基于單片機(jī)的節(jié)能LED調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計

葉福成　彭森

摘要：本文主要就LED的智能調(diào)光系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要是對AT89C2051單片機(jī)進(jìn)行闡述，該系統(tǒng)控制器能夠確保光照強(qiáng)度和對環(huán)境的光照強(qiáng)度，經(jīng)過科學(xué)的計算，能夠通過對PWM信號的改變實現(xiàn)對LED燈的發(fā)光強(qiáng)度即西寧控制，確保實際的光照強(qiáng)度能夠和環(huán)境光照強(qiáng)度進(jìn)行匹配，促使該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)保和智能的目的。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；照度；LED；調(diào)光

對于生活和工作中的照明需求而言，每個照明系統(tǒng)隨著發(fā)展需求而在不斷的進(jìn)步和變化。其中，智能化和環(huán)?；钱?dāng)代調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，因此，本文從LED的調(diào)光原理進(jìn)行入手，系統(tǒng)的對設(shè)計圖和硬件和軟件設(shè)計也進(jìn)行闡述，以確保LED的智能調(diào)光系統(tǒng)能夠符合我國不同環(huán)境的光照強(qiáng)度的需求。

1 LED調(diào)光系統(tǒng)的原理

LED調(diào)光的原理主要是在電壓產(chǎn)生比較小的變化時，能夠產(chǎn)生很大的影響在電流變化中。所以，可以通過對LED的伏安特性進(jìn)行分析，得出LED的照明燈很多都是恒流驅(qū)動，發(fā)光強(qiáng)度受工作電流的影響。要想保證調(diào)光系統(tǒng)的節(jié)能型，一般是通過對LED的功耗降低處理，實現(xiàn)LED的工作壽命的延長和降低其發(fā)熱的程度。當(dāng)前的LED調(diào)光主要有模擬調(diào)光、可控硅調(diào)光、PWM調(diào)光等方式。其中，模擬調(diào)光主要是對電流進(jìn)行改變，進(jìn)行調(diào)光目的?？煽毓枵{(diào)光則是在可控硅的導(dǎo)通角進(jìn)行電源功率的改變，實現(xiàn)其調(diào)光的作用。PWM調(diào)光則是通過開關(guān)電路進(jìn)行LED的控制，以達(dá)到調(diào)光的目的。模擬調(diào)光的特點是電路比較簡單，調(diào)光范圍首先，調(diào)光效率比較低?？煽毓枵{(diào)光能夠在之前的調(diào)光系統(tǒng)上進(jìn)行改變，但是該調(diào)光方式對之前設(shè)備的功率存在很大的影響，能夠降低其功率引述，造成LED出現(xiàn)閃爍。PWM調(diào)光的效率相比較模擬調(diào)光來說，是比較高的，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制，適用于軟件控制。但是在進(jìn)行軟件控制時，需要對MCU加強(qiáng)運用，因此，成本有了一定的提高。所以，綜合影響因素，本系統(tǒng)主要是PWM調(diào)光方式。

2系統(tǒng)方案設(shè)計

由于LED的高亮度和無毒、能夠再回收等特點，所以是21世紀(jì)綠色照明光源之一。在LED進(jìn)行調(diào)光作用的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)資源的保護(hù)。所以，本文的LED調(diào)光系統(tǒng)的控制核心為AT89C2051，通過光敏電阻作為光強(qiáng)信號的采集工作，同時將信號進(jìn)行傳遞至單片機(jī)，通過對PWM波的改變實現(xiàn)對LED的驅(qū)動電流的控制目的，從而進(jìn)行LED光度的調(diào)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要是通過手動控制模塊實現(xiàn)的。具體的系統(tǒng)設(shè)計圖1如下所示：

3硬件電路設(shè)計

（一）手動控制模塊

本文的LED調(diào)光系統(tǒng)的硬件電路主要就手動控制模塊進(jìn)行闡述，手動控制模塊主要能夠?qū)崿F(xiàn)對該系統(tǒng)的智能調(diào)光作用之外，還進(jìn)行了手動控制的設(shè)置。具體的電路圖如下所示。其中，第4鍵是自鎖按鍵，主要是進(jìn)行控制方式的改變，自動控制主要是彈起狀態(tài)，手動控制主要是按下狀態(tài)。該電路圖中的1鍵、2鍵、3鍵都可以進(jìn)行手動控制，其相應(yīng)的PWM波之間存在很大的空比差異，從而實現(xiàn)對LED光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。如圖2所示：

（二）主要電路功能及硬件選擇

給系統(tǒng)中的單片機(jī)是其最小的系統(tǒng)初始化設(shè)備，能夠紅絲線開關(guān)狀態(tài)的判斷工作，還具備對各程序模塊進(jìn)行調(diào)用的功能，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集工作和儲存工作，同時還可以進(jìn)行模糊計算和輸出控制等功能。本系統(tǒng)中的電路相對比較簡單，成本不高，功率耗能比較小。所以，本文主要采用AT89C2051，該設(shè)備主要含有2103 PEROM和128BRAM，20根引腳，能夠?qū)CS-51指令系統(tǒng)進(jìn)行兼容。同時，功能性比較強(qiáng)大，性價比比較高。存儲器電是進(jìn)行預(yù)設(shè)照度值的存儲。存儲器芯片一般是以2KEEPROM存儲器為主，因為其體積比較小，電路相對比較簡單。檢測電路主要是環(huán)境光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測，以提供科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，其檢測的準(zhǔn)確度很高，光照度傳感器的測量值是二進(jìn)制，所以光照強(qiáng)度比較精確。PWM調(diào)光電路能夠由單片機(jī)進(jìn)行PWM信號的輸出，隨后LED驅(qū)動電路進(jìn)行調(diào)光。PWM信號則是單片機(jī)通過模糊計算，通過相應(yīng)的軟件進(jìn)行的。PWM信號的占空比為1，LED保持全亮狀態(tài)，也就說LED處在最高額定功率。如果PWM信號的占空比為0，LED調(diào)光系統(tǒng)則是關(guān)閉狀態(tài)。而鍵盤電路則的按鍵是由外部進(jìn)行控制的，實現(xiàn)對單片機(jī)的預(yù)設(shè)照度值輸入工作。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件包括很多程序，其中主要有主程序和預(yù)設(shè)照度程序、照度檢測程序等等。主程序是對其它程序進(jìn)行調(diào)度的關(guān)鍵程序，單片機(jī)的調(diào)光主要是其PWM的占空比進(jìn)行操作的，所以，一般可以將調(diào)光程序和模糊程序進(jìn)行結(jié)合。

1、主程序

主程序主要是進(jìn)行初始化，隨后進(jìn)行手工控制開關(guān)的檢測，通過開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行智能調(diào)光程序的判斷。若開關(guān)是閉合狀態(tài)，就需要進(jìn)行外部中斷的開啟，對檢測程序進(jìn)行照度的調(diào)試，進(jìn)行環(huán)境光照強(qiáng)度值的獲取，通過存儲器進(jìn)行單片機(jī)的預(yù)設(shè)照度值的獲取，隨后進(jìn)行傳遞，使其至模糊程序，最后進(jìn)行LED調(diào)光系統(tǒng)的控制和管理。

2、預(yù)設(shè)照度程序

預(yù)設(shè)照度程序主要是通過中斷的服務(wù)程序進(jìn)行構(gòu)建的，一般存在2個服務(wù)程序，主要進(jìn)行預(yù)設(shè)照度值的調(diào)試，也就進(jìn)行其增加或遞減等操作。系統(tǒng)在進(jìn)行初始化時，首先將初始的阿照度值進(jìn)行變量環(huán)境中的存儲，在中斷開啟之后，通過變量的變化實現(xiàn)對總線通信程序的調(diào)用，隨后將通信程序進(jìn)行存取器的書寫。

3、照度檢測程序

照度檢測程一般是BH1750完成初始化之后，進(jìn)行信號的收集工作，隨后將信號進(jìn)行傳遞，使其至設(shè)備地址進(jìn)行信號的讀取工作，然將數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，獲取環(huán)境的光照強(qiáng)度。要想提升檢測的精確度，需要將測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值的求解。

5結(jié)束語

總之，在進(jìn)行LED智能調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計時，通過對單片機(jī)的應(yīng)用，能夠增加對系統(tǒng)的控制度，隨后通過光照度傳感器能夠?qū)h(huán)境的光照強(qiáng)度進(jìn)行勘探，通過模糊算法能夠?qū)⒄{(diào)光系統(tǒng)進(jìn)行光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，保證環(huán)境光照度的標(biāo)準(zhǔn)型。只有LED的調(diào)光系統(tǒng)以實際需求進(jìn)行設(shè)計的，才能實現(xiàn)電能的節(jié)約，所以，很有推廣的意義。endprint