数测量标准CIE和IEC的比较及其它,中国照明电器,2006年04期15夏志清LED半导体照明创新方案与制定相应标准的建议J现代显示,2007年第1期
