題目：智能LED照明系統一、 論文的背景目的和意義近年來，世界各國在半導體照明產業領域躍躍欲試、劍拔弩張，巨大的跨國商機相繼誘發催生了日本的,,21世紀照明”計劃、美國的,,下一代照明計劃”、歐盟的,，彩虹計劃”、韓國的,,固態照明計劃”、中國臺灣的,，新世紀照明光源開發計劃”和中國大陸的,,國家半導體照明工程”計劃等國家級照明規劃，促使日本、美國、歐盟、韓國、中國臺灣和中國大陸等國家或地區攜巨資前赴后繼地在上游的襯底制作、外延晶片生長，中游的光刻、腐蝕、金屬蒸鍍、芯片切割和測試分選以及下游的器件封裝、集成應用等各個環節展開了激烈地競爭。LED照明產生的效益顯而易見，世界各國都在政府的大力資助下加快推進LED照明取代傳統照明的步伐，日本、美國、歐盟、韓國、東南亞、我國臺灣和中國政府都制定了相應的發展計劃LED球泡燈是替代傳統白熾燈泡的新型節能燈具。傳統白熾燈耗能高、壽命短，在全球資源緊張的大環境下下，已漸漸被各國政府禁止銷售，隨之替代產品是電子節能燈，電子節能燈雖然提高了節能效果，但由于使用了污染環境的重金屬汞，與十二五計劃的保護環境相對。隨著LED技術的高速發展LED照明逐漸成為新型綠色照明的不二之選。LED在發光原理、節能、環保的層面上都遠遠優于傳統照明產品。二、 國內外研究概況根據DIGITIMESResearch最新統計，高亮度LED市場規模將由2010年82.5億美元，成長至2011年的126億美元，年成長率將高達53%；其中，LED照明使用顆數由2010年48億顆，將增至2011年124億顆，主因為2011年LED燈泡取代傳統白熾燈效應開始顯現。繼LED背光TV后，LED照明將成為帶動LED產業高度成長的應用產品。雖2010年LED照明占總照明市場比重尚不高，以產值來看僅3.2%，然在節能減碳意識高漲下，世界主要國家已訂定LED照明政策，積極推動LED照明產業發展。DIGITIMESResearch分析師兼項目經理林芬卉分析，全球LED燈泡需求量將由2011年5.96億顆，大幅成長至2013年的25億顆；路燈方面，由于中國大陸、美國、歐洲于各主要城市已推動示范工程，預估LED路燈將由2011年220萬盞，增至2013年980萬盞，將再帶動未來數年LED照明滲透率提升。在全球主要國家LED照明政策推動、LED發光效率顯著提升、及預估LED照明價格每年將有20?30%下跌空間等影響下，林芬卉預估，照明用LED需求量2009年至2013年CAGR將達97.4%，高于大尺寸LCD用LED背光CAGR的62.6%，且LED照明市場規模至于2011年將達154億美元，于整體照明市場滲透率首度突破10%，達10.6%LED在發光原理、節能、環保的層面上都遠遠優于傳統照明產品。目前白熾燈的淘汰已經不再是將來時，而是進行時，今年白熾燈禁用法律已經在阿根廷、澳大利亞、新西蘭、法國、意大利和菲律賓生效，明年將在英國、芬蘭和荷蘭生效，后年將在日本和加拿大生效，2014年將在美國生效，全球最晚的中國也將在2017年生效，這也是為什么CFL節能燈市場需求快速上升的一個主要原因，因為CFL節能燈是目前白熾燈的一個最佳替代選擇，不僅價格最接近白熾燈，而且壽命和節能效果遠超白熾燈，一只13W的CFL節能燈光效就相當于一只60W的白熾燈，功耗降低了五分之四，壽命提高了8-15倍。目前全球燈具市場需求總量大約是100億只，其中近三分之一（30億只）是CFL節能燈。NXP半導體照明產品市場資深經理陳嶸說：“未來3年，CFL節能燈市場將快速發展，之后發展速度就會平坦下來，5年后市場需求將逐漸減少。LED燈具目前還存在成本障礙，但LED光源的成本在快速下降，目前市場正在試用階段，預計LED燈具將會在未來5-10年內占據通用照明市場的主流地位。”市場研究公司DatapointResearch今年6月發布的一份報告要顯示，從2007年到2013年，白熾燈市場正在呈快速下降態勢，CFL節能燈市場正在強勁上升，LED照明處于方興未艾狀態。目前CFL燈具驅動解決方案絕大部分是NXP提供的。NXP每年的全球CFL驅動器銷售量超過6千萬，其中1千萬片是在中國市場銷售的，目前超過20家全球客戶在使用NXP的CFL驅動解決方案。之所以能取得這樣的市場領導地位，是因為NXP具有獨特的高壓工藝，它使得我們能把控制、MOSFET和MOSFET驅動電路一起集成在一個Die上，其它供應商通常需用兩個Die，再封裝在一個芯片上，因此我們的成本可做得更低，而這對于成本敏感型的CFL燈具市場來說是至關重要的。目前CFL節能燈市場存在的主要問題是：CFL燈具的品質參差不齊、CFL燈泡需要經過較長時間的預熱才能達到最高亮度、與現有TRIAC調光器不兼容。現在很多消費者抱怨，買回家的CFL燈具沒用多久就變黑或不亮了。這一品質問題的根本來源于歐盟目前的CFL燈具標準：即CFL燈具的合格率標準為50%，因為歐盟是中國CFL燈具制造商的主要目標市場，他們的產品合格率基本上取決于歐盟市場的要求。合格的CFL燈具使用壽命是6000小時（差不多6年），但由于合格率只有50%，因此差不多有一半的用戶買回家的CFL燈具是不合格，其使用壽命可能只有幾百個小時。浙江是國內出口節能燈的第一大省，其中60%以上的產量均來自杭州。據杭州檢驗檢疫局統計，2010年上半年杭州地區出口節能燈5457批，貨值2.6億美元，同比分別增長72%和63.5%。這兩年，海外一些發達國家紛紛出臺相應政策，要求逐步用節能燈和LED燈等能耗小的新產品來取代白熾燈。2007年2月，澳大利亞政府率先宣布，要在2010年前在全國范圍內實現用節能燈取代白熾燈、禁止居民使用白熾燈。去年9月，歐盟宣布將用4年時間逐步淘汰白熾燈等高耗能照明設備，以節能燈、鹵素燈泡和LED燈來代替白熾燈成為歐洲居民的主要照明燈。今年以來，出口量大幅增加，企業數量也增加很快，幾乎每個星期都有新企業成立。盧振球說，雖然節能燈產業發展很快，但是這個行業的隱憂已經出現，作為一個勞動密集型的行業，門檻很低，同質化競爭日趨嚴重；新員工急著上崗，產品質量下降，利潤率也逐年在下降。在提倡環保、節能的綠色照明年代，白熾燈已經逐漸被節能燈、熒光燈、LED等新興光源所替代。但是由于新型的光源存在價格較貴、質量不穩定、容易引起眼睛疲勞等缺陷，因此白熾燈還能夠在市場上留有一席之地。我國也是一個白熾燈的生產、消費和出口大國。2005年我國共出口各類白熾燈99億個，總值2億7千萬美元，出口目的國165個，其中非洲國家占了三分之一。三、論文的理論依據、研究方法、研究內容隨著世界經濟的飛速發展，照明作為日常生活中所不可缺少的部分，成為了世界各國的一項重要的能源消耗。眾所周知用LED代替白熾燈作為照明光源，被譽為繼愛迪生發明白熾燈之后，在照明領域，人類的又一大發明。1999年9月國家經貿委印發了中國綠色照明工程實施方案，發展和推廣高效照明器具，逐步替代傳統的低效照明光源，節約照明用電，建立優質高效、經濟舒適、安全可靠、有益環境和改善人們生活質量、提高工作效率的照明環境，以滿足國民經濟各部門和人民群眾日益增長的對照明質量、照明環境的需要。當然，要滿足對照明質量和視覺環境條件的更高要求，不能靠降低照明標準來實現節能，而是要通過充分運用現代科技手段提高照明工程設計水平和方法，提高照明器材效率來實現。傳統的白熾燈、熒光燈顯然不能滿足使用要求，而發光效率較高的金屬鹵化物燈和高壓鈉燈不適合于普通照明。發光二極管（LightEmittingDiode,LED）是一種半導體固體發光器件，具有壽命長、低耗等獨特優勢，起到環保、節省能源的作用，使得LED光源具有光明的前景。但是，由于在某些場合，LED的亮度達不到要求，因此，如何來提高LED照明亮度迫在眉睫。四、研究條件和可能存在的問題：現在的led產業為了打開民用市場，多是將LED燈具設計成可替換方式，即直接替換現有的燈具。但是在燈具發展的過程中，除了緊湊型燈管直接替換白熾燈以外，鮮有直接替換的模式，像T8、吸頂燈幾乎是熒光燈的專利，而吊燈依舊是鎢絲燈的天下，LED替代傳統照明究竟還有哪些不足？很多公司將LED的電流做大以在維持亮度不變的情況下減少燈芯數量以節約成本，或者壓縮PCB面積，抑或是減少安規器件等方法，當然大家要相信中國的公司在壓縮成本方面的先天優勢。LED還沒有市場的情況下部分企業就面臨洗牌，這對整個產業來說是不利的，資金大頭的進入會加劇中小企業的衰亡。在整個LED產業；LED的技術發展將會停滯甚至于退化，另一方面成本的壓縮，或者說過多的關注成本無法保證最終產品特質，將很大的程度上不能展示LED的優勢。下面我來從幾個方面來看看LED替換傳統照明的劣勢：散熱方面LED的耐熱很差會帶來燈芯壽命的問題。現有的LED燈的設計往往散熱難以達到要求，在一個散熱要求非常苛刻的領域，卻使用十分低劣的被動散熱方式，而且多是風冷，甚至是封閉式的風冷。像一些燈具在驅動板和鋁散熱片之間要加塑料套管以增加絕緣的可靠性，還需要灌散熱硅膠以提高散熱能力。而T8的燈管燈管還是封閉的，燈芯只能依靠空氣對流傳熱到燈管背面的鋁管上進行散熱。一般這類燈的內部溫度都會有七八十度。并且要是兼顧散熱，重量又是問題；兼顧重量，散熱難以保證，這在現有設計中是兩難的選擇，尚沒有可行的標準。價格方面LED驅動板在70度的溫度下可能壽命僅5年（家用），遠沒有達到LED燈芯10年的“概念”.所以相對比同等亮度的熒光燈來說，即便熒光燈只有1年的壽命，1W1元的熒光燈要遠遠比1W10元的LED劃算得多。尤其是LED燈具損壞往往燈芯沒壞，卻要整個燈更換。算一算因為十分之一的驅動板卻要丟棄剩下十分之九的燈（燈芯和散熱片占了整個燈具絕大部分的成本），如果每一個廠商都沒有做好回收再利用的話，客戶是不會喜歡這樣的產品的。效率為什么要考慮效率的問題？一個是PF值，一個是系統效率。由于現有的LED設計多數都是低功率的，受成本的壓力均采用被動PFC（填谷式），PF可能最高90,遠遠小于主動PFC動輒99的效率，對國家而言用LED取代發光效率非常接近的熒光燈是個壓力。由于LED的燈具現有的設計（除了路燈之外）多數都是小功率的，像是4.8W,7.2W等，器件的損耗占了很大的比例，隔離方式的必然很低，為了提高效率而采用非隔離方式不但要在安全上做很好的設計，而且效率也僅僅在80左右，很不理想。并且，現有的LED生產廠商到底LED的光照度做到了多少，都沒有提供準確的數值，往往發光亮度遠遠小于標稱值。光感LED一個優勢是光譜純凈，但是這在視覺上面卻是一個非常嚴重的劣勢。人的眼睛是不能長時間觀測一個單色譜的光源，LED可可調光，但是比較麻煩，比較專業，需要理論和大量的調研數據支持，是很多均光材料廠商或者LED光源廠商抑或是方案供應商難以實現的。壽命LED的壽命瓶頸在系統驅動板，往往LED燈芯沒有損壞，系統驅動已經壞掉了。另外LED的光衰是非常嚴重的，現有的LED家用照明多數受體積限制，防護方面很難做的很好，在電壓波動較大，干擾嚴重的區域。重量螺旋類接口的燈具中，熒光燈的重量只有LED燈具的數分之一，由于沒有了散熱片的問題，熒光燈的重量對燈座來說可以忽略不計，但是LED的重量對燈座是一個很嚴重的考驗，尤其是7.8W的螺旋接口LED燈。其次一般LED的燈具顆粒感都比較明顯，并且其發光位置比較集中，目視燈具的時候會有刺痛感，這種感覺在其他光源中一般只有大功率的才會出現。所以LED需要在均光上面做更好的設計，以實現在保證亮度的情況下，將點光源盡量擴展成面光源，提高眼睛的舒適度。再有就是很多產品都會做LED調光設計，以節約能源，且不說低功率的時候效率的問題，由于線圈中的電流的存在，會導致調光設計中灰階變化不連續，也就是說按比例調節的過程中，LED的亮度會慢慢變亮再突然變亮，視感很不舒服，調光技術還是需要開發。另外當大家都關注LED光源高光效、節能的優點的時候，而LED照明一個非常重要的優點一無汞，卻往往被忽視。我們知道汞是一種極其有毒的物質，然而幾乎大多數目前采用的高效電光源中都含有汞（水銀），無論是常見的日光燈、緊湊型節能燈，或者是高壓汞、金鹵燈等都含有汞。而汞的沸點很低，在常溫下可蒸發。一支廢舊丟棄光源破碎后，立即向周圍散發汞蒸氣，瞬間可使周圍空氣中的汞濃度達到10-20毫克/立方米，超過國家規定的汞在空氣中最高允許濃度（為0.01毫克/立方米）的1000至2000倍。，根據美國斯坦福大學對汞的研究指出，1毫克汞足以污染5454.5公斤飲用水，使之達不到安全的飲用標準。汞所造成空氣和水質污染的后果非常嚴重，被水中生物食用以后就會生成CH3Hg,這是一種劇毒物，只要半耳勺就能致人于死命。汞本身會破壞中樞神經系統，它所造成生殖缺陷的效應也是十分嚴重的，汞也可以損害腎臟和肝臟，在劑量足夠的條件下甚至可以導致死亡。汞能夠以不同的方式在泥土中、水流中、甚至大氣層、食物鏈中轉移。因此，持久性、易遷移性和高度的生物富集性，使得汞成為目前全球最引人關注的環境污染物之一。歷史上最嚴重的汞中毒事件要算是日本的水俁病事件了，當時因為水俁灣的水被汞污染而死去數百人之多。現在日本政府吸取了教訓，要求把所有的廢棄日光燈必需進行有毒物質的處理，從而要求購買普通日光燈的人必需多付一倍的價錢來預支這種有毒物質處理費。五、 預期的結果如今，高亮度LED在光輸出、能效及成本方面得到了全面改善，同時具備了小巧、低壓工作及環保等眾多優勢，應用范圍也在不斷拓寬。未來，LED照明在通用照明、LCD背光、汽車照明等領域的增長前景尤為可觀。LED照明市場被稱為燈具照明領域的新出現大蛋糕。據相關人士介紹，2010年中國LED照明產業產值將超過1500億元，較2008年翻倍。發展如此迅猛的LED照明市場是每個LED企業眼中的香餑餑。據不完全統計，中國的LED照明企業接近4000家。除了涉足LED照明的傳統節能燈巨頭企業歐普、雷士等企業以外，國內專門從事LED的企業也只有長方照明、真明麗、雷曼、三安、路美等幾家比較大。還有更多的讓人記不住名字的小企業。LED照明的歷史并不長，但發展十分迅猛，可是目前還并不成熟。很多小企業視乎不知道品牌的真正含義，以夸張的姿態鋪天蓋地的廣告宣傳，以追求知名度為目的。如今市場上，LED的價格普遍偏高，但是價格差異也比較大。LED照明尚在起步階段，說得天花亂墜往往不切實際。沒有強大的售后服務團隊和良好的售后服務體系，光靠花哨的廣告只能騙得了消費者一次。都說廣告是補品，只有在適當的時間里適當又貼切的廣告來針對適合的人才會取得最好的效果，否則如同逆水行舟。預計最快在2015年，LED在中國照明市場的占有率將達到20%,帶動產業規模達5000億元。如此龐大的市場加上政府的大力支持，LED照明行業的發展如日中天。六、 論文擬寫的主要內容一、理論依據：該LED照明系統主要分為七個部分：信息處理部分、LED照明部分、光照強度采集部分、調理部分、A/D轉換部分、D/A轉換部分、顯示部分、按鍵輸入部分。可實現自動和手動兩種控制方式。通過光敏電阻對外界光強進行采集，將采集到的信號送給TLC1543進行A/D轉換，繼而將轉換的數字信號送入STC89C52，STC89C52通過對輸入信號的處理從而實現自動控制發光二極管的亮滅。通過調節按鍵控制STC89C52輸出的電流經TLC5615進行D/A轉換，從而實現手動控制發光二極管的亮滅程度。測量系統結構圖：通用的測量系統結構圖如下圖所示，外界的被測對象通常為非電信號，通過傳感器轉化成數字量、開關量或者模擬量，以上信號在幅度、頻率等方面滿足MCU處理的要求，后級需經過處理單元對信號進行處理以滿足MCU的處理要求。

測量系統是一個開環系統，而智能LED照明系統要構成一個閉環系統，總體框圖如下圖所示：LE照明系統LE照明系統二、系統設計該系統主要由液晶顯示、AD（TLC1543）、DA（TLC5615）、LED、MCU幾個模塊組成。其總原理框圖如下：⑶⑶半 丁J12、研究方法，研究內容：1、液晶（LCD1602）顯示：（1） LCD1602液晶顯示模塊主要功能：A、 40通道點陣LED驅動；B、 可選擇當作行驅動或列驅動；C、 輸入/輸出信號：輸出能產生20*2個LED驅動波形；輸入接受控制器送出的串行數據和控制信號，偏壓（V1~V6）；D、 通過單片機控制將所測的頻率信號讀數顯示出來；（2） LCD1602的引腳功能：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接+5V正電源。第3腳：VL為對比度調整端，用一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平是選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平是進行讀操作，低電平是進行寫操作。第6腳：E端為使能端，由高電平跳到低電平時，液晶執行指令。第7~14腳：D0~D7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。（3）LCD1602與單片機接口：LCD1602引腳單片機接口VDD+5VGNDGNDRSP1.0RWP1.1EP1.2第7~14引腳P0.0~0.715+5V（穩壓電源的）16GND（穩壓電源的）注：P0需加上拉電阻。2、AD（TLC1543）：（1）TLC1543引腳功能如下：TLC1543為20腳DIP裝CMOS10位開關電容逐次A/D逼近模數轉換器。其引腳分布如下；第1~9、11、12腳為A0~A10為11個模塊輸入端。第13、14腳分別是VCC、地，為基準電壓正負端。第15腳為CS片選端，下降沿變化內部計數器并控制使能ADDRESS、I/OCLOCK（18腳）和DATAOUT（16腳）。DATAOUT為A/D換結束3態串行輸入端。第17腳：ADDRESS為串行數據輸入端。（2）TLC1543和單片機接口

八RV1RV1(y2_2_341k+2.5VAAIN0SDO八RV1RV1(y2_2_341k+2.5VAAIN0SDOAIN1ADDRAIN2CSAIN3CLKAIN4AIN5EOCAIN6AIN7AIN8AIN9AIN10REF+REF-19TLC1543141316171518iALEEAP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.710腳-GND,13腳-GND,15腳-P1.3,17腳-P1.5,20腳-+5V,14腳-+5V,16腳-P1.4,18腳-P1.63、 DA(5615)：DA是具有串行接口的數模轉換器，其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準電壓值的兩倍。帶有上電復位功能，即把DAC寄存器復位至全零。(1) TLC5615的特點A、 10位CMOS電壓輸出；B、 5V單電源供電；C、 與CPU三線串行接口；D、 最大輸出電壓可至基準電壓的兩倍；E、 輸出電壓具有和基準電壓相同機性；F、 建立時間125uS；G、 內部上電復位；H、 低功耗，最大僅175mW；(2)TLC5615引腳說明；1腳DIN：串行數據輸入端；2腳SCLK:串行時鐘輸入端；3腳CS：芯片選用通端，低電平有效；4腳DOUT：用于級聯時的串行數據輸入端；5腳AGND:模擬地；6腳REFIN:基準電壓輸入端；TLC5615和單片機接口以及其外部電路如下圖：P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXD-P3.2/INT0-P3.3/INT1P3.4/TP3.5/TP3.6/