LED照明系统光色度控制技术的研究

摘要

近年来LED照明产业不断发展，LED以光效高、亮度可调、易控制、寿命长、色彩多样等特点，逐渐进入了通用照明的领域。随着技术的发展和人们对生活品质要求的提高，色温可调、高显色性、智能LED照明系统逐渐受到人们的重视。针对目前 LED应用存在着色温调节不精确、显色性差、控制不方便等不足，本文对冷暖白光LED混合获得色温可调白光的方法、多基色LED芯片提高光源显色性、WRGB-LED模块获得宽色温可调高显色性白光的方法、室内照明控制系统设计等四个方面进行了较为完整的理论分析与工程设计，并进行相应的实验。本次课题完成的主要内容包括以下几个方面： 研究了双通道脉冲宽度调制的冷暖白光LED混色模型，推导出采用冷暖白光LED混合的LED模块在双通道脉冲宽度调制下的色温、最大光通量、显色指数的简捷计算公式。采用暖白光（色温3282K）和冷白光（色温12930K）两种白光LED进行混色实验，通过单片机控制脉冲宽度实现占空比可调。结果显示理论计算与实验值误差小，证明该模型调光的精确性。 研究了多基色LED芯片提高光源显色指数，基于测色法编写混合白光参数模拟计算软件。将实验测量得到的冷、暖白光及单色LED的光谱导入程序进行模拟计算，得到不同色温下合成光源显色指数的最大值，以及所对应的各种LED配比数量。结果表明，暖白光 LED与红、绿、蓝 LED合成可以获得色温介于3500K到12300K、显色指数Ra介于92.0到97.7的白光；与红、绿、青LED合成可以获得显色指数Ra介于95.0到97.8的低色温白光（3500K-4500K）。冷白光LED与红、绿、青LED合成可以获得显色指数Ra介于90.9到98.4的高色温白光（8200K-13000K）。对理论计算的色温为7803K和显色指数Ra为97.29的LED配比数量进行实际制作，实验测量结果为色温7992K，显色指数Ra为97.1。 研究了WRGB-LED模块得到宽色温动态变化且高显色性混合白光。采用暖白与红绿蓝三基色LED混合、脉冲宽度调制驱动，及优化的遍历范围，得到了高显色性、宽色温可调的LED合成白光。根据模拟计算结果进行实验验证，获得了色温从2572K至12585K的很大范围内准连续变化的混合白光，色温变化平均间隔为193K，并且显色指数Ra都能保持在93至96之间。 完成基于Zigbee、Wifi的室内照明控制系统的整体设计。采用C#语言编写了PC端照明控制软件，引入RGB混光、色温调节、显色指数优化算法，实现LED灯具的无线控制、色温调节、亮度调节、颜色变化等基本功能。

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第1章 引言

1.1 LED的发展与现状

1.2 光源色温和显色指数的重要性及国内外研究

1.3 智能照明发展及特点

1.4 课题来源及论文内容安排

第2章 冷暖白光LED混合获得色温可调白光的方法

2.1 色温选择的意义及控制技术

2.2 基于双通道PWM的冷暖白光LED混色模型

2.3 实验验证与结果分析

2.4 本章小节

第3章 多基色LED芯片提高光源显色性

3.1 提高显色指数的方法

3.2 显色指数模型的建立

3.3 合成白光显色指数仿真

3.4 仿真结果分析与实验验证

3.5 章节小节

第4章 WRGB-LED模块获得宽色温可调高显色性白光的研究

4.1 实现色温可调高显色性白光的方法

4.2 色温可调高显色白光模型的建立

4.3 模拟计算与实验验证

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小节

第5章 基于Zigbee的室内照明系统设计

5.1 Zigbee技术的特点

5.2 基于Zigbee的室内照明系统设计

5.3 硬件电路

5.4下位机软件设计

5.5 上位机控制软件及调光算法

5.6 本章总结

第6章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果