張琛

摘 要 調光器（dimmer）是用于改變照明裝置中光源光照量，并可進行一定調節(jié)的電氣裝置，其主要作用即為調節(jié)光照的不同亮度，達到控制照明的效果。文章所介紹的基于電子顯微鏡Led調光器，主要是以波控控制調光原理（又稱脈沖波寬度調制）為實現(xiàn)理論依據，波控控制調光其英文簡稱為PWM，是通過把電源方波進行數位化轉換，并對方波占空比進行調控，最終達到控制照明的有效目的。此次研究的電子顯微鏡LED調光器就是通過數字電位器、電容與場效應管等多種基礎性電子元件，達到產生控制PWM脈沖的目的，進而對光源實現(xiàn)亮度調控。

關鍵詞 便捷式電子顯微鏡；LED調光器；PWM脈沖波調節(jié)

中圖分類號：TN31 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0029-02

隨著經濟建設的高速發(fā)展，當今社會對于各類照明設備有了越來越高的要求，除了需要具備良好的照明效果之外，還要有低能耗、發(fā)熱量小以及使用壽命長等多方面的技術層面要求。LED固體光源正是基于當今社會需要應運而生。并且由于LED燈不具有熱慣性等現(xiàn)象，因此可以快速進行開啟與關閉。常見的LED調光方式主要是采用PWM即波控控制調光或稱為脈沖寬度調制。通過PMW調節(jié)，使LED可以持續(xù)保持額定電流的最大值，使其只存在完全熄滅與最大亮度兩種工作狀態(tài)，不存在中間過渡與色譜偏移，因此以PWM進行亮度調節(jié)的方式尤其適合于顯微鏡之類的細微精準觀察之中。但由于PWM類型LED調光器通常具有眾多的線路以及機電元件，體積自然也比較大，因此必須對傳統(tǒng)PWM型LED調光器進行改良，使其滿足便捷式顯微鏡的需要，使其更為精細、輕便，最終符合便攜式電子顯微鏡的便捷特性。

1 硬件設計

本方案主要將LED調光器構建為4大主要部分，分別為LED通斷開關、PWM脈沖波發(fā)生電路裝置、區(qū)域選擇轉換開關以及PWM區(qū)域控制裝置。PWM脈沖不斷由PWM發(fā)生裝置中產生，之后經過LED開關，使LED等在接收與斷開信號的過程中，實現(xiàn)LED的高速亮開與關閉。區(qū)域選擇轉換裝置，主要是通過對所選區(qū)域進行電路開啟，未選區(qū)域進行電路關閉的方式實現(xiàn)區(qū)域控制，其中脈沖波的占空比和區(qū)域轉換選擇開關主要是由一個總控制器進行統(tǒng)一控制。

1.1 PWM脈沖波發(fā)生裝置

該裝置是由數字電位器、反相器（NC7S14并含施密特觸發(fā)器）、電容和兩個肖特二極管等幾個電子元件所構成的電路。

電路示意圖如圖1所示，其中數字電位器以滑動變阻器圖標表示，2點的電位即為電容電壓，2點為低壓輸出時，經由反相器輸送到4點，此點的輸出轉換為高壓。再經由數字電位器的λR與肖基特二極管為電容充電，由此使電壓不斷上升。電容電壓升至施密特觸發(fā)器的上限閾值產生電壓，4點由反相器轉為低壓。電容經過肖基特管和數字電位器時，另端電阻（1-λ）R產生電流，電壓因此不斷下降，下降到施密特觸發(fā)器下限閾值時又使4點再次轉換為高壓，通過這種不斷循環(huán)轉換，使充電放電過程不斷進行，由于4點不斷進行高低壓轉換，因此產生了一連串的脈沖矩形波。并根據科學計算可以得出，本電路中的矩形波占空比具有線性可調性，且其數值只與數字電位器抽頭所在位置有關，不會因為元件的區(qū)別發(fā)生變化。

圖1 PWM脈沖波發(fā)生裝置電路原理示意圖

1.2 LED高速通斷開關裝置

由于NC7S14的輸出高電平電壓為5 V，并可能存在多個LED串聯(lián)的情況，因此輸出電壓可能不足以驅動電路，故LED燈組必須由電源模塊進行電壓供給，而PMW脈沖波是作用于操控LED的高速開關，因此為了確保高速開斷的功能，可以采取通過電壓操控電流的場效應管。該設計主要選擇ZXM61N02F場效應管，其主要為N道增強型的MOS管。只要VGS低于啟動電壓時，不管DS兩端具有多大的電壓，ID始終為0，因此可以使脈沖信號在轉換為低電平時，沒有電流經過LED，進而實現(xiàn)光照管控。此外在此種型號的場效應管中，開關速度也屬于高級別，能夠匹配LED的開關速度。

1.3 區(qū)域選擇轉換開關

采用芯片為MAX4644的單刀雙擲開關。當供電電壓為5 V時，最大電阻為4 Ω，且斷開漏電量只有0.01 nA，如果輸入端是低電平的話，公用端和其中一端連接，如果輸入端是高電平，公用端與其一端相連，綜上所述采用51單片機可以很容易實現(xiàn)光源選區(qū)的選擇控制。

1.4 PWM占空比與光源選區(qū)控制器

控制器不但需要對數字電位器抽頭端位置進行控制，還要對區(qū)域開關的通斷進行操控。這些都可以用改變芯片的方式控制引腳輸入來實現(xiàn)。因此采用51單片機便能輕松滿足這些操控要求。

1.5 調光系統(tǒng)的總體硬件

由于不同光源區(qū)域都設有PWM脈沖波發(fā)生裝置，因此每個區(qū)域都可以單獨產生線性可變的矩形脈沖方波。當某一區(qū)域數字電位器中，沒有信號輸入時，矩形脈沖方波仍可由反相器中的施密特觸發(fā)器以及電容產生。因此在此區(qū)域數字電位器被區(qū)域選中前，矩形脈沖方波的占空比可以始終保持不變，LED的亮度自然也就不會發(fā)生變化。

一個51單片機用來控制多區(qū)域的模擬開關與數字電位器，每個區(qū)域中的數字電位器其引腳與可以分別連接，從而減少單片機IO口的數量。當對某個區(qū)域的亮度調控時，只要使本區(qū)域的數字電位器其片選引腳的輸入轉變?yōu)榈碗妷?，之后對與進行調控。但其他未選區(qū)域因為引腳輸入為高電平，輸出沒有變化。故選擇此種方案，可以使51單片機的CPU負擔最大化縮減，更具節(jié)能便捷的功效。

2 軟件設計

圖2 LED調光器系統(tǒng)軟件流程

構建六個獨立按鍵對四個區(qū)域的亮度和區(qū)域選擇等進行控制，當中要有兩個按鍵用以控制明暗等級，實現(xiàn)對MAX5160中的、以及三個引腳的控制。在引腳作為下降沿并且引腳是低電壓的情況中，抽頭端W的輸出會產生變化，這時如果引腳輸出是高電平，抽頭端會切換至下個位置。如果輸入時高電平時，計數器將不參與工作，并保持當前的輸出情況，二位數字電位器也將鎖定，而芯片MAX5160在下次被選中前都將處于低功耗待機狀態(tài)。endprint

其余四個按鍵主要負責四大區(qū)域的控制，當其中一個按鍵被按下，那么相應的IO口的輸出也會隨之發(fā)生相應改變，進而讓對應的區(qū)域其光源進行開啟與關閉的狀態(tài)轉變，或者進行光照調控。其中的光照調控是指當區(qū)域開關被打開時，引腳的輸入為低電平狀態(tài)，這時該區(qū)域數字電位器的W抽頭端可以進行調控。

綜上所述，主要的軟件設計思路是當初始化進行完畢后，通過while（1）的死循環(huán)操作語句，使系統(tǒng)對六個獨立按鍵實施反復掃描，如果其中有按鍵按下，則需進行延時消抖，之后在實施確認操作，如果仍然還是按下，那么相應的操作參見圖2中所示。

3 研制結果

基于便捷式電子顯微鏡的特性，LED調光器必須在保證性能良好的基礎上，對元件數量、體積以及成本進行科學控制，而此設計方案中所采用的數字電位器、模擬開關以及反相器（含施密特觸發(fā)器）等電子元件，在當今市場中均具有貼片式結構元件，因此可以將該LED調光器的系統(tǒng)體系做到微小化。通過實際操作，所設計具有六個獨立按鍵的調光器系統(tǒng)可以良好實現(xiàn)LED等的32個等級以及四大獨立分區(qū)的操控，并且不具有色譜偏移或視覺中的光照閃爍感的情況發(fā)展，具有推廣價值。

4 結束語

基于便捷式電子顯微鏡的特點，本研制方案主要以便捷性為主，因此需要控制電子元件數量以及體積，并減少成本，還要便于與其他LED電路相連接，從而進行光度調節(jié)。此外，本方案還可作用于其他PWM脈沖型電子led調光器的光照調控，并且可以通過串行接口，將電子顯微鏡的主芯片DM365與調光器進行連接，操作者以觸屏的方式對主芯片進行指令下達，再由電子顯微鏡主芯片將指令傳輸給單片機，最后由單片機執(zhí)行IO輸出，最終達到智能化便捷調光的有效目的。

參考文獻

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[3]李鑫.無線智能照明系統(tǒng)的研究[D].天津大學碩士學位論文，2010楊傳彤.路燈智能控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)[J].黑龍江交通科技.2011，21（6）：292-293.

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[8]（美）JERRY WASINGER.僅用兩條線的LED調光器[J].EDN電子設計技術，2012（11）：86-86.endprint

其余四個按鍵主要負責四大區(qū)域的控制，當其中一個按鍵被按下，那么相應的IO口的輸出也會隨之發(fā)生相應改變，進而讓對應的區(qū)域其光源進行開啟與關閉的狀態(tài)轉變，或者進行光照調控。其中的光照調控是指當區(qū)域開關被打開時，引腳的輸入為低電平狀態(tài)，這時該區(qū)域數字電位器的W抽頭端可以進行調控。

綜上所述，主要的軟件設計思路是當初始化進行完畢后，通過while（1）的死循環(huán)操作語句，使系統(tǒng)對六個獨立按鍵實施反復掃描，如果其中有按鍵按下，則需進行延時消抖，之后在實施確認操作，如果仍然還是按下，那么相應的操作參見圖2中所示。

3 研制結果

基于便捷式電子顯微鏡的特性，LED調光器必須在保證性能良好的基礎上，對元件數量、體積以及成本進行科學控制，而此設計方案中所采用的數字電位器、模擬開關以及反相器（含施密特觸發(fā)器）等電子元件，在當今市場中均具有貼片式結構元件，因此可以將該LED調光器的系統(tǒng)體系做到微小化。通過實際操作，所設計具有六個獨立按鍵的調光器系統(tǒng)可以良好實現(xiàn)LED等的32個等級以及四大獨立分區(qū)的操控，并且不具有色譜偏移或視覺中的光照閃爍感的情況發(fā)展，具有推廣價值。

4 結束語

基于便捷式電子顯微鏡的特點，本研制方案主要以便捷性為主，因此需要控制電子元件數量以及體積，并減少成本，還要便于與其他LED電路相連接，從而進行光度調節(jié)。此外，本方案還可作用于其他PWM脈沖型電子led調光器的光照調控，并且可以通過串行接口，將電子顯微鏡的主芯片DM365與調光器進行連接，操作者以觸屏的方式對主芯片進行指令下達，再由電子顯微鏡主芯片將指令傳輸給單片機，最后由單片機執(zhí)行IO輸出，最終達到智能化便捷調光的有效目的。

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其余四個按鍵主要負責四大區(qū)域的控制，當其中一個按鍵被按下，那么相應的IO口的輸出也會隨之發(fā)生相應改變，進而讓對應的區(qū)域其光源進行開啟與關閉的狀態(tài)轉變，或者進行光照調控。其中的光照調控是指當區(qū)域開關被打開時，引腳的輸入為低電平狀態(tài)，這時該區(qū)域數字電位器的W抽頭端可以進行調控。

綜上所述，主要的軟件設計思路是當初始化進行完畢后，通過while（1）的死循環(huán)操作語句，使系統(tǒng)對六個獨立按鍵實施反復掃描，如果其中有按鍵按下，則需進行延時消抖，之后在實施確認操作，如果仍然還是按下，那么相應的操作參見圖2中所示。

3 研制結果

基于便捷式電子顯微鏡的特性，LED調光器必須在保證性能良好的基礎上，對元件數量、體積以及成本進行科學控制，而此設計方案中所采用的數字電位器、模擬開關以及反相器（含施密特觸發(fā)器）等電子元件，在當今市場中均具有貼片式結構元件，因此可以將該LED調光器的系統(tǒng)體系做到微小化。通過實際操作，所設計具有六個獨立按鍵的調光器系統(tǒng)可以良好實現(xiàn)LED等的32個等級以及四大獨立分區(qū)的操控，并且不具有色譜偏移或視覺中的光照閃爍感的情況發(fā)展，具有推廣價值。

4 結束語

基于便捷式電子顯微鏡的特點，本研制方案主要以便捷性為主，因此需要控制電子元件數量以及體積，并減少成本，還要便于與其他LED電路相連接，從而進行光度調節(jié)。此外，本方案還可作用于其他PWM脈沖型電子led調光器的光照調控，并且可以通過串行接口，將電子顯微鏡的主芯片DM365與調光器進行連接，操作者以觸屏的方式對主芯片進行指令下達，再由電子顯微鏡主芯片將指令傳輸給單片機，最后由單片機執(zhí)行IO輸出，最終達到智能化便捷調光的有效目的。

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