臺灣博碩士論文加值系統

照明設備是人類日常生活中不可或缺的重要器具，因此，全球各國使用在照明的總平均用電量相當可觀，根據2010年5月國科會國際合作簡訊，照明技術中指出照明電力占了全球用電量的五分之一，專家更預測2030年，全球對電力照明的需求還會上升八成，照明用電可分為商業（占70％）、住宅（占26％）和街道照明（占4％）三種，近來因國際能源日益匱乏，環保意識抬頭，若使用具省電和環保概念的新照明光源LED，以及改善用電效能的節能技術，全球照明電力消耗量可至少降低38％。節約能源並不是為了減少使用能源而降低生活品質，而應該是有效率的使用能源。
本研究針對照明用電、照明環境與心理反應之關係基於舒適與能源節約的角度，提出一套有效率的節能照明控制系統。系統架構包含微處理器模組、感測模組、LED驅動模組及LED照明裝置，並將自動調光的理想設定值置入微處理器模組中，再配合感測模組所感測到的訊號，及利用微處理器模組輸出PWM訊號，完成LED照明裝置的智慧調光。經實際測試結果，若在居家白天照明部份 (9:00~17:00) 使用照明，還可比未調光狀態減少能源消耗60~65％；而商家照明部份亦可達減少30~45%的電力使用。
本系統為使照明裝置能在不同環境光源及環境溫度下，可依照不同的需求自動調整所需照度及色溫。避免在電源開啟的狀況下必須提供全部的電力，而浪費過多不必要的照明用電。若應用在有自然採光的地方，節能效益更加明顯，例如商用室內、招牌看板、公共用電路燈及車用照明等，不僅可節省相當可觀的照明用電，同時也可以達到節能減碳的效益。
關鍵字：LED、節能、照明。

Lighting is an indispensable appliance to daily life of human. Therefore, the total average power consumption of every country around the world spending on lighting appliance is very appreciable. International Cooperation Sci-Tech Newsbrief (May 2010) mentions the lighting power consumed 20% rate in world energy usage. The requirement for lighting power will more increase to 80% in 2030, predicted by power experts. The lighting type includes commercial (70%), residential (26%) and street lighting (4%). Recently a lack of energy and rising of environmental awareness, lighting power consumption in the world expects to be reduced at least 38% by new lighting LED with energy saving and environmental concept, and combined with improvement of energy-saving technologies. Energy saving is not to have a negative effect on quality of life due to reducing power usage. However, energy shall be efficiently and appropriately applied.

In this study, provides an efficient energy-saving lighting control system in relation to lighting environment and psychological reaction to achieve comfortable atmosphere and energy saving. The system structure consists of a microprocessor module, sensor module, LED driver modules, and LED lighting device. To achieve the wisdom dimming of the LED lighting device by inputting auto-dimming ideal parameters into the microprocessor module, and using output PWM signal of microprocessor module and sensor module. The actual experiment conclusion, the common lighting in the home between 9:00 and 17:00 after using Dimmer system that can reduce the energy consumption around 60% to 65% than before, and the lighting for business store can reduce energy consumption around 30% to 45% .

In different environmental light and temperature, the system can automatically adjust the illuminance light as expected and color temperature based on various requirement of user. To prevent from much lighting power wasting and unnecessary full power load while power switch on. It can be fully applied in natural light, such as commercial interiors, signs, billboards and public electricity lights, automotive illumination, not only can save a considerable amount of electricity for lighting, but also It can achieve carbon reduction.


Keywords: LED, Energy-saving ,Lighting

中文摘要---------------------------------------i
英文摘要---------------------------------------iii
誌謝------------------------------------------v
目錄------------------------------------------vi
表目錄-----------------------------------------x
圖目錄-----------------------------------------xi
第一章
緒論 ------------------------------------------1
1.1 引言 --------------------------------------1
1.2 研究動機 -----------------------------------2
1.3 章節說明 -----------------------------------4
第二章 相關研究 ---------------------------------5
2.1 發光二極體介紹 ------------------------------5
2.2 LED的緣起及發展 -----------------------------5
2.3 LED 基本發光原理 ----------------------------8
2.4 光源照明特質 --------------------------------11
2.4.1 色溫 ------------------------------------11
2.4.2 演色性 ----------------------------------12
2.4.3 照度 ------------------------------------13
2.5 脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation，PWM）----15
2.6 LED應用現況與未來發展趨勢 ----------------------17
2.7 軟體開發系統簡介 ------------------------------19
2.7.1 KeilμVision 3 簡介 -----------------------19
2.7.2 Keil μVision 3 開發環境介紹 ----------------20
2.8I/O控制與傳輸 ---------------------------------24
2.8.1 UART 傳輸功能 -----------------------------24
2.8.2 UART 傳輸格式 -----------------------------25
2.8.3 UART串列埠mode1 控制 -----------------------26
2.9 光感測元件 ------------------------------------28
2.9.1 光敏電阻簡介 -------------------------------28
2.9.2 光二極體簡介 -------------------------------29
2.9.3 光電晶體簡介 -------------------------------29
第三章 電路設計與系統程式 ---------------------------31
3.1 LED節能照明控制系統電路設計 ---------------------32
3.1.1 電源模組 ----------------------------------34
3.1.2 感測模組 ----------------------------------34
3.1.3 照明模組 ----------------------------------39
3.1.4 微處理器模組 -------------------------------40
3.1.5 USB傳輸晶片模組 ----------------------------43
3.2 電路板製作 ------------------------------------46
3.2.1 電路板製作流程 ------------------------------47
3.3 智慧型照明控制系統程式設計 -----------------------51
3.3.1 照明控制裝置程式設計 -------------------------51
3.3.2 主系統監視人機介面 ---------------------------62
3.3.3 照明控制裝置流程圖 ---------------------------66
3.4 LED節能照明控制系統偵測流程 ----------------------67
第四章 系統整合與實驗結果 ----------------------------69
4.1 智慧型照明控制系統整合 ---------------------------69
4.1.1 操作步驟 ------------------------------------70
4.1.2 人機介面說明 ---------------------------------73
4.2 測試數據 ---------------------------------------74
4.3 實例應用 ---------------------------------------76
4.3.1 居家照明應用 ---------------------------------76
4.2.2 LED節能照明控制系統的應用 ----------------------78
第五章 結果與討論 ------------------------------------89
參考文獻 --------------------------------------------90
附錄 -----------------------------------------------92

[1] 國科會國際合作簡訊，照明技術，http://stn.nsc.gov.tw/files/stn_files/09905/resultch%202010-05.pdf。
[2] 台灣綠色生產力基金會-節能服務網，http://www.ecct.org.tw/print/48_2.htm#a2。
[3] 古必廣，2006年，數位式高性能太陽能路燈系統之研製，國立雲林科技大學電機工程系碩士班碩士論文 。
[4] 楊宏志，2007年，以綠建築評估指標探討綠建築民宿開發之研究--以台東鹿野鄉自用農舍用地為例，中國文化大學觀光休閒事業管理研究所碩士論文。
[5] 戴德炫，2009年，綠色能源之風力發電機成本效益評估研究:以春風發電機示範系統為例，國立交通大學工學院碩士在職專班永續環境科技組碩士文。
[6] 顏豪呈，2009年，建築物內水力發電裝置之研製，和春技術學院電機工程研究所碩士論文。
[7] 經濟部能源局，http://energymonthly.tier.org.tw/ outdatecontent.asp?ReportIssue=200205&Page=14 。
[8] 新電子，http://www.mem.com.tw/index.asp。
[9] http://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:%E9%A6%96%E9%A1%B5。
[10] LED-SHOP，http://www.led-shop.com.tw/page38.htm。
[11] 康智傑，2013年，科學發展 點亮未來─LED 照明。
[12] http://www.iaa.ncku.edu.tw/~cywen/labs/sciedu/NewEnergy/LED2.html。
[13] 張裕隆， 2003年，全般照明環境下色溫度變化對心理與生理反 應之研究，國立成功大學建築系研究所碩士論文。
[14] 石曉蔚，1997年，室內照明應用設計，淑馨出版社。
[15] 王笙光，2011年，LED之色溫與照度對使用者愉悅情感之影響－以餐桌環境為例，私立長庚大學工業設計研究所碩士論文。
[16] 李厚強，2002年，人工光源之照度及色溫對視覺感之影響與照明 方式調查研究，中原大學室內設計研究所碩士論文。
[17] 教育部-學校照明節能改善參考手冊 ，2012年。
[18] 國家照度標準(CNS12112)，http://210.69.61.125/8d15/page3-25.asp.
[19] Texas Instruments Inc., “LED driver considerations,” Analog Application Journal, 2004.
[20] N. Prathyusha and D. S. Zinger, “An effective LED dimming approach,” in Proc. IEEE IAS’04, 2004, pp. 1671-1676.
[21] 中國時報， http://www.hemidemi.com/bookmark/click/69918
[22] WT51F104 data sheet，http://www.weltrend.com.tw.
[23] Arnhein, R.，1976年《藝術與視覺心理學》李長俊譯，雄獅圖書公司。
[24] 顏兆詩，2010年，LED照明環境光源色溫度對辦公空間閱讀心理影響之研究，國立清華大學工業工程與工程管理學系碩士論文。
[25] 2013台灣電力公司電價費率表，http://www.taipower.com.tw.
[26] 泰菱電子網路電子型錄，http://www.tecpel.com.tw/dlmc.html