LED灯调光系统设计

2018-01-02王丽霞柴海莉王久和

信息记录材料 2018年2期

关键词：光敏电阻调光高电平

王丽霞，柴海莉，王久和

（北京信息科技大学信控中心北京海淀 100192）

LED灯调光系统设计

王丽霞，柴海莉，王久和

（北京信息科技大学信控中心北京海淀 100192）

本文设计的LED灯自动调光系统以TI公司的MPS430单片机作为控制器的主控芯片，结合光敏电阻以及人体红外热释电传感器HC-SR501，来检测环境外界光强和人体活动。采用了单片机的PWM控制方式实现LED灯亮度的调节设计，在硬件系统的基础上，再配上相应的软件，经过调试，验证了方案的正确性。该LED灯自动调光系统具备实用意义。

自动调光；单片机；传感器

1 引言

随着人们日益增长的美好生活需要，用电负荷的增加，能源问题日益显现。LED（发光二极管）作为一种新型发展的冷光源，具有节能、环保、使用寿命长等其它传统光源无法比拟的优点，代表着未来照明技术的发展方向。

本设计自动调光系统以TI公司的MPS430单片机作为控制器的主控芯片，结合光敏电阻以及人体红外热释电传感器HC-SR501，来检测环境外界光强和人体活动，实现对LED灯光的自动调光控制，这将大大的减少电能消耗。

2 LED调光系统的硬件构成

本系统主要由六大电路构成，硬件结构如图1。

图1 硬件结构图

2.1 系统主控电路

本系统的主控模块采用TI公司的MPS430单片机作为控制器的主控芯片。该单芯片超低功耗，电源电压采用1.8～3.6V，MPS430是16位的单片机，有强大的处理能力，含有丰富的片上系统，及方便高效的开发环境。

由于MPS430单片机自身拥有丰富的资料，所以其最小系统不需过多的配置，只需配置复位电路，晶振电路和程序下载口即可。

2.2 系统供电电路

该控制系统的电源部分主要由5V的数字电源和12V的LED灯的驱动电源。通过双输出的变压器将幅值为220V的交流电转变成幅值15V的交流电，再通过整流桥转变成17V左右的直流电，但是该直流电的波动，经过滤波和L7812稳压之后，让电压稳定在12V，但是双路输出都为12V，而单片机最小系统所需要的电源在1.8～3.6V左右，因此其中一路还需要经过L7805稳压芯片将电压稳定在5V，再在5V基础上通过L1117稳压芯片将电压再次稳压到3.3V，作为单片机最小系统的数字电源。

2.3 数据采集电路

室内的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此室内的环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。

（1）环境光采集电路

光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。

自然光或者某一安装环境下的光强采集电路的原理图如图2。电路比较简单，由电源接一个5KΩ的电阻后与光敏电阻串联后接地，光敏电阻上的电压随着光强度不同在变换，这个电压送入单片机的A/D进行采样。

（2）人体存在信号采集电路

人体存在信号的采集电路采用了逻辑电平输出的HCSR501型号的人体红外感应模块构成。

当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。热释电红外传感器能将检测到的人发射的红外线转换成电信号输出。如果单片机接收到传感器输出的是高电平，则认为有人体存在。其电路原理图如图2。

图2 HC-SR501传感器电路原理图

2.4 LED灯驱动电路

本文采用高亮白光LED灯进行调光控制。高亮LED 灯一般导通电压约为3.0V～4.3V，它的核心是PN结，其特性和普通二极管一样。当加载在LED灯两端的电压小于导通电压，此时LED灯几乎没有电流通过，LED灯不会点亮。而当加载在LED灯两端的电压达到导通电压，LED灯导通后。如图3的驱动电路，用三极管作为控制开关来控制主回路的通断。当控制极为高电平，则灯亮，反之则灭。

图3 LED灯驱动电路

3 系统软件设计

在本系统的软件设计过程中，总体设计采用自上至下的设计思想，各个小模块分别进行设计和编程。

本控制系统软件模块主要包括：系统死循环主程序、信号采集模块、无线通信模块、PWM调光驱动模块。

常用的LED灯调光方式是PWM调光，这种方式是通过改变流过LED的电流时间和关断时间的比而改变其亮度。流过LED灯的电流是恒定的，而在关断时流过LED灯的电流是零。PWM调光是通过以人眼察觉不到的频率快速开关LED灯，为了人眼察觉不到，这个频率应该不小于100Hz。同时PWM调光有利于LED灯散热。

在LED灯的驱动电路中，灯的亮灭实际上是单片机给出的方波来控制的，单片机发出PWM波之后，高电平时，三极管导通，使得LED灯点亮。低电平时段内为熄灭状态。当占空比D不同时，在一个周期内灯亮的时常不一样，也就是说灯发出的光的总量是较多的，光强自然也就越高。也可以理解为占空比越高，施加在LED灯两端的平均电压也就越大，因此亮度越高。