李亞文

(商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院,陜西 商洛　726000)

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一種智能電子調(diào)光燈的設(shè)計(jì)

李亞文

(商洛學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院,陜西 商洛726000)

摘要：采用STC89C51RC為主控芯片,通過ADC0809來采集光源信號,設(shè)計(jì)了一種智能的電子調(diào)光燈,利用PWM調(diào)光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)燈光的自動(dòng)調(diào)節(jié),主要包括自動(dòng)、手動(dòng)和呼吸模式;無線紅外模塊可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)外界環(huán)境的自然光情況,自適應(yīng)的調(diào)節(jié)電子燈的亮度。實(shí)物調(diào)試與仿真分析表明,該設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定,操作簡單,既可以保護(hù)人的視力,又可以較好的節(jié)省能源,具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：STC89C51RC; Proteus; PCB封裝; 調(diào)光技術(shù)

調(diào)光技術(shù)主要有三種[1-3]:一是采用直流電流LED的調(diào)光技術(shù);二是采用脈寬調(diào)制的調(diào)光技術(shù);三是可控硅對LED調(diào)光的調(diào)光技術(shù)?，F(xiàn)在的調(diào)光系統(tǒng)是由附加諸多的電磁兼容措施的強(qiáng)電控制部分和弱電控制部分組成[4],強(qiáng)電部分大多數(shù)還運(yùn)用SCR斬波調(diào)壓技術(shù);而弱電部分則不僅在國內(nèi)有了發(fā)展,在國外也有了長足的發(fā)展[5]。本文設(shè)計(jì)一種以STC89C51RC單片機(jī)為控制核心,集多種功能于一體的智能電子調(diào)光燈,該調(diào)光燈光亮度調(diào)節(jié)具有自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式,具有呼吸模式功能和外遙控等功能。

1智能電子調(diào)光燈的方案設(shè)計(jì)

選用STC89C51RC作為單片機(jī)主控芯片,選用三種不同顏色的LED來指示不同的工作模式,工作模式和LED的亮度通過按鍵塊調(diào)整,照明模塊用白光LED,光敏模塊對光敏信號的采集通過ADC0809芯片來實(shí)現(xiàn),LED的光度自動(dòng)調(diào)節(jié)通過利用PWM調(diào)光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。主要的模塊包括:指示燈模塊、按鍵模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、紅外無線遙控模塊、自鎖開關(guān)和AD/DC模塊以及主控芯片STC89C51的接口分配情況如圖1所示。

圖1　電子調(diào)光燈系統(tǒng)組成框圖Fig.1　The block diagram electronic of dimming light system

2硬件設(shè)計(jì)

2.1主控芯片

STC89C51具有 8K可編程Flash存儲器的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器[6-7],它所擁有的靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案并具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash、512字節(jié)RAM、32位I/O口線、看門狗定時(shí)器、內(nèi)置4KBEEPROM、MAX810復(fù)位電路和三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等。

2.2外圍模塊

各部分外圍模塊與主控芯片的連接情況如圖2所示。

圖2　硬件設(shè)計(jì)電路原理圖Fig.2　The designning schematics of hardware circuit

(1) 指示燈模塊。接了一個(gè)5V的電源,綠燈D1、黃燈D2、紅燈D3各串聯(lián)了一個(gè)電阻,這個(gè)電阻為分壓電阻,綠燈的驅(qū)動(dòng)電流大,串聯(lián)電阻R1比較小,同理因?yàn)辄S燈和紅燈的驅(qū)動(dòng)電流比較小,所以串聯(lián)的電阻R2、R3比較大。

(2) 按鍵模塊。3、4腳內(nèi)部導(dǎo)通,K1、K2、K3串聯(lián)并接地。

(3) 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。電阻103和光敏電阻串聯(lián)分壓,光敏電阻感應(yīng)光的強(qiáng)度的變化,光越強(qiáng),阻值越小,C4起到了濾波的作用。ADC0809的10腳和單片機(jī)的30腳相連,10腳是時(shí)鐘信號腳,普通情況下,通過單片機(jī)的中斷來輸出時(shí)鐘信號,本設(shè)計(jì)是通過與30腳相連來實(shí)現(xiàn),因?yàn)?0腳在正常工作下輸出時(shí)鐘信號,程序簡單,節(jié)省I/O端口。

(4)LED驅(qū)動(dòng)模塊,其三極管為PNP型,在低電平時(shí)導(dǎo)通,并給整個(gè)LED驅(qū)動(dòng)模塊提供驅(qū)動(dòng)電流。

(5) 紅外接收模塊,C4、C5并聯(lián)起到了濾波的作用,R8是分壓作用,R4是上拉電阻使輸出信號穩(wěn)定。

對電子調(diào)光燈的亮度控制與光敏控制主要程序如下:

while(1)

{∥讀取亮度AD值

LL=ADC0809();

∥亮度控制

∥光敏控制

if(Mode==2)

{if(LL>50)

{X1=0;}

else{if(LL-1>0xf0)

LL=1;

X1=1020-LL*20;}}

3軟件仿真設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)流程

先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化,之后讀取AD值來判斷當(dāng)前的工作模式,工作模式分為三種,即手動(dòng)模式、自動(dòng)模式、呼吸模式等,根據(jù)當(dāng)前的工作模

式進(jìn)行工作,然后判斷按鍵是否按下,若按下則重新判斷當(dāng)前的工作模式,否則則繼續(xù)當(dāng)前的工作模式,如圖3所示。

圖3　設(shè)計(jì)流程圖Fig.3　Designing flowchart

3.2Protues仿真

為了較好的實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路以及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真[8]、在Proteus進(jìn)行智能電子調(diào)光燈的模擬仿真,不僅提高效率,還降低了降低成本,其仿真的原理圖如圖4所示。

3.2PCB封裝

根據(jù)在protues的建立的智能電子調(diào)光燈仿真原理圖,原理圖仿真是印制板編輯的前提和基礎(chǔ),對于同一個(gè)電路系統(tǒng)來說,原理圖中的元器件電氣連接與印制板中的元器件的連接關(guān)系應(yīng)完全相同[9]。原理圖中的元器件用電氣圖形符號表示,印制電路板中的元器件用封裝圖描述,原理圖中的已經(jīng)包含了元器件的電氣連接關(guān)系[10],將電路進(jìn)行封裝后布板如圖5所示,即為圖4原理圖相對應(yīng)的封裝圖。

圖4　電子調(diào)光燈仿真原理圖Fig.4　Electronic dimming lights simulation schematic

圖5　PCB封裝圖Fig.5　PCB package diagram

4實(shí)物調(diào)試與實(shí)現(xiàn)

安裝設(shè)計(jì)好的仿真電路并對其進(jìn)行實(shí)物組裝與調(diào)試,其實(shí)物圖如圖6所示,為了較好的測試電子調(diào)光燈的性能,實(shí)驗(yàn)在不同光線環(huán)境下觀察調(diào)光燈的亮度變化,如圖7所示為2種不同亮度情況下調(diào)光燈的亮度變化。

將圖7中亮度1和亮度2兩種情況下的調(diào)光燈,在電子示波器顯示出來便于直觀觀察,如圖8所示。

5結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種智能的電子調(diào)光燈,以STC89C51RC為主控芯片,外加外圍模塊:指示燈模塊、按鍵模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、紅外無線遙控模塊、自鎖開關(guān)和AD/DC模塊等,實(shí)現(xiàn)三種工作模式:自動(dòng)、手動(dòng)和呼吸模式。在Protues中進(jìn)行電路仿真設(shè)計(jì)和PCB封裝,并完成實(shí)物組裝與調(diào)試,本設(shè)計(jì)的智能電子調(diào)光燈能隨著外界環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)光亮強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)真正的保護(hù)視力和環(huán)保節(jié)能。

圖6　電子調(diào)光燈實(shí)物Fig.6　The physical electronic dimming lights

圖7　不同環(huán)境下調(diào)光燈的亮度變化Fig.7　Brightness variation of light in different environments

圖8　不同亮度的電子示波器顯示Fig.8　Displaying of different brightness electron by oscilloscope

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李亞文女(1984-),陜西華縣人,講師,主要研究方向?yàn)槟Ｊ阶R別與跟蹤、硬件電路設(shè)計(jì)。

中圖分類號：TP 242

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項(xiàng)目：2015年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃訓(xùn)練項(xiàng)目(201511396724);2015年陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃訓(xùn)練項(xiàng)目(2275)

n New design of Intelligent Electronic Dimming Light

LI Yawen

(Electronicinformationandelectricalcollegeofengineering,ShangluoUniversity,Shangluo726000,Shaanxi)

Abstract：A new intelligent electronic dimming light is designed by center controller based on the STC89C51RC,collecting light signal through ADC0809,it use PWM dimming lighting technology to achieve automatic adjustment,including automatic,manual and breathing pattern;wireless infrared module can be implemented according to the natural light conditions of the external environment,to adapt the brightness of electronic lamp.The debugging and simulation analysis was showed that it was stable performance and simple operation.Therefore,the design can be better to protect human vision and save energy with some promotional value.

Key words：STC89C51RC; proteus; PCB package; dimming technology