本科毕业论文___自适应led路灯控制器设计(编辑修改稿)

本科毕业论文___自适应led路灯控制器设计(编辑修改稿)内容摘要：

灯与 LED 路灯对比。 就以路灯为主的 大功率 LED 产品市场而言，已经有部分 LED 企业在 20xx 年下半年研发成功 LED 路灯 产品，并逐步推向市场，替代原有传统的 路灯 产品。 中国是目前全球城市化进程最快的国家之一，可以预料在未来的数十年内，全国各地对于 大功率 、高亮度、节能的 LED 路灯 产品的市场需求是极其庞大的。 据 20xx 年国家 路灯 行业统计，我国城市道路 照明 共有 1500 万只以上的路灯 ，近几年的增长率在 20%以上。 照此估算，全国每年 照明 路灯 的市场规模不低于 50 亿元，如使用 LED 路灯 ，每年可节电 20 亿度以上 [10]。 表 12 是传统路灯与 LED 路灯五年总体费用的比较。 表 11 传统路灯与 LED 路灯对比 杆高 7米 9米 光源 高压钠灯 LED 高压钠灯 LED 功率（ W） 250 60 400 90 价格（元） 1500 4500 20xx 6000 年用电（元） 219 1460 年电费（元） 219 1460 年维护费（元） 200 0 250 0 年节约运行费用（元） xx 大学学士学位论文 5 表 12 传统路灯与 LED路灯五年总体费用比较表 公里数 3公里（ 202盏） 5公里（ 333盏） 10公里（ 666盏） 传统路灯 LED路灯 传统路灯 LED路灯 传统路灯 LED路灯 光源费用 303000 909000 499500 1498500 999000 2997000 电缆设备费用 360000 36000 900000 125000 3600000 600000 五年的电费 921625 221190 1519315 364635 3038625 729270 变压器的费用 无 无 无 五年维护费用 几乎为零 几乎为零 几乎为零 合计 1584625 1166190 2918815 1988135 7637625 4326270 节省费用 418435 930680 3311355 LED 路灯 与现有高压钠灯路灯相比， 大功率 LED 路灯具有以下特点： 1． 扩大了 照明 范围； 2． 提高了 照明 均匀度； 3． 截光性好，无眩光（提高了道路照明安全性）； 4． 更好的显色性（接近自然光）； 5． 低能耗（相同照度下能耗仅为高压钠灯的 20%，节能 80%以上）； 6． 长寿命（有效使用寿命长达 50000 小时，光衰小于 15%）； 7． 智能 控制，免维护，环保无污染等。 近年来，国家半导体 照明 工程研发及产业联盟针对 LED 城市道路 照明 做了大量的调研工作，了解行业技术发展的新成果和市场发展新走向。 20xx 年联盟向北京奥运场馆业主单位 推荐了太阳能 LED 路灯 ， 100 余盏太阳能 LED 路灯 在奥运村现场展示。 日前，联盟参加了苏州“ 20xx 中国道路 照明 论坛”，论坛以“道路 照明 节能应用技术”为主题，近 200 多名国内道路建设单位的代表和道路 照明 的专家学者参会， LED 光源在道路 照明 中的应用成为本次会议的热点议题。 针对 目前 LED 路灯 标准不能快速出台的局面，联盟正在筹建技术规范工作组，准备选择 LED 路灯 为切入点，研究并制定相应测试方法技术规范等。 尽管我国的 LED 道路 照明 已经取得相当大的进展，但是仍存在着一些问题亟待解决。 诸如 LED 道路 照明 产品标准的缺位，不同显色指数的高压钠灯的照度标准不适合 LED 光源；劣质产品对市场推广产生消极影响，以次充好的 LED产品严重扰乱市场，造成主管部门对 LED 的可靠性持怀疑态度； 大功率 LED路灯 的初次购入成本较高，大约 是传统 路灯 的 23 倍，这给 LED 路灯 道路 照明产品的市场应用带来压力。 但是由于 LED 是半导体器件，采用直流电、低电压、低电流，不用逆变器和调压变压系统，是节能、低损耗、科学合理的 照明 系统。 如果用于 6m 以下 xx 大学学士学位论文 6 LED 路灯 、步道灯、庭院灯等，与普通铺电线市电路灯造价相差不大，特殊地形或地段还会便宜，在城乡一体化建设中大有可为。 未来 LED 产业的良性发展还须大力进行新产品研发，加强企业自主创新能力，形成整体竞争力，相信在国家政策的大力推动下，我国 LED 生产企业和LED 路灯 产业必定会势蓬勃发展。 论文研究内容 本文主要是要对自适应 LED 路灯的控制系统 进行深入分析和研究。 在对大功率 LED、单片机 80C51 及路灯控制器等进行详细的了解后，讨论自适应路灯控制系统的构思、设计方案，研究该装置的系统设计、工作原理，分析以80C51 单片机为主控单元的硬件电路，对电路的主程序进行了软件设计，采用了时间控制，环境参数控制以及手动控制相结合的控制策略。 PWM（ 脉冲宽度调制信号 ）调光和智能路灯控制系统相结合是该控制装置的主要特点， 利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制 ，通过调节脉冲信号的占空比， 从而达到改变 LED 路灯亮度的效果，以实现路灯的自适应功能。 MCS51 系列 单片机无 PWM 输出功能，所以采用定时器配合软件的方法共同实现。 使用者可以根据需要进行自行编程调节所要达到的路灯亮度。 xx 大学学士学位论文 7 第 2章 路灯控制系统设计技术基础 自适应控制 所谓适应性，是指系统能够灵活的配置，根据环境和用户的要求改变系统的大小，适应不同的需要，而且这种变化不需要重新开发或修改软件程序。 所谓自适应，是指这种适应性不需人工参与，具有自动的适应能力，自动感知系统应用环境和设备工作状态的变化，使系统适应环境，并保持在最好的状态。 在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。 因此，直观 地说，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。 自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。 任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。 从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。 作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表示。 这些扰动通常是不可预测的。 此外 ，还有一些测量时产生的不确定因素进入系统。 面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优，这就是自适应控制所要研究解决的问题。 自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样，也是一种基于数学模型的控制方法，所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。 具体地说，可以依据对象的输入输出数据，不断地辨识模型参数，这个过程称为系统的在线辩识。 随着生产过程的不断进行，通过在线辩 识，模型会变得越来越准确，越来越接近于实际。 既然模型在不断的改进，显然，基于这种模型综合出来的控制作用也将随之不断的改进。 在这个意义下，控制系统具有一定的适应能力。 比如说，当系统在设计阶段，由于对象特性的初始信息比较缺乏，系统在刚开始投入运行时可能性能不理想，但是只要经过一段时间的运行，通过在线辩识和控制以后，控制系统逐渐适应，最终将自身调整到一个满意的工作状态。 再比如某些控制对象，其特性可能在运行过程中要发生较大的变化，但通过在线辩识和改变控制器参数，系统也能逐渐适应。 常规的反馈控制系统对于系统内部特性 的变化和外部扰动的影响都具有一定的抑制能力，但是由于控制器参数是固定的，所以当系统内部特性变化或者外部扰动的变化幅度很大时，系统的性能常常会大幅度下降，甚至是不稳定。 所以对那些对象特性或扰动特性变化范围很大，同时又要求经常保持高性能指 xx 大学学士学位论文 8 标的一类系统，采取自适应控制是合适的。 但是同时也应当指出，自适应控制比常规反馈控制要复杂的多，成本也高的多，因此只是在用常规反馈达不到所期望的性能时，才会考虑采用。 大功率 LED路灯 LED LED（ Light Emitting Diode） ， 发光二极管 ，是一种固态的 半导体 器件，它可以直接把电转化为光。 LED 的心脏是一个半导体的 晶片 ，晶片的一端附在一个支架上，一端是负 极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。 半导体晶片由三部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子，中间通常是 1 至 5 个周期的量子阱。 当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED 发光的原理。 而光的波长也就是光的颜色，是由形成 PN 结的材料决定的。 LED 的内部结构如图 21 所示。 图 21 LED 内部结构 LED 特点： LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去 代替传统的光源，它有着广泛的用途。 1． 体积小。 LED 基本上是一块很小的晶片被封装在 环氧树脂 里面，所以它非常的小，非常的轻。 2． 耗电量低。 LED 耗电非常低，一般来说 LED 的工作电压是。 工作电流是。 这就是说：它消耗的电不超过。 3． 使用寿命长。 在恰当的电流和电压下， LED 的使用寿命可达 10 万小时。 4． 高亮度、低热量。 比 HID 或白炽灯更少的热辐射。 xx 大学学士学位论文 9 5． 环保。 LED 是由无毒的材料作成， 不像 荧光灯 含水银会造成污染，同时LED 也可以回收再利用。 红光 LED 含有大量的 As（砷），剧毒 6． 坚固耐用。 LED 是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。 灯体内也没有松动的部分，这些特点使得 LED 可以说是不易损坏的。 7． 可控性强。 可以实现各种颜色的变化。 [11] LED 光源的特点 1． 电压： LED使用低压电源，供电电压在 624v之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特 别适用于公共场所。 2． 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少 80% 3． 适用性：很小，每个单元 LED小片是 35mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 4． 稳定性： 10万小时，光衰为初始的 50% 5． 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级， LED灯的响应时间为纳秒级 6． 对环境污染：无有害金属汞 7． 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。 如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色 8. 价格： LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只 LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上 300～ 500只二极管构成 LED 分类 按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。 另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。 根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。 散射型发光二极管和达于做指示灯用。 按发光管出光面特征分 按发光管 出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。 圆形灯按直径分为 φ2mm、 、 φ5mm、 φ8mm、 φ10mm 及φ20mm 等。 国外通常把 φ3mm 的发光二极管记作 T1；把 φ5mm 的记作 T1（ 3/4） ；把 T1（ 1/4）。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。 按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的 LED（发光强度 100mcd）；把发光 xx 大学学士学位论文 10 强度在 10～ 100mcd 间的叫高亮度发光二极管。 一般 LED 的工作电流在十几mA 至几十 mA，而低电流 LED 的工作电流在 2mA 以下（亮度与普通发光管相同）。 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。 大功率 LED路灯 大功率 LED 广义上说就是单颗 LED 光源功率大于 (含 )的。 基本上我们以 1W 的为主。 大功率 LED路灯，顾名思义是单颗功率大于 1W以上，采用新型 LED半导体光源的路灯。 大功率 LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，大功率 LED路灯的光源采 用低压直流供电、由 GaN基功率型蓝光 LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、。