智能led照明驱动控制系统的研究与设计(附件)【字数：9164】
摘 要随着人们生活水平的提高和环保意识的提升，LED照明灯具低碳节能的特性逐渐受到大家的重视。目前普遍流通的LED灯多数采用传统的开关式控制，没有智能控制设备终端，难以后续开发和控制。而传统照明设备已不能满足人们对生活品质的追求。因此，可以自由调节照度和色温的LED灯是未来照明产业的发展目标，将电源驱动技术和数字控制技术结合，使LED照明朝“智能化和联网化”发展。本文从LED灯混色方法、开关电源驱动电路、微处理器控制和软件设计等方面对调色LED驱动电路进行了较为完整的理论分析，并制作实物进行验证。本次设计首先从基础知识方面，介绍了LED照明的常用调光调色方式，给出了调光调色的数值计算方法，并介绍了开关电源的常用拓扑、工作模式和控制方式。然后，采用R，G，B三色灯珠进行混光实验与调光实验。通过测试实物样机，系统性能优良，具有高功率因数、高显色性能、精准恒流等优点。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2发展历史与国内外研究现状 1
第二章 系统方案设计 3
2.1系统框图 3
2.2方案论证 3
2.2.1调光技术方案 3
2.2.2开关电源结构方案 4
第三章 开关电源技术和调光调色技术 5
3.1功率因数校正技术 5
3.2调光模式 5
3.3 RGB LED调光调色参数计算 6
第四章 系统的硬件电路和软件设计 8
4.1 STM32最小系统电路设计 8
4.2电源驱动电路 9
4.3 LED驱动电路 10
4.4调色系统软件 12
4.5 WIFI部分 13
4.6显示屏模块 14
第五章 系统的调试与分析 15
5.1电气性能实验结果 15
5.2 RGB LED的混光性能测试 15
结束语与展望 17
致谢 18
参考文献 19
附录 20
绪论
1.1研究背景
传统照明模式由于开关操作频繁、功能单一、布线复杂等缺 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
点，在日常生活中逐渐被智能照明取代。随着产业化LED生产，光效提高的同时，其市场价格在也下降，因此LED被广泛使用于照明领域。脉冲带宽控制在调光中的应用，使得人们采用数字控制技术调整LED灯具的照度、色温、颜色等，丰富了智能照明系统给人们带来的体验。
LED 以其高效、节能、环保、耐久等优点成为了第四代绿色照明光源，获得了人们的认可。可调光功能更好地体现LED灯的节能优势，将进一步提高电光源电路的效率，促进绿色照明。如果采用低能耗的智能LED灯替代能耗高、发光效率低的白炽灯，将减少235亿度电，降低2500万吨温室气体排放量。因此近年来，世界各地纷纷开始研究低碳环保的LED智能照明技术。LED 调光技术更能体现LED 灯的节能与环保，延长电源驱动模块的使用寿命。因此，带有调光功能的LED驱动电源成为了现阶段LED照明领域的研究热点。
1.2发展历史与国内外研究现状
在二十世纪五十年代，英国的科学家在研究电解质发光的实验中，首次使用了半导体砷化镓材料，制成了第一个LED元件。八十年代中期，GE、孟山都和IBM联合实验室采用GaAs磷化氢材料制造出首批高亮度LED。首先出现的是红光LED，其光效为10 LM/W，其次是黄色和绿色LED。
自1993以来，中国已经开始支持几所高等院校和相关研究所开展研究LED。在此基础上，中国于2003年6月启动了国家半导体照明工程。2014年，项目正式启动，历经过年的发展在2013逐步放弃使用白炽灯。
如今，全球初步形成了以美洲、北欧和亚洲为中心区域的LED产业，日本、亚洲、美国、克里、Lumi LEDs和欧司朗作为核心技术专利竞争格局。美国、日本和欧洲等发达国家凭借其在半导体行业的领先优势，在本世纪初制定了各自国家半导体照明产业的发展战略。
近年来，LED照明技术在我国得到了普及，LED智能照明应的发展频频涌现。其中，卡勒斯光电科技公司开发的智能照明LED灯最具有跨时代的意义。卡勒斯首次提出了“云照明”技术的概念。它是利用物联网技术和移动通信的相结合的方式来实现远程控制和设置不同的场景，使中国的照明行业进入了“智能移动控制”的时代。与此同时，国内的飞比集团也自行研发了智能远程照明控制系统。从这个角度可以看出，国内照明企业正在快速发展，并且以智能和联网化为目的的方向发展。因此，智能LED照明将通过互联网技术、物联网技术和移动通信技术的相结合的方式继续发展，我国已经逐渐从传统的照明方式向智能化、科技化、联网化和绿色智能照明。
第二章 系统方案设计
2.1系统框图
LED智能调光电路由六部分组成，即基于Android操作系统的人机交互界面、WIFI接收模块、LED驱动模块、电源模块、单片机和LED灯珠。如图21所示的系统框图，电源模块将220V交流电转为DC24V/2.5A的恒压电源，为WIFI接收模块、LED驱动模块和单片机供电。LED驱动电路集成在WS2812B智能外控集成LED光源上。
图21 系统框图
WIFI接收模块是实现数据传输的核心模块。工作后，智能终端通过WIFI模块自动搜索，它能接收由智能终端在无线模式下发送的数据和控制。单片机负责处理WIFI接收模块接收的调光数据和一些控制信息，将调光数据转换成相应的占空比PWM信号，并输出到LED驱动模块的数字调光端口，从而实现调光混色。LED灯珠采用WS2812B是一种集成了控制电路和发光电路的LED。
2.2方案论证
2.2.1调光技术方案
作为LED照明行业中的关键技术之一，调光技术正快速发展。最常见的调光方式是模拟调光，可控硅调光和PWM调光。最原始的调光方式是模拟调光，因为它的调光原理和电路非常简单容易实现。该技术将输出电压设置为调制对象，通过调整其大小来调整LED的亮度。这种方法原理简单，不过有严重的缺点，调整电压会就是会导致LED灯色温发生变化，发出的光线不稳定，并且电路中使用电阻消耗的很多能量，所以整体功率因数低，以及输出电流无法准确调整等问题。可控硅调光是通过调整晶闸管导通角度，调整输出功率来实现调节。这样，不需要改变灯的原始设备。但此方法也存在缺陷，其调光频率比较低，人眼可见到闪烁，同模拟调光一样，这种调光方式电源的功率因数和效率也很低且缩减电源的使用寿命。PWM调光方式是利用单片机控制占空比发送PWM波来调节灯的开关时间。这项技术目前已经比较成熟，它可以调节的精度非常高，可以有非常好的效果，这种调光方式调节的幅度大，可实现无级调光。这种调光方式不会影响LED灯珠的色温，并且方便在单片机上编写程序以实现各种情景模式的智能调光。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2发展历史与国内外研究现状 1
第二章 系统方案设计 3
2.1系统框图 3
2.2方案论证 3
2.2.1调光技术方案 3
2.2.2开关电源结构方案 4
第三章 开关电源技术和调光调色技术 5
3.1功率因数校正技术 5
3.2调光模式 5
3.3 RGB LED调光调色参数计算 6
第四章 系统的硬件电路和软件设计 8
4.1 STM32最小系统电路设计 8
4.2电源驱动电路 9
4.3 LED驱动电路 10
4.4调色系统软件 12
4.5 WIFI部分 13
4.6显示屏模块 14
第五章 系统的调试与分析 15
5.1电气性能实验结果 15
5.2 RGB LED的混光性能测试 15
结束语与展望 17
致谢 18
参考文献 19
附录 20
绪论
1.1研究背景
传统照明模式由于开关操作频繁、功能单一、布线复杂等缺 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
点，在日常生活中逐渐被智能照明取代。随着产业化LED生产，光效提高的同时，其市场价格在也下降，因此LED被广泛使用于照明领域。脉冲带宽控制在调光中的应用，使得人们采用数字控制技术调整LED灯具的照度、色温、颜色等，丰富了智能照明系统给人们带来的体验。
LED 以其高效、节能、环保、耐久等优点成为了第四代绿色照明光源，获得了人们的认可。可调光功能更好地体现LED灯的节能优势，将进一步提高电光源电路的效率，促进绿色照明。如果采用低能耗的智能LED灯替代能耗高、发光效率低的白炽灯，将减少235亿度电，降低2500万吨温室气体排放量。因此近年来，世界各地纷纷开始研究低碳环保的LED智能照明技术。LED 调光技术更能体现LED 灯的节能与环保，延长电源驱动模块的使用寿命。因此，带有调光功能的LED驱动电源成为了现阶段LED照明领域的研究热点。
1.2发展历史与国内外研究现状
在二十世纪五十年代，英国的科学家在研究电解质发光的实验中，首次使用了半导体砷化镓材料，制成了第一个LED元件。八十年代中期，GE、孟山都和IBM联合实验室采用GaAs磷化氢材料制造出首批高亮度LED。首先出现的是红光LED，其光效为10 LM/W，其次是黄色和绿色LED。
自1993以来，中国已经开始支持几所高等院校和相关研究所开展研究LED。在此基础上，中国于2003年6月启动了国家半导体照明工程。2014年，项目正式启动，历经过年的发展在2013逐步放弃使用白炽灯。
如今，全球初步形成了以美洲、北欧和亚洲为中心区域的LED产业，日本、亚洲、美国、克里、Lumi LEDs和欧司朗作为核心技术专利竞争格局。美国、日本和欧洲等发达国家凭借其在半导体行业的领先优势，在本世纪初制定了各自国家半导体照明产业的发展战略。
近年来，LED照明技术在我国得到了普及，LED智能照明应的发展频频涌现。其中，卡勒斯光电科技公司开发的智能照明LED灯最具有跨时代的意义。卡勒斯首次提出了“云照明”技术的概念。它是利用物联网技术和移动通信的相结合的方式来实现远程控制和设置不同的场景，使中国的照明行业进入了“智能移动控制”的时代。与此同时，国内的飞比集团也自行研发了智能远程照明控制系统。从这个角度可以看出，国内照明企业正在快速发展，并且以智能和联网化为目的的方向发展。因此，智能LED照明将通过互联网技术、物联网技术和移动通信技术的相结合的方式继续发展，我国已经逐渐从传统的照明方式向智能化、科技化、联网化和绿色智能照明。
第二章 系统方案设计
2.1系统框图
LED智能调光电路由六部分组成，即基于Android操作系统的人机交互界面、WIFI接收模块、LED驱动模块、电源模块、单片机和LED灯珠。如图21所示的系统框图，电源模块将220V交流电转为DC24V/2.5A的恒压电源，为WIFI接收模块、LED驱动模块和单片机供电。LED驱动电路集成在WS2812B智能外控集成LED光源上。
图21 系统框图
WIFI接收模块是实现数据传输的核心模块。工作后，智能终端通过WIFI模块自动搜索，它能接收由智能终端在无线模式下发送的数据和控制。单片机负责处理WIFI接收模块接收的调光数据和一些控制信息，将调光数据转换成相应的占空比PWM信号，并输出到LED驱动模块的数字调光端口，从而实现调光混色。LED灯珠采用WS2812B是一种集成了控制电路和发光电路的LED。
2.2方案论证
2.2.1调光技术方案
作为LED照明行业中的关键技术之一，调光技术正快速发展。最常见的调光方式是模拟调光，可控硅调光和PWM调光。最原始的调光方式是模拟调光，因为它的调光原理和电路非常简单容易实现。该技术将输出电压设置为调制对象，通过调整其大小来调整LED的亮度。这种方法原理简单，不过有严重的缺点，调整电压会就是会导致LED灯色温发生变化，发出的光线不稳定，并且电路中使用电阻消耗的很多能量，所以整体功率因数低，以及输出电流无法准确调整等问题。可控硅调光是通过调整晶闸管导通角度，调整输出功率来实现调节。这样，不需要改变灯的原始设备。但此方法也存在缺陷，其调光频率比较低，人眼可见到闪烁，同模拟调光一样，这种调光方式电源的功率因数和效率也很低且缩减电源的使用寿命。PWM调光方式是利用单片机控制占空比发送PWM波来调节灯的开关时间。这项技术目前已经比较成熟，它可以调节的精度非常高，可以有非常好的效果，这种调光方式调节的幅度大，可实现无级调光。这种调光方式不会影响LED灯珠的色温，并且方便在单片机上编写程序以实现各种情景模式的智能调光。
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