深圳大学实验报告课程名称：光电信息综合实验实验项目名称：LED光源控制实验(实验1)学院：光电工程学院专业：指导教师：学号：班级：报告人：实验时间：实验报告提交时间：教务部制
深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 光电信息综合实验 实验项目名称： LED 光源控制实验(实验 1) 学院： 光电工程学院 专业： 指导教师： 报告人： 学号： 班级： 实验时间： 实验报告提交时间： 教务部制
实验评分表1.迟交实验报告满一次，当次实验成绩扣5分，满两次扣10分.以此类(-40分)推,40分封顶.扣(20分)2.预习得分(40分)3.操作得分等级标准得分（在相应栏目中打优前1/3完成，且数据正确35~40实验态度好，动手能力和团队协作能力好良30~35前1/3-2/3完成，且数据正确实验态度良，动手能力和团队协作能力良中25~30前2/3-3/3完成，且数据正确实验态度中，动手能力和团队协作能力中差实验态度差，动手能力和团队协作能力差。态度0~25极不认真，损坏贵重设备等。其他做实验时，无预习报告者，当次实验成绩扣10-10分4.实验报告得分(40分)教师批阅意见：（在相应栏目中打√）口缺部分内容口缺计算过程口计算错误数据处理(20分)口缺测量结果表示口缺单位口图上数据不清晰口图上缺少数据口图的比例不合理口图表有误口未用坐标纸画图口数据未处理数据有偏差口误差太大口全缺口缺部分内容回答太简单口回思考题(10分)答不切题误差分析与实验口全缺口不够认真口不够具体小结(10 分)实验成绩评定：教师签字：年月日
实验评分表 1.迟交实验报告满一次,当次实验成绩扣 5 分,满两次扣 10 分.以此类 推,40 分封顶.扣 （-40 分） 2.预习得分 （20 分） 3.操作得分 （40 分） 等级 标准 得分(在相应栏目 中打) 优 前 1/3 完成，且数据正确 实验态度好,动手能力和团队协作能力好 35~40 良 前 1/3-2/3 完成，且数据正确 实验态度良,动手能力和团队协作能力良 30~35 中 前 2/3-3/3 完成，且数据正确 实验态度中,动手能力和团队协作能力中 25~30 差 实验态度差,动手能力和团队协作能力差。态度 极不认真，损坏贵重设备等。 0~25 其他 做实验时，无预习报告者, ,当次实验成绩扣 10 分. -10 4.实验报告得分 （40 分） 教师批阅意见：（在相应栏目中打 ） 数据处理(20 分) □ 缺部分内容 □ 缺计算过程 □ 计算错误 □ 缺测量结果表示 □ 缺单位 □ 图上数据 不清晰 □ 图上缺少数据 □ 图的比例不合理 □ 图表有误 □ 未用坐标纸画图 □ 数据未 处理 □ 数据有偏差 □ 误差太大 思考题(10 分) □ 全缺 □ 缺部分内容 □ 回答太简单 □ 回 答不切题 误差分析与实验 小结(10 分) □ 全缺 □不够认真 □不够具体 实验成绩评定： 教师签字： 年 月 日
实验1LED光源控制实验一、实验目的1.了解LED亮度调节的原理和方法2.了解LED色温实现连续控制的原理和方法。3.理解色温、相关色温的概念，主观感觉色温的变化对人体的影响。4.理解颜色混合匹配原理，结合实验加深对理论知识的理解。5.了解LED实现颜色控制的原理和方法，控制LED并混合出所需颜色。二、实验原理LED调光是指通过调光器调节LED的亮度，达到节能、环保、舒适等效果。调光器的原理有波宽控制调光（PulseWidthModulation，简称PWM），模拟调光。模拟调光，指用模拟线性技术调整电流的大小，只是简单的改变LED串的DC电流。模拟调光尽管实现简单，不会引入潜在EMC，但是由于LED的发光特性随着平均驱动电流而偏移，对于单色LED来说，其主波长会改变。对白光LED来说，其相关颜色温度（CCT）会改变。对于人眼来说，很难察觉到红、绿或蓝LED中几纳米波长的变化，特别是在光强也在变化的时候。但是白光的颜色温度变化是很容易检测的。同时模拟调光还面临输出电流精度的问题，而这种精细控制在RGB应用中特别重要。另外在对比度、能耗等方面PWM调光同样具有优势，因此在大多数设计中仍然使用PWM数字调光。PWM调光是一种利用简单的数字脉冲，反复开关LED驱动器的调光技术。只需要提供宽/窄不同（占空比高/低）的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节LED的亮度。PWM调光的优点在于能够提供高质量的光亮度控制，以及应用简单，效率高。实验使用功率LED灯，驱动电流大于500mA，因此为了提供极佳的亮度控制和较高能量利用率，采用开关驱动电源结合PWM调光方式。如果人体眼晴受到外界光的刺激，人就会产生特定的主观感受，这个感受被称为颜色。表述光源颜色的方法有很多种，用“色温”的概念表述热辐射光源的颜色是一种准确而简单的方法。作为描述光源和其他物体的光度特性的重要物理量，光源的色温是通过对比其色彩和理论的热黑体辐射（简称黑体，在任何温度下对任何波长的辐射能的吸收率都等于1的物体，是一种理想的模型，也叫完全辐射）来确定的。热辐射发射光源的光谱是连续而光滑的。对黑体而言，温度不同，颜色也不一样。黑体发光的颜色与温度存在唯一的对应关系。色温是颜色温度的简称，在表述某光源的颜色时，常常把该光源的颜色与黑体发光的颜色进行比较。色温是
实验 1 LED 光源控制实验 一、 实验目的 1. 了解 LED 亮度调节的原理和方法 2. 了解 LED 色温实现连续控制的原理和方法。 3. 理解色温、相关色温的概念，主观感觉色温的变化对人体的影响。 4. 理解颜色混合匹配原理，结合实验加深对理论知识的理解。 5. 了解 LED 实现颜色控制的原理和方法，控制 LED 并混合出所需颜色。 二、 实验原理 LED 调光是指通过调光器调节 LED 的亮度，达到节能、环保、舒适等效 果。调光器的原理有波宽控制调光（Pulse Width Modulation，简称 PWM），模 拟调光。 模拟调光，指用模拟线性技术调整电流的大小，只是简单的改变 LED 串 的 DC 电流。模拟调光尽管实现简单，不会引入潜在 EMC，但是由于 LED 的发 光特性随着平均驱动电流而偏移，对于单色 LED 来说，其主波长会改变。对白 光 LED 来说，其相关颜色温度（CCT）会改变。对于人眼来说，很难察觉到红、 绿或蓝 LED 中几纳米波长的变化，特别是在光强也在变化的时候。但是白光的 颜色温度变化是很容易检测的。同时模拟调光还面临输出电流精度的问题，而 这种精细控制在 RGB 应用中特别重要。另外在对比度、能耗等方面 PWM 调光 同样具有优势，因此在大多数设计中仍然使用 PWM 数字调光。 PWM调光是一种利用简单的数字脉冲，反复开关LED驱动器的调光技术。 只需要提供宽/窄不同(占空比高/低)的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出 电流，从而调节 LED 的亮度。PWM 调光的优点在于能够提供高质量的光亮度 控制，以及应用简单，效率高。 实验使用功率 LED 灯，驱动电流大于 500mA，因此为了提供极佳的亮度 控制和较高能量利用率，采用开关驱动电源结合 PWM 调光方式。 如果人体眼睛受到外界光的刺激，人就会产生特定的主观感受，这个感受被 称为颜色。表述光源颜色的方法有很多种，用“色温”的概念表述热辐射光源的 颜色是一种准确而简单的方法。作为描述光源和其他物体的光度特性的重要物理 量，光源的色温是通过对比其色彩和理论的热黑体辐射(简称黑体，在任何温度 下对任何波长的辐射能的吸收率都等于 1 的物体，是一种理想的模型，也叫完全 辐射)来确定的。 热辐射发射光源的光谱是连续而光滑的。对黑体而言，温度不同，颜色也不 一样。黑体发光的颜色与温度存在唯一的对应关系。色温是颜色温度的简称，在 表述某光源的颜色时，常常把该光源的颜色与黑体发光的颜色进行比较。色温是
以绝对温度K（开尔文）为单位表示的，以黑体辐射的0K=-273℃为起点，加热黑体。随着温度的升高，黑体辐射便进入可见光领域，依次由深红-浅红-橙黄-白-蓝逐渐变化。当某一光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体的绝对温度表示为该实际光源的色温。例如，在3000K时，灯泡的发光颜色与黑体的发射光相同，我们便称灯泡的色温是3000K。黑体发射光的相对光谱功率分布由普朗克定律给出：(1)P(a,T)=a-s (esa -1)其中：T为黑体的绝对温度（k）：a为波长（nm)：c为第一辐射常数，即G=3.7417749×10-l6Wm2；c,为第二辐射常数，即c,=1.4388×10-m-k。如图1所示，在x-y色度图上，黑体的色温在x-y色度图上是一条近似弧形的曲线，称作黑体轨迹，也叫黑体曲线或普朗克轨迹线。其中的横轴X、纵轴Y，即为颜色的坐标，称为色坐标。我们可以通过色坐标，计算得出光源的色温大小。随着黑体温度的升高，其光谱的分布的最大功率向波长较短的方向移动，光的颜色像蓝色方向变化，其颜色变化顺序依次为红→橙黄→黄→黄白→白→蓝白，色温在3300K以下有温暖的感觉，色温在3000K-5000K为中间色温，有爽快的感觉，色温在5000K以上有寒冷的感觉，不同的色温可以给人不同的生理和心理影响。一般而言，低色温的光源能量分布集中，红光辐射相对多一点，色温增大，蓝光一辐射的比例增加。0.9S..830.450..CCK(b))(a)000-0.50.15000.20000.25000.30000.35000.40010图1（a）CIE1931x-y色度图：（b）CIE1960UCS均匀色度图中的黑体色轨迹及等相关色温线光源光源色温（概数）/K色温（概数）/K阴天6800~7500蜡烛光2000中午阳光5000~5400钨丝灯2700
以绝对温度 K（开尔文）为单位表示的，以黑体辐射的 0K=-273℃为起点，加热 黑体。随着温度的升高，黑体辐射便进入可见光领域，依次由深红-浅红-橙黄- 白-蓝逐渐变化。当某一光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体的绝对温度表示 为该实际光源的色温。例如，在 3000K 时，灯泡的发光颜色与黑体的发射光相同， 我们便称灯泡的色温是 3000K。 黑体发射光的相对光谱功率分布由普朗克定律给出： (1) 其中： 为黑体的绝对温度 ； 为波长 ； 为第一辐射常数，即 ； 为第二辐射常数，即 。 如图 1 所示，在 色度图上，黑体的色温在 色度图上是一条近似弧形 的曲线，称作黑体轨迹，也叫黑体曲线或普朗克轨迹线。其中的横轴 X、纵轴 Y， 即为颜色的坐标，称为色坐标。我们可以通过色坐标，计算得出光源的色温大小。 随着黑体温度的升高，其光谱的分布的最大功率向波长较短的方向移动，光的颜 色像蓝色方向变化，其颜色变化顺序依次为红→橙黄→黄→黄白→白→蓝白，色 温在3300K以下有温暖的感觉，色温在3000K-5000K为中间色温，有爽快的感觉， 色温在 5000K 以上有寒冷的感觉，不同的色温可以给人不同的生理和心理影响。 一般而言，低色温的光源能量分布集中，红光辐射相对多一点，色温增大，蓝光 辐射的比例增加。 图 1（a）CIE 1931 x-y 色度图；（b）CIE 1960 UCS 均匀色度图中的黑体色轨迹 及等相关色温线 光源 色温(概数)/K 光源 色温(概数)/K 阴天 6800~7500 蜡烛光 2000 中午阳光 5000~5400 钨丝灯 2700 2 1 5 / 1 , 1 c T P T c e T K nm 1 c 16 2 1 c Wm 3.7417749 10 2 c 2 2 c m k 1.4388 10 x y x y
没有太阳的昼光4500~4800卤素灯3000满月时的月光4000电子闪光灯5600日出、日落2000~3000夜星空10000表1不同时刻直射阳光与常见人工光源的色温值通常，任意光源发出的光的颜色与黑体发射光相近，不可能完全相同，所以可用“相关色温”的概念来描述光源的颜色。相关色温是指如果某个光源和某一温度下的黑体拥有相同亮度刺激的颜色，那么光源的相关色温就是这时黑体辐射体的绝对温度值。因为黑体是一种理想化的模型，而实际的光源光谱功率分布不可能和黑体辐射的光谱分布一致，所以实际光源的色度坐标不一定能够准确落在黑体轨迹上。当表示光源光色的色坐标点落在黑体色轨迹上时，说明该光源的光色与某一温度下的黑体的光色相同，计算出的就是光源的色温值，反之，当表示光源光色的色坐标点落在黑体色轨迹以外时，计算出的就是光源的相关色温值，光源的色坐标点偏离黑体色轨迹线越远，相关色温的概念越弱。对于气体放电灯、高显色LED光源灯，其颜色坐标接近黑体轨迹，可以用“相关色温”表述其颜色，相关色温概念具有重要的实际意义。要实现连续色温的调控，照明系统需要具有足够多的亮度调节功能。目前对灰度进行调制最常用的两种方式包括：（1）脉冲宽度调制（PWM)：（2）脉冲幅度调制（PAM)。对于脉宽调制方式（PWM)，在一个时钟周期内控制流过器件电流的时间长短来调节灰度，驱动电路根据灰度数据输出相应的脉冲宽度，研究表明，光源的平均亮度与电流脉冲宽度成正比，因此，只需将三基色光源各基色的最高灰度值乘上亮度百分比即得所需要的三基色的灰度值数据。当灰度数据为最高灰度级时，红基色、绿基色、蓝基色均达到最高亮度，假设分别为Grmax、Ggmax、Gbmax，则所需三基色亮度值G,、G，、G,在各基色中所占的比例为：--2-(2)在实际应用中，色温或色坐标是通过色度计直接测量的。本实验中将用到色温照度计对色温、色坐标及照度进行测量。色温照度计是照度、色坐标测量的精密仪器，使用过程中应注意仪器的使用安全，切勿将仪器浸泡在水中，不可按压LCD显示屏，使用环境保持在0-50℃，相对湿度<80%，长期未使用需将电池拆卸下来，月探测器在长时间照射下会遂渐老化，因而，使用完后应立即盖上探头盖。该色温照度计可进行色温测量和色差测量，即可以测量照度色坐标或照度、色温，也可以测量照度差、色坐标差或照度差、色差。本实验
没有太阳的昼光 4500~4800 卤素灯 3000 满月时的月光 4000 电子闪光灯 5600 日出、日落 2000~3000 夜星空 10000 表 1 不同时刻直射阳光与常见人工光源的色温值 通常，任意光源发出的光的颜色与黑体发射光相近，不可能完全相同，所以 可用“相关色温”的概念来描述光源的颜色。相关色温是指如果某个光源和某一 温度下的黑体拥有相同亮度刺激的颜色，那么光源的相关色温就是这时黑体辐射 体的绝对温度值。因为黑体是一种理想化的模型，而实际的光源光谱功率分布不 可能和黑体辐射的光谱分布一致，所以实际光源的色度坐标不一定能够准确落在 黑体轨迹上。 当表示光源光色的色坐标点落在黑体色轨迹上时，说明该光源的光色与某一 温度下的黑体的光色相同，计算出的就是光源的色温值，反之，当表示光源光色 的色坐标点落在黑体色轨迹以外时，计算出的就是光源的相关色温值，光源的色 坐标点偏离黑体色轨迹线越远，相关色温的概念越弱。对于气体放电灯、高显色 LED 光源灯，其颜色坐标接近黑体轨迹，可以用“相关色温”表述其颜色，相关 色温概念具有重要的实际意义。 要实现连续色温的调控，照明系统需要具有足够多的亮度调节功能。目前对 灰度进行调制最常用的两种方式包括：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲幅度调 制(PAM)。对于脉宽调制方式(PWM)，在一个时钟周期内控制流过器件电流的时间 长短来调节灰度，驱动电路根据灰度数据输出相应的脉冲宽度，研究表明，光源 的平均亮度与电流脉冲宽度成正比，因此，只需将三基色光源各基色的最高灰度 值乘上亮度百分比即得所需要的三基色的灰度值数据。 当灰度数据为最高灰度级时，红基色、绿基色、蓝基色均达到最高亮度，假 设分别为 、 、 ，则所需三基色亮度值 、 、 在各基色中所占 的比例为： max max max , , r g b r g b r g b G G G P P P G G G (2) 在实际应用中，色温或色坐标是通过色度计直接测量的。本实验中将用到 色温照度计对色温、色坐标及照度进行测量。色温照度计是照度、色坐标测量 的精密仪器，使用过程中应注意仪器的使用安全，切勿将仪器浸泡在水中，不 可按压 LCD 显示屏，使用环境保持在 0-50℃，相对湿度＜80%，长期未使用需 将电池拆卸下来，且探测器在长时间照射下会逐渐老化，因而，使用完后应立 即盖上探头盖。该色温照度计可进行色温测量和色差测量，即可以测量照度、 色坐标或照度、色温，也可以测量照度差、色坐标差或照度差、色差。本实验 Gr max Gg max Gb max Gr Gg Gb