随着半导体资料及工艺技术的进步,出产量的添加,大家以为或许还需3～5年时刻,LED照明灯的功能会进一步地进步,价格也会不断地下降,它将逐渐地进入千家万户,给您带来节电、明亮的新的光源。
LED灯节电高达80％以上，寿数为普通灯管的10倍以上，简直是免维护，不存在要常常替换灯管、镇流器、起辉器的问题，约半年下来节约的费用就能够换回本钱。绿色环保型的半导体电光源，光线柔软，光谱纯，有利于工人的视力维护及身体健康，6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，有助于集中精神，进步功率。

1. LED教室护眼灯的开展概况 1.1. 发光二极管简介
发光二极管(LED)是一种电致发光的光电器材。早在1907年开端,人们就发现某些半导体资料制成的二极管在正导游通时有发光的物理现象,但出产出有必定发光功率的红光LED已是1969年了。到今日,LED已出产了30多年,回顾曩昔,它已茁壮成长。各种类型的LED、运用LED作二次开发的产品及与LED配套的产品(如白光LED驱动器)开展迅速,新产品不断上市,已开展成不少新型产业。展望将来,还期望更进一步地进步。
前期的LED首要用于做指示灯。它的发光强度不高,一般小于1mcd,高的也仅几个mcd;别的,发光功率也不高,一般小于0.21m/W,其功率仅几十mW到上百个mW(属于小功率LED)。本文就从发光强度进步说起。
1.2. 教室护眼灯发光强度及发光功率的进步
作为指示灯方面的运用,有几个mcd的发光强度也能够了,但由LED组成的数码管或字符管则显得亮度不足,若要用于野外作信号或标志显示,则其亮度太低,不能满意运用的要求。所以LED的首要开展方向是进步发光强度(也就是一般所指的进步亮度)。
跟着半导体资料及半导体工艺技术、设备的开展,LED的亮度不断进步,开宣布高亮度及超高亮度LED,而且不断发明新记录。
笔者用现有的LED资料,以中5规范封装、发红光、视角差不多的LED为例,以不同的出产年份的发光强度来阐明LED发光强度进步的状况,近30年LED的发光强度进步了8000倍左右。1969～1987年LED的发光强度是很低的,开展很慢,但1994～2005年LED的亮度有很大的开展。表1中列出的并非发光强度最高的。例如,在GaAs的衬低上选用AIlnGaP工艺技术制成的Φ5、红光LED,在小视角4°、50mA作业电流时,其典型发光强度为20000mcd。
LED教室护眼灯另一个重要功能指标是发光功率η,用1m/W来表达。
这30多年来,LED的发光功率进步了250倍以上。1970-1990年LED发光功率进步较慢,1990-2005年则进步较快。例如,Cree公司出产的lW白光LED XL7090WHT,其发光功率可达601m/W。
XL7090WHT是超高亮度、小尺度封装的白光LED。XL7090WHT的发光强度大,电流350mA时的典型光通量为601m,在瞬态脉冲电流700mA时典型光通量可达981m,而现在一般1W白光LED的光通量为30～45lm),XL7090WHT的发光功率高达601m/W,视角宽达100°,封装尺度仅为9mmx7mmx4.3mm,作业温度范围是-20~+80℃。
因为XL7090WHT发光强度大、发光功率高,因而它适用于家庭、商业或公共场所明、DVD、笔记本电脑、电视机的五颜六色显示屏的背光,广告灯、路灯及标志灯,汽车及运输工具的表里照明及数码相机的闪光灯等。
LED教室护眼灯的发光强度及发光功率的进步首要取决于选用的半导体资料及其工艺技术的开展。前期的LED首要用GaAs、GaP(二元素半导体资料)和GaAsP(三元素半导体资料),1994年左右选用AIInGaP(四元素半导体资料)后,其发光强度及发光功率有很大的进步。别的,在工艺技术上选用在GaAs衬底上用AilnGaP资料出产的红光、黄光LED及在SiC衬底上用InGaN资料出产的绿光、蓝光LED,在发光强度及发光功率上有较大的改善。
1.3. LED教室护眼灯的功率进步
咱们知道LED的发光强度与正向电流IF,简直成线性联系,即添加正向电流IF可添加发光强度。但LED有一个最大功耗PD值的约束,PD=VFxIF(VF为正向压降),若过大地添加IF而使PD超越最大值时,LED会过热而损坏。为了要进步发光强度,开宣布中功率LED(一般为几百mW),其作业电流也进步到70mA。近年来,为进一步进步发光强度,开宣布大功率LED,其功率一般为1～10W(有一些还大于10W)。它的作业电流一般为350～700mA,有些可达1A以上。
以American Opto Plus LED公司出产的5W的PU-5WXX系列为例,在700mA电流下,其结温了Tj为25℃,(大功率LED的发光强度用光通量表明)。
除蓝光LED的发光强度及发光功率较低外,其他发光色彩的发光强度及发光功率都相当高。
前期出产的LED是小功率的(几十至上百mW),现在已能出产大于10W的大功率LED,在功率上添加了100倍以上。
虽然说小功率LED与大功率LED的发光功率是差不多的,但LUMILEDS公司的研究表明,大功率白光LED比Φ5白光LED的寿数更长。别的,选用许多小功率白光LED组成的灯泡可靠性也差一些,灯泡体积也较大。例如,用1W白光LED做成灯具,其尺度为50.8mmx50.8mmx7.1mm,而选用Φ5白光LED来做,其体积则要大得多。但现在大功率LED投产时刻不长,价位较高,所以现在大部分LED灯泡仍是用小功率LED做的。
1.4. 白光LED教室护眼灯的诞生是个突破
白光LED是LED家族中最终一个面世的,它的诞生是LED出产中一个重要的突破,它将成为新的照明光源。
白光是复合光,能够用红、绿、蓝(R、G、B)三基色LED混组成白光,1995年前后出产的一种集成LED白光灯(或称全色LED灯)由2个高亮度蓝光LED、15个绿光LED及5个红光LED组成。这种白光LED灯尺度大、白光纯度不高、发光功率也不高。但这种三基色灯用单片机来操控可宣布七色光及白光的变色灯,可用于娱乐场所,添加节日气氛。别的,选用RGB三种管芯组成的RGBLED常用于手机的变色背光。
选用R、G、B三色LED能够组成五颜六色LED显示屏的像素,用它组成五颜六色LED显示屏。
在上世纪末,或许受荧光灯的启发,开宣布在高亮度蓝光LED管芯上加一层荧光粉,用蓝光激发荧光粉宣布白光的白光LED。选用不同的荧光粉,可宣布冷白光(色温为4500～10000K)及暖白光(色温为2850～3800K)的白光LED。现在,白光LED的发光功率大都已超越301m/W,某些产品已超越501m/W的水平。它给用于照明的LED灯泡发明杰出的条件。
在2005年开宣布无荧光粉的、Φ5、通明树脂封装的白光LED。该白光LED选用蓝宝石(Al2O3)为衬底,选用InGaN工艺技术制成。在IF为20mA时,发光强度为700～1200mcd。
2. LED教室护眼灯在照明体系中的运用 2.1. 白光LED照明灯泡
近年来,LED的发光强度及发光功率迅速进步、发光色彩彻底、功率添加、本钱降低,给开发各种功用的LED灯泡及灯具发明了极好的条件,也给二次开发LED产品发明杰出的机会。例如,现在的城市交通信号灯及标志灯选用LED代替了传统的白炽灯,不只节约许多的电能,而且无须常常替换损坏的白炽灯:五彩缤纷的各种LED装饰灯,给城市夜景打扮得五光十色,广场上的超大屏幕的五颜六色LED显示屏让全世界的球迷过足了瘾。
白光LED灯的运用,包含五颜六色LCD的背光照明灯、闪光灯及家用LED照明灯,它们最大的特色是节电和寿数长。
2.2. 五颜六色LCD的背光照明
因为白光LED作背光时电路比用CCFL简略且尺度小,所以在手机、PDA等小屏幕五颜六色LCD中都选用白光LED作背光照明。曩昔以为白光LED只适用于小面积的五颜六色LCD显示屏,但近年来,跟着LED功能的进步,它不只用于小尺度LED屏幕,现已用于5英寸、7英寸DVD、GPS的显示屏上,并开展到12英寸笔记本电脑及电视机的背光照明。
2.3. 闪光灯
数码相机正逐渐代替用胶卷的相机,在数码相机中选用超高亮度的白光LED代替了传统的氙灯。选用超高亮度的白光LED作闪光灯不只电路简略、尺度小、耗电省,而且无须充电时刻。例如,前面提到的1W白光LED XL7090WHT,它在用作闪光灯时,700mA的脉冲电流时其典型光通量为981m。
2.4. 家用LED照明灯
现在家用照明灯首要是白炽灯、荧光灯(日光灯)及节能荧光灯。白光LED灯泡与荧光灯、节能荧光灯、白炽灯泡在发光功率及平均寿数上的比较,白光LED灯泡的发光功率高于白炽灯泡,但低于荧光灯及节能荧光灯。白光LED的平均寿数最长的,比节能荧光灯高8倍,比白炽灯高33倍多。
现在国内已能出产1～3W由Φ5白光LED组成的白光LED灯泡(外形与白炽灯泡相同,球形外壳用通明塑料做成,直径约60mm,灯头用E27螺纹灯头),其发光功率η超越351m/W。2～3W的白光LED灯泡亮度与25W白炽灯泡差不多。别的,现在也能够出产出12W白光LED的日光灯管,其光通量超越5001m,发光功率超越401m/W。这两种白光LED做成的灯寿数都超越50000h。这两种灯都是用超高亮度Φ5小功率白光LED做成,现在价格较高,且尚未上市。
2.5. 算一笔节电帐及经济帐
LED教室护眼灯做成的照明灯节能、长寿数。笔者将发光亮度相差不多的三种灯在运用中作了节电上及经济上的比较。这三种灯分别是3W的白光LED灯泡、5W的节能荧光灯和25W的白炽灯泡。这三种灯都选用220V市电供电。在核算中,3W的白光LED灯泡按5W核算(其中有2W是AD/DC及驱动电路的损耗),5W的节能荧光灯按7W核算(2W是自镇流及电路的损耗)。这里要阐明的是3W白光LED灯泡及5W节能荧光灯的出产工厂并没有给出这种损耗值,2W是笔者预算的。
从节电的方面来比较,相同运用了50000h,白炽灯要用1250度电,而3W的白光LED灯只需250度电,相差1000度电。假如全国有1亿只3W白光LED灯代替了25W白炽灯泡,则在50000h的运用时刻中可节约1000亿度电。别的,从经济方面来比较,用1个3W白光LED灯点了50000h,总的花费是209元,若用25W白炽灯泡需花费688.4元,相差479.4元。
2.6. 本课题的设计布景
白炽灯自发明以来已有150年历史,而白光LED灯泡出产才几年。现在在市场上已有白光LED的手电筒、在矿上有白光LED的矿灯,不只亮度好,而且节电。家用白光LED灯泡现在还没有上市,而且现在只能出产小功率的灯泡,在亮度方面还不如节能荧光灯亮,且价位还较高,普通家庭还难以承受。
跟着半导体资料及工艺技术的进步,出产量的添加,笔者以为或许还需3～5年时刻,LED照明灯的功能会进一步地进步,价格也会不断地下降,它将逐渐地进入千家万户,给您带来节电、明亮的新的光源。
LED日光灯节电高达80％以上，寿数为普通灯管的10倍以上，简直是免维护，不存在要常常替换灯管、镇流器、起辉器的问题，约半年下来节约的费用就能够换回本钱。绿色环保型的半导体电光源，光线柔软，光谱纯，有利于工人的视力维护及身体健康，6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，有助于集中精神，进步功率。
适用范围：写字楼、工厂、商场、校园、居家等室内照明。
因而,探讨LED在节能灯中的运用，必将是今后一个阶段照明体系的一个重要的开展方向。
3. 硬件设计 3.1. 电容降压原理介绍
电容降压的作业原理并不杂乱。他的作业原理是运用电容在必定的沟通信号频率下发生的容抗来约束最大作业电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所发生的容抗约为3180欧姆。当220V的沟通电压加在电容器的两头，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不发生功耗，应为假如电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。依据这个特色，咱们假如在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两头所得到的电压和它所发生的功耗彻底取决于这个阻性元件的特性。例如，咱们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的沟通电压上，灯泡被点亮，宣布正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所发生的限流特性相吻合。同理，咱们也能够将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的沟通电上，灯泡相同会被点亮，而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的作业电流也约为70mA。因而，电容降压实际上是运用容抗限流。而电容器实际上起到一个约束电流和动态分配电容器和负载两头电压的角色。
选用电容降压时应留意以下几点：
1 依据负载的电流巨细和沟通电的作业频率选取恰当的电容，而不是依据负载的电压和功率。
2 限流电容有必要选用无极性电容，绝对不能选用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。
3 电容降压不能用于大功率条件，因为不安全。
4 电容降压不适合动态负载条件。
5 相同，电容降压不适合容性和感性负载。
电阻、电容和电感作为电子电路的基本元件，熟知它们的特性并灵敏地运用它们是非常重要的。
3.2. 固定照度的完成
原理，经过对光敏传感器的传感器信号采样，从来用PWM来调理灯的明亮状态,以保证环境的照度稳定.。
ADC0809的作业原理

图3－5 ADC0809的原理框图
要正确的运用ADC0809，就有必要简略了解ADC0809的数据输入格式和作业
时序。ADC0809的原理框图如下图3－5所示：
1）据输入格式
ADDA、ADDB和ADDC为ADC0809的8位模仿开关的3位地址选通输入端，用于挑选IN0～IN7上哪一路模仿电压送给比较器进行A/D转化，其对应联系如表3－2所示
表3－2 地址码与输入通道的对应联系


2）ADC0809的作业时序
ADC0809所需时钟信号能够由AT89C51的ALE信号供给。AT89C51的ALE信号一般使每个机器周期出现两次，故它的频率是单片机时钟频率的1/6。本体系AT89C51主频是6MHZ，使AT89C51的ALE上信号经过2分频后接到ADC0809的CLOCK输入端，就可取得500KHZ的 A/D转化脉冲，当然ALE上脉冲会在MOVEX指令的每个机器周期少出现一次，但一般状况下影响不大。
ADC0809的时序图为：

: 最小起动脉宽，典型值为100ns，最大值为200ns；

: 最小ALE脉宽，典型值为100ns，最大值为200ns；

: 模仿开关延时，典型值为1

s，最大值为2.5

s；

: 转化时刻，当f

=640KHZ时，典型值为100

s，最大值为116

s；

: 转化完毕延时，最大位8个时钟周期加2

s。

图3－6 ADC0809时序图
3.3. 运用电容降压电路驱动LED节能灯
选用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路﹐因为其具有体积小﹑本钱低﹑电流相对稳定等优点﹐常运用于LED的驱动电路中。
3.3.1. 举例剖析
图一 为一个实际的选用电容降压的LED驱动电路﹕请留意﹐大部分运用电路中没有衔接压敏电阻或瞬变电压按捺晶体管﹐建议衔接上﹐因压敏电阻或瞬变电压按捺晶体管能在电压突变瞬间( 如雷电﹑大用电设备起动等 )有效地将突变电流泄放﹐然后维护二级关和其它晶体管﹐它们的响应时刻一般在微毫秒级 。
但在本设计中，直接用5V电源供电。

3.3.2. 电路作业原理﹕
电容C1的作用为降压和限流﹕我们都知道﹐电容的特性是通沟通﹑隔直流﹐当电容衔接于沟通电路中时﹐其容抗核算公式为﹕
XC = 1/2πf C
式中﹐XC 表明电容的容抗﹑f 表明输入沟通电源的频率﹑C 表明降压电容的容量。
流过电容降压电路的电流核算公式为﹕
I = U/XC
式中 I 表明流过电容的电流﹑U 表明电源电压﹑XC 表明电容的容抗
在220V﹑50Hz的沟通电路中﹐当负载电压远远小于220V时﹐电流与电容的联系式为﹕
I = 69C 其中电容的单位为uF﹐电流的单位为mA
电阻R1为泄放电阻﹐其作用为﹕当正弦波在最大峰值时刻被切断时﹐电容C1上的残存电荷无法开释﹐会长久存在﹐在修理时假如人体接触到C1的金属部分﹐有激烈的触电或许﹐而电阻R1的存在﹐能将残存的电荷泄放掉﹐然后保证人﹑机安全。泄放电阻的阻值与电容的巨细有关﹐一般电容的容量越大﹐残存的电荷就越多﹐泄放电阻就阻值就要选小些。经验数据如下表﹕

D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是将沟通电整流为脉动直流电压。
C2﹑C3的作用为滤波﹐其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压
压敏电阻( 或瞬变电压按捺晶体管 )的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉﹐然后维护LED不被瞬间高压击穿。
LED串联的数量视其正导游通电压( Vf )而定﹐在220V AC电路中﹐最多能够达到80个左右。
组件挑选﹕电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值﹐在220V,50Hz的沟通电路中时﹐能够挑选耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。
D1 ~D4 能够挑选IN4007。
滤波电容C2﹑C3的耐压依据负载电压而定﹐一般为负载电压的1.2倍。其电容容量视负载电流的巨细而定。
下列电路图为其它方式的电容降压驱动电路﹐现举例如下﹕

图 二
在图 二 电路中﹐可控硅SCR及R3组成维护电路﹐当流过LED的电流大于设定值时﹐SCR导通必定的视点﹐然后对电路电流进行分流﹐使LED作业于恒流状态﹐然后避免LED因瞬间高压而损坏。

图 三
在图三电路中﹐C1﹑R1﹑压敏电阻﹑L1﹑R2组成电源初级滤波电路﹐能将输入瞬间高压滤除﹐C2﹑R2组成降压电路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及压敏电阻组成整流后的滤波电路。此电路选用双重滤波电路﹐能有效地维护LED不被瞬间高压击穿损坏。

图四 是一个最简略的电容降压运用电路﹐电路中运用两只反并联的LED对降压后的沟通电压进行整流﹐能够广泛运用于夜光灯﹑按钮指示灯﹐要求不高的位置指示灯等场合。
3.4. 硬件设计框图

3.5. 原理图设计

3.6. 电容降压电源原理和核算公式
这一类的电路一般用于低本钱取得非阻隔的小电流电源。它的输出电压一般可在几伏到三几十伏，取决于所运用的齐纳稳压管。所能供给的电流巨细正比于限流电容容量。选用半波整流时，每微法电容可得到电流（平均值）为：（世界规范单位） I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C =0.44*220*2*3.14*50*C=30000C =30000*0.000001=0.03A=30mA假如选用全波整流可得到双倍的电流（平均值）为： I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C =0.89*220*2*3.14*50*C=60000C =60000*0.000001=0.06A=60mA一般地，此类电路全波整流虽电流稍大，但是因为浮地，稳定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。 运用这种电路时，需求留意以下事项： 1、未和220V沟通高压阻隔，请留意安全，谨防触电！ 2、限流电容须接于火线，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。 3、留意齐纳管功耗，严禁齐纳管断开运转。
4. 装配进程 4.1. 资料挑选 4.1.1. 降压用CBB电容
常用CBB电容：常用CBB金属化电容，规格有104/400V 、334/400V 、105/400V 等。

4.1.2. 装置LED灯
白色，分光分色，多个串联不会出现色差 实际亮度15000~18000mcd 尺度：5mm 通明 发光视点：20度 电压：3.2-3.4v 电流：20毫安

装置图示

4.1.3. 塑料外壳

4.1.4. 装置好后的电路

5. 软件设计
本章首要介绍AD转化程序的设计完成


图8
图8
A/D转化器是将模仿量转化为必定进制的数字量。A/D转化器将电压量转化为正比的二进制数字量，乘以转化系数后可取得电压的数值量。
其转化原理，以八位以及0～10V量程的A/D转化器为例阐明采样原理。假设欲测量的采样电压Vinp=6.6伏，则A/D转化器的作业流程是：当启动脉冲输入后，操控逻辑开端作业，它使移位寄存器初始化为零，一起给时钟脉冲开门，体系在时钟脉冲节拍操控下同步作业。第一个时钟脉冲操控移位寄存器、D/A数据寄存器的最高位a7和B7置"1"，其余各位置"0"。二进制数10000000加到D/A转化器上，这时D/A转化器的输出电压VDA=

=5v
该电压送入逻辑比较器与待转化的测量电压Vinp比较，显然Vinp>VDA，此时经过逻辑操控电路使D/A数据寄存器的B7位坚持"1"；第二个脉冲宣布后使移位寄存器位a6和数据寄存器的B6为"1"，则加在D/A的二进制数值为11000000，此时D/A转化器的输出电压
VDA=

=7.5v
该电压与电压Vi再次比较，因为Vinp

6. 结语

使用安和力的教室护眼灯，不仅能为师生送去健康的光线，还能帮助学校省电！安和力的教室护眼灯比荧光灯具节能50%左右，光衰小，寿命长，学校后期维护成本低。

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