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研究生: 黃彥博
Yen-po Huang
論文名稱: 考慮LED 溫升的照度控制
Luminous Control Considerating with LED Temperature Rising
指導教授: 劉益華
Yi-Hua Liu
口試委員: 王順忠
S. C. Wang
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
鄧人豪
Jen-Hao Teng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 59
中文關鍵詞: 溫度補償樹莓派3照明
外文關鍵詞: temperature compensation, Raspberry Pi 3, illumination
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高品質的蔬菜可以經由人工控制的植物工廠全年穩定生產。而環境變數,像是溫度、濕度、照度和二氧化碳濃度等,都屬於其控制項目。在植物工廠中,照明系統是一項關鍵因素,因為照明對於植物健全的生長非常重要。另一方面, 工作的溫度也影響了LED(Light-Emitting Diode) 的特性;因此,在設計LED 驅動電路時,
將溫度納入考慮也是相當重要的。
在本論文中,提出了適用於植物工廠中具有溫度補償的LED 驅動電路,並使用樹莓派3 實現溫度補償。當LED 的工作溫度到達門檻值時,輸出電流將會開始自動下降。為了驗證所提出的系統其正確性,首先建構一個7W 的原型電路,並在此平台上進行實驗。根據實驗結果,建構的系統可以讓LED 穩定操作,照明水平將維持在80%的輸出以上。


The high-quality vegetables can be steadily produced all the year
round by artificial control in plant factory. And the environment
parameters, like temperature, humidity illumination and concentrations of carbon dioxide, also are planned in it. In plant factory, the lighting system is a key component since lighting is very important for the healthy growth of plants. On the other hand, operating temperature affects the characteristics of LEDs. Light intensity and lifespan both decrease as the temperature increases; hence, it is important to take the temperature into
account when designing LED driving circuits.
In this thesis, a LED driving circuits with temperature compensation suitable for plant factory is proposed. The temperature compensation is realized using Raspberry Pi 3. When the operating temperature of LEDs reaches the threshold value, output current will start to decrease automatically. To validate the correctness of the presented system, an 7 W prototyping circuit is first built and experiments are carried out using this
platform. According to the experimental results, the constructed system can maintain LEDs' stable operation, and the illumination level can be kept with 80%.

摘要 ... I ABSTRACT ... II 誌謝 ... III 目錄 ... IV 圖目錄 ... VI 表目錄 ... IX 第一章 緒論... 1 1.1 研究背景與動機 ... 1 1.2 研究目的 ... 2 1.3 論文大綱 ... 3 第二章 LED 特性與基本驅動原理介紹... 4 2.1 LED 介紹 ... 4 2.1.1 LED 等效電路 ... 5 2.1.2 LED 發光強度與溫度關係 ... 6 2.1.3 LED 光強度與電流關係 ... 8 2.1.4 LED 溫度對壽命的影響 ... 8 2.1.5 LED 熱阻結構 ... 9 2.2 LED 串並聯 ... 11 2.2.1 被動電流控制 ... 12 2.2.2 主動電流控制 ... 15 2.4 PWM 調光原理介紹 ... 17 第三章 硬體架構及電路介紹 ... 20 3.1 硬體架構 ... 20 3.2 LED ( Cree XLampXPE ) ... 21 3.3 適配器 ( MW PLN-20-24 ) ... 23 3.4 LED 驅動電路介紹 ... 24 3.5 照度感測器介紹( TSL2561 ) ... 28 3.6 類比/數位轉換器( ADC121C021 ) ... 30 3.7 負溫度係數電阻( MMC TH11 4H104 ) ... 33 3.8 3.3V/5V 降壓晶片( TPS51225 )... 34 3.9 樹莓派( Raspberry Pi )... 35 3.9.1 樹莓派作業系統... 39 第四章 韌體架構 ... 40 4.1 PID 控制器介紹 ... 40 4.1.1 PI 控制器 ... 42 4.2 參數調適 ... 43 4.2.1 臨界靈敏度法 ... 44 4.2.2 1/4 衰減法 ... 44 4.2.3 Ziegler 與Nichols 調整準則 ... 45 4.3 加入溫度變化參數的PI 控制器 ... 46 4.4 程式流程圖 ... 47 第五章 實驗波形數據結果 ... 50 5.1 LED 規格與驅動電路輸出規格 ... 50 5.2 實作電路結果與波形量測 ... 50 第六章 結論與未來研究方向 ... 59 6.1 結論 ... 59 6.2 未來研究方向 ... 59 參考文獻 ... 60

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