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作者：四川大学锦江学院 王红 文巧 李海龙
指导教师：杨建 杨雪梅

　　作品简介

　　一、产品图片　　

　　二、开发背景
　　国家财政部和发展改革委联合发布了《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》。国家发展改革委、财政部将分经批下达高效照明产品财政补贴推广的任务，省级节能主管部门会同财政部门制定了具体的实施方案，组织中标企业落实推广任务，确保实现“十一五”期间通过财政补贴方式推确保实现“十一五”期间通过财政补贴方式推广高效照明产品1.5亿只，可节电290亿千瓦时，减少二氧化碳排放2900万吨。在能源短缺和环境恶化的今天，起到了尤为重要的作用。
　　由于受到前期金融危机的影响产业发展缓慢;但随着我国“十城万盏”应用示范工程的推进和国内外市场形势的好转，半导体照明产业开始企稳回升，成为最先摆脱金融危机影响的产业之一。我国半导体照明产业形势的继续好转，并在节能减排和低碳经济概念的推动下，半导体照明开始成为热点产业，具有很好发展前。而灯源的节能排减，变得尤为重要。对于低功耗照明LED光源，调光也是比其他荧光灯、节能灯、高压钠灯等更容易实现，所以更应该在各种类型的LED灯具中加上调光的功能。因此，LED照明光源节能开发的具有很好的市场发展前景。

　　三、结构说明
　　以低功耗照明LED光源为基础，基于红外传感检测技术，以单片机控制技术为核心，实现光源的智能控制，同时设计采用传统开关即可具有光源的调光功能。使用集成电路TB99完成LED光源驱动芯片从而改变LED的电流，最终实现LED光源的亮度调节功能。
　　本设计基于TB99以及单片机STC15F101E,通过记录开关次数控制LED光源驱动芯片改变驱动电压的大小，从而实现LED光源的亮度调节功能，实现人性化的控制和更加环保节能。系统包括LED驱动和控制两大部分，LED驱动部分将市电转化为LED需要的电源，控制部分实现开关对LED亮度的调节功能。系统总体结构图如下图所示：　　

　　三、功能
　　开关调节光亮度：打开开关，手动控制开关的状态，分别会对应LED灯的三个级别的亮度：一级较暗;二级较亮;三级最亮。同时，设计具有记忆光度功能，在下一次打开时，还是上一次的亮度
　　红外检测：通过单片机控制红外检测，当检测到无人时，LED会自动关闭;当检测到有人是，会跟据人距离光源的位置来决定光的亮度：当人离红外检测较远时，灯较暗;继续走近，灯变亮;在最近的范围内，灯管最亮。

　　四、使用说明
　　家居中：通常通过开光来控制光源的亮度。打开开关，手动开关的状态，会有三中不同的光的亮度：较暗，较亮，很亮。在下一次打开开关的时候，光的亮度与上一次亮度一样。
　　楼道中：当没有人的时候，灯自动关闭;有人出现在红外感应范围的时候，灯会亮起，而且光的亮度会根据人离光源的距离不同，亮度自然调节。

　　平台选型说明

　　应我国半导体照明产业形势的好转，并在节能减排和低碳经济概念的推动下，半导体照明开始成为热点产业，具有很好发展前。而灯源的节能排减，变得尤为重要。对于低功耗照明LED光源，调光也是比其他荧光灯、节能灯、高压钠灯等更容易实现，所以在各种类型的LED灯具中加上调光的功能，会使得LED照明光源节能开发的具有很好的市场发展前景。
　　在能源短缺和环境更加恶劣的今天，是开发更节能的LED照明光源节能开发，激发了我们的创新热情;对LED照明光源节能开发具有非常广泛的应用性，在市场上会发展出更大的市场潜力。
　　基于环保节能，我们设计选型平台定位于LED照明光源开发设计。设计是采用低功耗照明LED光源为基础，基于红外传感检测技术，以STC15F101E单片机控制技术为核心，实现光源的智能控制，同时设计采用传统开关即可具有光源的调光功能。使用集成电路TB99完成LED光源驱动芯片从而改变LED的电流，最终实现LED光源的亮度调节功能，从而使设计更加人性化，更加环保节能，也是我们的设计平台的选择更加人性化，具有更广的应用市场，和很好的市场前景。

　　设计说明

　　一、设计方案
　　设计基于TB99以及单片机STC15F101E，通过记录用户开关次数控制LED光源驱动芯片改变驱动电压的大小，从而实现LED光源的亮度调节功能，实现人性化的控制和更加环保节能。系统包括LED驱动和控制两大部分，LED驱动部分将市电转化为LED需要的电源，控制部分实现开关对LED亮度的调节功能。系统结构图如下图所示：　　

　　当用户打开开关后，220V交流电经过LED驱动和开关电源给LED灯串和单片机及红外检测供电，单片机通过对用户打开次数的判断和红外检测的数据输出PWM波对LED驱动进行电流的控制，从而实现调光。
　　1、控制系统(STC15)模块
　　采用STC15F2K61S2单片机作为主控制芯片。STC15F2K61S2是一种集成度高、功能强的单片机芯片，适合于可靠性高、速度快和扩展功能强的应用系统。与以前的51系列单片机相比，增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。
　　2、LE D驱动模块
　　宽电压输入可以达90-285Vac，R16是可编程PWM输出频率的电阻，R108和R109电阻为采样电阻TB99的5引脚为单片机产生的调光PWM波的输入引脚，Q为N沟道的场效应管，作为开关管使用，当电源关断后，电感通过快速恢复二极管放电给LED供电。　　

　　3、220V交流电压的输入
　　220V交流输入，一端经过半波整流，另一端经过电阻后，由10uF电容滤波。右边是一个高压吸收电路，当开关管关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管上而导致击穿。开关管用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。右边的次级绕组经二极管整流，电容滤波后输出5V的电压。因为开关电源的工作频率较高，所以需要工作频率高的快速恢复二极管IN4007。同样因为频率高的原因，变压器也必须使用高频开关变压器，铁心一般为高频铁氧体磁芯，具有高的电阻率，以减小涡流。
　　电路图如下：　　

　　4、单片机系统电路
　　由于STC15F104E内部集成晶振，所以不用外加成本昂贵的晶振电路，产生的PWM波通过加到TB99，红外信号加到NPN三极管C945的基极，发射极接地，单片机采集三极管的集电极电平信号。　　

　　5、红外检测系统
　　定时器检测红外信号每15秒为一个检测周期，如果在检测周期内有一次检测的结果为有人，则本周期内保持PWM波的占空比，当在这短时间内如果20次检测的结果都为无人，则将PWM波的占空比设置为0%，此时灯熄灭，当此时红外给一个有人的信号时，单片机马上输出占空比为30%的PWM波。　　

　　进入定时器程序后，如果到了检测红外信号的时间，单片读取红外信号引脚的电平，如果判断结果为有人则继续保持此状态的亮度，如果有20次的判断结果均为无人，则输出占空比为0%的PWM波。且当此状态中如果判断有人进入照明区域则输出30%的PWM波，灯具输出第二级别的光亮度。
　　关键程序解释：
　　/* timer1 interrupt routine*/
　　void tm1_isr() interrupt 3 using 3
　　{
　　if (count1-- == 0)
　　{
　　if(FLAG==0)//高电平表示有人，低电平表示无人
　　{ g++; }
　　if(g>=20) //没有检测到人活动就关
　　{ PWM_OFF=20;
　　g=52;
　　if(FLAG==1)
　　{ PWM_OFF=15;
　　g=0;
　　}
　　}
　　}
　　}
　　由于P3.2的默认电平为高，且当红外的低电平信号不能很好的将其变低，所以采用了一个NPN的三极管，将红外的信号输出给三极管的基极，单片机采集其集电极电压，所以使用了语句if(FLAG==0)此语句判定高电平表示有人，低电平表示无人。
　　6、功率因数校正
　　当输入功率LED驱动器不超过 25瓦，一個简单的无源功率因数校正电路被添加到TB99典型应用电路，以通过C类设备EN61000 - 3 – 2标准中交流线路的谐波限制。典型应用电路图显示了如何在不影响其余部分的电路组效果可以做到。一個简单的电路由組3个二极管和2个电容组成，其补充整個AC线输入整流后的电流及限制工频电流的3次和五次谐波值，以改善谐波失真和功率因数大于0.85。　　

　　功率因数定义为有功功率P和视在功率S的比值：

　　7、整流电路
　　本电路是将220交流电路变为直流，提供给TB99，保险丝可以保护整个后级电路，安规电容失效后，不会导致电击，不危及人身安全;压敏电阻在一定电压范围内，阻值随电压变化而变化，热敏电阻器是抑制浪涌电流用的，整流桥将220V交流电整流成310V直流电压。　　

　　8、LED灯串数量计算
　　本设计的LED排列设计为了使全部灯组能够内置到T8管内，采用了6组并联，每组24串联，共144个LED灯数量的串并混合连接设计，由于每个3528型号的LED灯的额定电压为3.2V，额定电流为20mA，所以灯管的总电压为76.8V，总电流为120mA。

　　作品特色

　　一、 作品的先进性
　　本设计通过开关控制灯的三级亮度，满足了用户的需求，也做到了环保节能。
　　产品在应了国家财政部、发展改革委的要求的同时，也应了当代时尚、绿色环保的潮流。同时我国半导体照明产业形势继续好转，在节能减排和低碳经济概念的推动下，半导体照明开始成为热点产业，因此，LED照应光源设计具有很好的市场发展前景。

　　二、 实用性
　　使用方便;打开开关，手动控制开关的状态，分别会对应LED灯的三个别的亮度：一级较暗;二级较亮;三级最亮。同时，设计具有记忆光度功能，在下一次打开时，还是上一次的亮度。
　　红外检测感应灵敏：当检测到无人时，LED会自动关闭;当检测到有人是，会跟据人距离光源的位置来决定光的亮度：当人离红外检测较远时，灯较暗;继续走近，灯变亮;在最近的范围内，灯管最亮。

　　三、创新性
　　以低功耗照明LED光源为基础，基于红外传感检测技术，以单片机控制技术为核心，实现光源的智能控制，同时设计采用传统开关即可具有光源的调光功能。使用集成电路TB99完成LED光源驱动芯片从而改变LED的电流，最终实现LED光源的亮度调节功能。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2654