臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用普通的單色溫3000 K、4000 K和5000 K的LED搭配單晶片PIC18F4520來設計一套可線性自動模擬全日色溫控制之智慧型LED照明燈具。此燈具在夜晚時會呈現低色溫狀態，使人體處於分泌褪黑激素的狀態；而在入睡前夕，此燈會逐漸變暗，直至熄滅；在早晨起床前，此燈又會逐漸亮起，並且模擬日光的色溫，使人體內生理時鐘保持正常。此燈具可以應用在居家照明，尤其是應用在台燈上。相較於市面上的變色溫燈具，本研究設計的燈具具有可線性調節色溫，根據時間智能控制色溫，成本低等特點。

設計過程主要包括：根據色溫與色座標的關係推演出混光系統，此系統在不同色溫的兩種光源混光時，可以確定這兩種光源之間的電流比例與混光後的色溫之間的關係；控制程式包括PWM波形輸出程式和時鐘顯示程式；驅動電路設計主要包含降壓整流電路和變色溫電路。本燈具實際輸出的燈光色溫與理論色溫值進行比較，最大誤差在100 K以內；實測色座標與理論色座標進行比較，最大誤差在±0.8 %以內。

The research focused on designing a LED intelligent lighting luminaire, using the monochromatic color temperature LED, 3000 K, 4000 K, 5000 K, and single-chip microcomputer PIC18F4520, which will control the color temperature of the LED light module automatically, followed the sunlight changing. At night, the lighting luminaire will provide low color temperature environment for the best state of the melatonin secreting. The luminous output would dim gradually when one going to bed until lighting off. Before getting up in the morning, the luminous output would increase up gradually and simulate daylight environment by changing the color temperature of the luminaire according to the sunlight in order to maintain the human body to be in the normal and wealthy biological status. The lighting scheme may be applied to the residential lighting luminaire design, especially in the table light luminaire. Compared with the different design of commercial products, the lighting luminaire proposed has advantages of adjusting linearly and automatically in color temperature, control the color temperature according to the time, low cost and so on.

It is included, in this design, deducing a light mixing system according to the relation of the color temperature and color coordinate of the LED light sources. The system could ensure the current ratio relationship between two different color temperature illuminants and the color temperature of the mixed light. The design contained two main coding control programs, including clock generating program and PWM waveform output program. The drive circuit mainly consists of voltage reduction circuit and color temperature controlled circuit. Comparing the experimental test result with the theoretical properties of the light’s color temperature, the deviation is within 100 K. The deviation of the color coordinate is within ±0.8 %.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖表目錄 IV
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究流程與系統架構 2
1.4 章節敘述 4
第二章 光與色彩概論 6
2.1 光源概論 6
2.2 光源指標概說 7
2.2.1 光通量(Luminous Flux) 7
2.2.2 演色性(Color Rendering Index, CRI) 8
2.2.3 色溫(Color Temperature) 8
2.3 色彩的表示 10
2.3.1 色彩的數值表示 10
2.3.2 色彩方程式(Color Equation) 10
2.3.3 RGB色度系統 11
2.3.4 XYZ標準配色系統 11
2.3.5 色度座標 12
2.3.6 相關色溫轉換計算 14
2.4 結語 16
第三章 混光系統 17
3.1 全日日光色溫量測 17
3.1.1 日光量測設備介紹 17
3.1.2 日光量測數據 18
3.2 LED混光試驗 19
3.2.1 LED混光配比 19
3.2.2 試驗所選LED的特性 20
3.2.3 混光公式推導及驗證 22
3.3 結語.. 24
第四章 變色溫LED控制電路設計 25
4.1 系統架構確立 25
4.1.1 控制IC選定及单晶片PIC18F4520概述 25
4.1.2 硬體特性 26
4.1.3 其他特性 26
4.1.4 腳位說明 27
4.2 控制程式設計 27
4.3 PIC周邊電路設計 29
4.4 PWM波形輸出電路與程式設計 31
4.5 結語 35
第五章 驅動電路設計 36
5.1 整流降壓電路設計 36
5.2 變色溫電路設計 38
5.3 變色溫電路硬體實作 39
5.4 實驗數據量測與分析 41
5.5 結語... 50
第六章 結論與未來研究方向 51
6.1 結論 51
6.2 未來研究方向 51
參考文獻. 53
附錄 56

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