王麗霞，柴海莉，王久和

（北京信息科技大學(xué)信控中心 北京 海淀 100192）

LED燈調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王麗霞，柴海莉，王久和

（北京信息科技大學(xué)信控中心 北京 海淀 100192）

本文設(shè)計(jì)的LED燈自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)以TI公司的MPS430單片機(jī)作為控制器的主控芯片，結(jié)合光敏電阻以及人體紅外熱釋電傳感器HC-SR501，來(lái)檢測(cè)環(huán)境外界光強(qiáng)和人體活動(dòng)。采用了單片機(jī)的PWM控制方式實(shí)現(xiàn)LED燈亮度的調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，在硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，經(jīng)過(guò)調(diào)試，驗(yàn)證了方案的正確性。該LED燈自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)具備實(shí)用意義。

自動(dòng)調(diào)光；單片機(jī)；傳感器

1 引言

隨著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的美好生活需要，用電負(fù)荷的增加，能源問(wèn)題日益顯現(xiàn)。LED（發(fā)光二極管）作為一種新型發(fā)展的冷光源，具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等其它傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，代表著未來(lái)照明技術(shù)的發(fā)展方向。

本設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)以TI公司的MPS430單片機(jī)作為控制器的主控芯片，結(jié)合光敏電阻以及人體紅外熱釋電傳感器HC-SR501，來(lái)檢測(cè)環(huán)境外界光強(qiáng)和人體活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈光的自動(dòng)調(diào)光控制，這將大大的減少電能消耗。

2 LED調(diào)光系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由六大電路構(gòu)成，硬件結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 系統(tǒng)主控電路

本系統(tǒng)的主控模塊采用TI公司的MPS430單片機(jī)作為控制器的主控芯片。該單芯片超低功耗，電源電壓采用1.8～3.6V，MPS430是16位的單片機(jī)，有強(qiáng)大的處理能力，含有豐富的片上系統(tǒng)，及方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

由于MPS430單片機(jī)自身?yè)碛胸S富的資料，所以其最小系統(tǒng)不需過(guò)多的配置，只需配置復(fù)位電路，晶振電路和程序下載口即可。

2.2 系統(tǒng)供電電路

該控制系統(tǒng)的電源部分主要由5V的數(shù)字電源和12V的LED燈的驅(qū)動(dòng)電源。通過(guò)雙輸出的變壓器將幅值為220V的交流電轉(zhuǎn)變成幅值15V的交流電，再通過(guò)整流橋轉(zhuǎn)變成17V左右的直流電，但是該直流電的波動(dòng)，經(jīng)過(guò)濾波和L7812穩(wěn)壓之后，讓電壓穩(wěn)定在12V，但是雙路輸出都為12V，而單片機(jī)最小系統(tǒng)所需要的電源在1.8～3.6V左右，因此其中一路還需要經(jīng)過(guò)L7805穩(wěn)壓芯片將電壓穩(wěn)定在5V，再在5V基礎(chǔ)上通過(guò)L1117穩(wěn)壓芯片將電壓再次穩(wěn)壓到3.3V，作為單片機(jī)最小系統(tǒng)的數(shù)字電源。

2.3 數(shù)據(jù)采集電路

室內(nèi)的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此室內(nèi)的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。

（1）環(huán)境光采集電路

光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。

自然光或者某一安裝環(huán)境下的光強(qiáng)采集電路的原理圖如圖2。電路比較簡(jiǎn)單，由電源接一個(gè)5KΩ的電阻后與光敏電阻串聯(lián)后接地，光敏電阻上的電壓隨著光強(qiáng)度不同在變換，這個(gè)電壓送入單片機(jī)的A/D進(jìn)行采樣。

（2）人體存在信號(hào)采集電路

人體存在信號(hào)的采集電路采用了邏輯電平輸出的HCSR501型號(hào)的人體紅外感應(yīng)模塊構(gòu)成。

當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸入高電平，人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平。輸出低電平。熱釋電紅外傳感器能將檢測(cè)到的人發(fā)射的紅外線(xiàn)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。如果單片機(jī)接收到傳感器輸出的是高電平，則認(rèn)為有人體存在。其電路原理圖如圖2。

圖2 HC-SR501傳感器電路原理圖

2.4 LED燈驅(qū)動(dòng)電路

本文采用高亮白光LED燈進(jìn)行調(diào)光控制。高亮LED 燈一般導(dǎo)通電壓約為3.0V～4.3V，它的核心是PN結(jié)，其特性和普通二極管一樣。當(dāng)加載在LED燈兩端的電壓小于導(dǎo)通電壓，此時(shí)LED燈幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，LED燈不會(huì)點(diǎn)亮。而當(dāng)加載在LED燈兩端的電壓達(dá)到導(dǎo)通電壓，LED燈導(dǎo)通后。如圖3的驅(qū)動(dòng)電路，用三極管作為控制開(kāi)關(guān)來(lái)控制主回路的通斷。當(dāng)控制極為高電平，則燈亮，反之則滅。

圖3 LED燈驅(qū)動(dòng)電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想，各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程。

本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括：系統(tǒng)死循環(huán)主程序、信號(hào)采集模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、PWM調(diào)光驅(qū)動(dòng)模塊。

常用的LED燈調(diào)光方式是PWM調(diào)光，這種方式是通過(guò)改變流過(guò)LED的電流時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間的比而改變其亮度。流過(guò)LED燈的電流是恒定的，而在關(guān)斷時(shí)流過(guò)LED燈的電流是零。PWM調(diào)光是通過(guò)以人眼察覺(jué)不到的頻率快速開(kāi)關(guān)LED燈，為了人眼察覺(jué)不到，這個(gè)頻率應(yīng)該不小于100Hz。同時(shí)PWM調(diào)光有利于LED燈散熱。

在LED燈的驅(qū)動(dòng)電路中，燈的亮滅實(shí)際上是單片機(jī)給出的方波來(lái)控制的，單片機(jī)發(fā)出PWM波之后，高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，使得LED燈點(diǎn)亮。低電平時(shí)段內(nèi)為熄滅狀態(tài)。當(dāng)占空比D不同時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)燈亮的時(shí)常不一樣，也就是說(shuō)燈發(fā)出的光的總量是較多的，光強(qiáng)自然也就越高。也可以理解為占空比越高，施加在LED燈兩端的平均電壓也就越大，因此亮度越高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)是以R8C/25單片機(jī)為主控電路的控制芯片，通過(guò)與相關(guān)電路的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED及日光燈的調(diào)光控制。系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)光軟件程序的實(shí)現(xiàn)采用分塊模式去編寫(xiě)，將不必要的延時(shí)程序減少到最少，使系統(tǒng)的運(yùn)行效率大大提高。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明系統(tǒng)可以完成預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)光。

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TM923.34 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-5624（2018）02-0082-03