基于单片机的台灯亮度调节系统设计

闵译萱

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的台灯亮度调节系统设计

闵译萱

辽宁锦州渤海大学工学院

系统通过设计自动调节台灯的亮度，通过自动控制台灯亮度可以很好地节约电能。利用光强度传感器采集光信号，用热释电红外传感器采集人体的信号，STC89C52单片机对采集到的信号进行处理，比较背景光的强弱来发出控制台灯的亮度。

单片机 调光系统 台灯

1 绪论

单片机的应用无处不在，可控制灯具的芯片数不胜数，而使用单片机来控制灯具，达到人们预期效果的方法却最为广泛，利用单片机控制灯具逐渐成为当下的一种趋势。现如今，为了环保节约，构建资源节约型社会，台灯也可以运用单片机进行智能调光控制，使其产生亮暗交替的效果，避免资源的过度浪费。本设计以STC89C52单片机为核心，调光方式采用PWM调光。将采集到的信号传送给单片机，由单片机控制处理产生PWM调光信号，再把信号经过转换后传送给以HV9931驱动芯片控制的电路实现智能调光。利用PWM调光技术，通过对PWM的周期和占空比的调节来改变流过台灯电流的大小，进而达到对台灯亮暗的控制调节的目的，实现对台灯的PWM调光控制，本课题所研究的就是这种智能调光控制。

2 智能调光系统的硬件设计

本次台灯亮度调节系统设计所使用的核心部件是STC89C52单片机，所采用的调光方式是PWM调光。用光强度传感器采集光信号，用HP208热释电红外传感器采集人信号，然后再传送给单片机，由单片机控制处理产生PWM调光信号，信号再传送给驱动电路，从而实现智能调光。系统整体硬件框图如图1所示。

图1 系统整体硬件框图

2.1 控制器

由STC公司生产的单片机控制器STC89C52，是MCS—51系列单片机，对比其他的单片机，其优点是低电压，高性能。片内含有8位的CPU，ROM和RAM，由于它具有数据吞吐速率高，功耗低，性价比高等优点而被广泛的使用。

它采用的是高密度、不容易失去存储的技术所制作的，它使得MCS-51指令系统和89C52引脚可以同时进行。STC89C52的管脚有电源电压输入端，电源地，P0口，P1口，P2口，P3口，复位输出端，地址锁存允许脉冲信号端，外部存储器的选通信号，外部程序存储器访问允许等。

2.2 红外传感器

热释电传感器是一种温度传感器。由于热释电效应，当在它的监测范围内有一个温度的变化T时，那么，就会在传感器的两个电极之间释放Q的电荷量，这样一来的话，便会在传感器的两个电极之间产生V的电压。由于其高输出阻抗，传感器由于有阻抗改变所以内部带有场效应晶体管。

当环境温度是定值，在T=0时，传感器是没有信号输出；但，发现有人进入检测区域内，人体的体温和环境温度会存在差异，即存在温差T，并被输出；如果在检测区域内没有检测到人体的存在，则温度没有变化，传感器没有输出。

2.3 光线检测传感模块

光电原件是一种将光能转变为电能的传感器件，光电式传感器就是利用这个原理进行工作。光电器件反映速度快、结构较简单、使用起来很方便，可靠性高，因此在自动检测，计算机控制系统中，应用非常广泛。经常使用的光电转换器有光敏三极管和光敏二极管。从光敏三极管的构成和运作时的特点可以看出，对比光敏二极管，它具有更高的灵敏度，因此依据需要选取光敏三极管来完成对环境光的检测。发射极输出的电压，通过二级放大后输入到A/D转换器当中。为了电压采样的灵敏度能够尽可能的提高，采集电压通过两级运算放大器进行放大和采集。同时为了减小两级运放输入失调电压，在电路中加了调零电路，它是由R13、R14和RW1这三部分组成的。单片机通过获取的信号转换结果来确定背景光强的采集，背景光检测电路如图2所示：

图2 背景光检测电路

2.4 驱动电路

本设计采用HV9921作为驱动电路的驱动芯片。HV9921是一种集成控制器，其特征是输出电流定值，适用于台灯恒流驱动，其功能特点还可以方便的用作PWM调光，主电路是一个降压-升压斩波电路的非孤立的单级单开关恒流输出电路。由L1、C11、D3、D2和Q2组成的Buck-Boost电路是输入级，工作于不连续导电模式；降压电路的输出级是由C11、Q2、D5、D6及L2组成的，工作于连续导电模式下。驱动电路如图3所示：

图3 台灯驱动电路

3 系统软件设计

系统的软件设计主要是和硬件相联调，准确的实现系统的自动调节控制的功能。当系统在受到环境强光照射时，无论人在还是不在台灯都不会亮灯；但在规定亮灯时间内，如果环境光照足够弱，当有人存在并且待上一段时间之后，单片机便驱动控制器点亮台灯，同时根据环境光的强度，单片机做出相应的数据处理，通过PWM调光来调节台灯的亮度，直到人离开再延时一定时间后关灯。

3.1 软件主程序

系统基于AT89C52单片机运用KeilμVision4软件进行编程，使用的编程语言是C语言。与汇编相比，C语言的程序代码更容易读懂，结构简单，易掌握，从而缩短了项目开发周期，提高工作效率。随着科学技术的不断发展，加上人们对Keil C51的青睐，Keil C51编译器的功能也在不断得到改进，使它更加接近于CPU。系统主程序流如图4所示：

图4 主程序流程图

3.2 PWM产生模块

本设计通过采用PWM控制的方法来改变台灯的亮度变化，在一定频率的方波中，只要调整高低电平的占空比，便可实现。所谓PWM调光是指通过改变台灯流过电流的时间与关断的时间之比来改变台灯的亮度。通过台灯的电流时，电流是恒定的，关闭时，通过台灯的电流为零，PWM脉冲宽度调制是用来开关台灯高频开关频率超出人的范围，一般认（100Hz），给人一种台灯总亮的假象。本程序利用单片机定时器产生PWM波，通过改变PWM的周期和占空比进而来控制流过台灯的电流，从而来调控台灯的亮度。

3.3 台灯亮度增减程序

本程序用占空比可调节的PWM方波来控制大功率台灯的亮度，PWM波占空比（0~100）。

程序首先设置一个标志flag，当c2和c3都未按下时，其值为0，当PWM值增加到最大或最小时，其值置1。当c2被按下时，PWM_T值就会增加，占空比就变大，台灯逐渐变的更亮。当按下c3，PWM_T值便会逐渐减小，占空比同时也会随之减小，则台灯逐渐变暗。PWM值一旦增大或减小到临界点时，就会发生报警。

4 软件仿真调试

在软件选择中，开发MCS-51系列单片机最主要用的是Keil软件。最主要的原因是Kiel方便，操作简单。Proteus仿真软件可以方便的搭建基于单片机的硬件电路，将μVision4中生成的.hex文件下载至Proteus仿真软件单片机中即可完成程序的运行调试。在Proteus中，通过点击单片机元件属性，在Program File中将Keil软件中生成的16进制程序文件导入其中，从而实现相应的仿真。把调试成功之后的软件程序烧制进单片机芯片内，做好一系列准备工作之后，然后接上电源，进行软硬件联调工作，检测硬件部分是否与预期效果一致。最终决定路灯的亮灭是由人体传感器和环境光采集的信号来共同决定的。为了简化电路，所以将人体传感器与环境光采集电路焊接到同一块板子上面，从而简化了电路，也简化了软件程序。如果没有达到预期效果，则需要检测软件是否有缺陷，若存在错误或者是不足之处，则要及时改写软件再进行调试，直到调试现象与预期效果一致，则设计才算圆满成功。

[1]李渊,李宝营,穆艳.台灯可调光自动控制系统设计[J].液晶与显示,2011

[2]李冰冰.城市路灯智能监控与节能控制系统的研究[D].合肥工业大学,2010

[3]宋适,刘廷章等.基于AVR单片机的台灯自适应调光系统[J].电气自动化,2009