基于C51單片機(jī)和PWM調(diào)光的LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)說明

.6/6摘要LED臺(tái)燈作為L(zhǎng)ED綠色照明光源產(chǎn)品,作為國(guó)家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品。在實(shí)際的應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)LED燈在周邊亮度大時(shí)依然以同一功率發(fā)光,存在電能浪費(fèi)；在周邊亮度小時(shí)LED燈不能提供足夠和恰當(dāng)?shù)墓舛?。本文介紹了以STC89C51為控制核心,通過光敏電阻感應(yīng)光度,并利用PWM調(diào)光技術(shù)對(duì)LED進(jìn)行光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)設(shè)置手動(dòng)控制。該LED臺(tái)燈電路簡(jiǎn)單,很大程度上節(jié)省電能,延長(zhǎng)LED燈壽命,適宜閱讀。關(guān)鍵詞LED臺(tái)燈光度PIDPWM調(diào)光自動(dòng)調(diào)節(jié)原創(chuàng)性聲明本設(shè)計(jì)所用到的程序代碼和電路均是來自本團(tuán)隊(duì),如沒有經(jīng)過允許,不得復(fù)制和轉(zhuǎn)載。目錄前言··············································4總體方案設(shè)計(jì)······································5硬件設(shè)計(jì)··········································5軟件設(shè)計(jì)··········································9總結(jié)·············································12附錄1：作品照片··································13附錄2：程序·······································15前言LED照明又稱固態(tài)照明,作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術(shù),具有節(jié)能、環(huán)保、安全可靠的特點(diǎn),固態(tài)光源是被業(yè)界看好的未來十年替換傳統(tǒng)照明器具極具潛力的新型光源,代表照明技術(shù)的未來。發(fā)展新固態(tài)照明,不僅是照明領(lǐng)域的革命,而且符合當(dāng)前政府提出的"建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)"的要求。LED臺(tái)燈就是以LED<LightEmittingDiode>即發(fā)光二極管為光源的臺(tái)燈,LED是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED臺(tái)燈是典型的綠色照明光源產(chǎn)品,作為國(guó)家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品,具有廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際的應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)LED燈在周邊亮度大時(shí)依然以同一功率發(fā)光,存在電能浪費(fèi)。另外一方面,因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā)熱量和電流存在正相關(guān)的關(guān)系,發(fā)熱影響了LED的壽命,所以在不必要的亮度下也減少了LED的壽命。然而,當(dāng)LED在周邊亮度小時(shí),LED燈不能提供足夠和恰當(dāng)?shù)墓舛?這樣又影響了閱讀,造成視覺疲勞。PWM方法的基本思想就是利用單片機(jī)具有的PWM端口,在不改變PWM方波周期的前提下,通過軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比,從而控制充電電流。本方法所要求的單片機(jī)必須具有ADC端口和PWM端口這兩個(gè)必須條件,另外ADC的位數(shù)盡量高,單片機(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前,單片機(jī)先快速讀取充電電流的大小,然后把設(shè)定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)行比較,若實(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比；若實(shí)際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比。本文介紹了以STC89C51為控制核心,通過光敏電阻感應(yīng)光度,并利用PWM調(diào)光技術(shù)對(duì)LED進(jìn)行光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)設(shè)置手動(dòng)控制。該LED臺(tái)燈電路簡(jiǎn)單,很大程度上節(jié)省電能,延長(zhǎng)LED燈壽命,適宜閱讀。一、總體方案設(shè)計(jì)基于C51單片機(jī)和PWM調(diào)光的LED臺(tái)燈以STC89C51作為主控芯片,設(shè)置了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。在手動(dòng)控制時(shí),分為三檔,輸出不同的PWM占空比對(duì)LED的電流進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的手動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)控制時(shí),通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來間接測(cè)量感應(yīng)光度,將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比,調(diào)整PWM的占空比對(duì)LED的電流進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)?？傮w框圖如下〔圖1.1:圖1.1二、硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)總體框圖如下：圖2.01、主控電路：主控電路采用STC89C51作為主MCU。STC89C51是一款八位,片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全,功能強(qiáng)等特點(diǎn)。這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用﹑可靠。用STC89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可,如下圖〔圖2.1所示。本設(shè)計(jì)所選用的晶振為12MHZ,晶振電容為30PF。圖2.12、LED驅(qū)動(dòng)LED的亮度受電流控制,通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知,利用調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流通斷的變化用NMOS管K2717實(shí)現(xiàn),三極管9014提供驅(qū)動(dòng)K2717的電流,PWM由P2.0輸出,低電平有效。如下圖〔圖2.2所示：圖2.22、手動(dòng)控制KEY4變化控制的方式,KEY4為自鎖按鍵,按下為手動(dòng)控制,彈起為自動(dòng)控制。手動(dòng)控制時(shí)可以分為三檔,對(duì)應(yīng)與KEY1~3三個(gè)按鍵。如下圖〔圖2.3所示：圖2.33、自動(dòng)控制<1>光敏電阻反饋部分光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng),電阻減小,入射光弱,電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。因此,不斷采集光敏電阻對(duì)地的電壓便可以獲知臺(tái)燈周邊光強(qiáng)的變化。如下圖〔圖2.4所示：圖2.4<2>ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換部分ADC0808和ADC0809除精度略有差別外<前者精度為8位、后者精度為7位>,其余各方面完全相同。它們都是CMOS器件,不僅包括一個(gè)8位的逐次逼近型的ADC部分,而且還提供一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯,因而有理由把它作為簡(jiǎn)單的"數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)"。利用它可直接輸入8個(gè)單端的模擬信號(hào)分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,在多點(diǎn)巡回檢測(cè)和過程控制、運(yùn)動(dòng)控制中應(yīng)用十分廣泛。如下圖〔圖2.4所示,ADC0809的參考電壓設(shè)置成5V,時(shí)鐘信號(hào)通過單片機(jī)P3.3口利用定時(shí)器中斷輸出。光敏電阻的對(duì)地電壓從IN3口輸入,ADC0809將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后通過OUT1-7輸出,以便單片機(jī)進(jìn)一步處理。圖2.5三、軟件設(shè)計(jì)1、總體框圖圖3.12、主要程序<1>按鍵掃描不斷掃描按鍵判斷是手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。程序代碼：voidkeyscan<> { ad<>; if<key==1> //key4松開,a恒為0,通過讀c的值確定b的值 { if<c<0.40> last=0; elseif<<c>=0.40>&&<c<2.0>> last=2; elseif<<c>=2.0>&&<c<3.0>> last=5; elseif<<c>=3.0>&&<c<4.0>> last=7; else last=10; } if<key==0> //key4按下,手動(dòng)控制 { if<key1==0> {delayms<10>;//去抖 if<key1==0> last=1; } if<key2==0> {delayms<10>; if<key2==0> last=6; } if<key3==0> {delayms<10>; if<key3==0> last=10; } }}<2>AD轉(zhuǎn)換定時(shí)器1產(chǎn)生CLK信號(hào),定時(shí)時(shí)間為2us,亦即CLK周期為0.4us。程地址為011,即IN3口輸入。利用公式getdata*1.0/255*VREV+對(duì)數(shù)字量進(jìn)行變化。程序代碼如下：voidad<>{ ST=0;//關(guān)閉轉(zhuǎn)換 OE=0;//關(guān)閉輸出 ST=1;//開啟轉(zhuǎn)換 ST=0;//關(guān)閉轉(zhuǎn)換 P34=1;//選擇通道0 P35=1; P36=0; while<EOC==0>;//判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)束:是則執(zhí)行以下語句,否則等待 OE=1;//開啟數(shù)據(jù)輸出允許 getdata=P0;//將數(shù)據(jù)取走,存放在變量getdata中 OE=0;//關(guān)閉輸出 c=getdata*1.0/255*4.85;//電壓值轉(zhuǎn)換,5V作為參考電壓,分成256}<3>PWM調(diào)節(jié)定時(shí)器0控制PWM周期和占空比。程序代碼如下：voidinto<void>interrupt1{ TH0=<65536-500>/256; TL0=<65536-500>%256; count++; if<count>CIRCLE> { count=1; } if<count<=last> pwm=0;//占空比,使用反相器應(yīng)為1 else pwm=1;四、總結(jié)基于C51單片機(jī)和PWM調(diào)光的LED臺(tái)燈以STC89C51作為主控芯片,設(shè)置了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。在手動(dòng)控制時(shí),分為三檔,輸出不同的PWM占空比實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的手動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)控制時(shí),通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來間接測(cè)量感應(yīng)光度,將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比,調(diào)整PWM的占空比實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該LED臺(tái)燈電路簡(jiǎn)單,很大程度上節(jié)省電能,延長(zhǎng)LED燈壽命,