AVR單片機在LED遙控照明中的應用

李勇,洪志剛,李泳湛

(中山職業技術學院 電子系,中山 528404)

引 言

LED照明已經進入了家庭用戶,與傳統的照明設備(如白熾燈、熒光燈)相比,具有光源單色純度高、色彩多樣、效率高、光強度可調等優點。針對傳統照明亮度不易調節、開關位置固定的問題,本文基于 AVR單片機設計了一種LED遙控照明系統,提出了LED照明燈的驅動與亮度調節的方法。

1 LED照明燈控制系統原理

系統原理圖如圖1所示。當紅外接收器接收到紅外遙控信號時,通過外部中斷將AVR單片機從休眠模式中喚醒;AVR單片機開始解析紅外信號,如果與系統地址匹配,則將根據解析到的命令改變LED恒流源驅動的輸入,從而改變LED燈的狀態。

圖1 LED照明控制系統原理圖

2 系統硬件設計

2.1 控制器

控制器采用 AVR單片機 ATmega8。ATmega8是Atmel公司在2002年推出的一款AVR單片機,采用小引腳封裝。ATmega8內部集成8 KB的可編程Flash、512字節EEPROM和1 KB內部SRAM;3個PWM通道,可實現任意小于16位、相位和頻率可調的PWM脈寬調制輸出;1個可編程的串行 USART接口,支持同步、異步以及多機通信自動地址識別;5種省電模式。本系統中,控制器ATmega8的主要作用為:解析紅外信號,對 LED驅動器進行控制。

2.2 紅外接收模塊

紅外接收模塊主要器件采用IRM-2368V,常用于家庭DVD、電視、空調等家電的遙控中。IRM-2368V具有以下特點:工作電壓為2.4～6 V;靈敏度高,抗干擾能力強;能直接將遙控信號從載波中提取出來,輸出匹配 TTL、CMOS電平,可與單片機直接接口;遙控距離可達12 m。圖2為紅外接收模塊原理圖。其中PD2復用為ATmega8的外部中斷INT0,電源部分使用系統的5 V供電。

圖2 紅外接收模塊原理圖

2.3 LED驅動模塊

LED驅動模塊采用HV9910集成芯片。它具有如下特點:高能效超過90%;8～450 V的寬電壓輸入;輸出電流從幾m A到1A可調;能驅動多達百個LED燈;PWM調節電流。圖3是LED恒流源驅動原理圖,該驅動電路為典型buck-boost轉化器設計。驅動器中輸入電源電壓Vin=1 2 V,驅動3～6個350 m A高亮度LED燈。

圖3 LED驅動原理圖

HV9910工作時,內部振蕩頻率 fosc由引腳 Rosc上的電阻決定。本設計中Rosc取470 kΩ,將MOSFET管Q1的gate端開關頻率設定為50 kHz。Rosc與 fosc滿足以下關系式(ROSC的單位是 kΩ):

每個LED燈工作時壓降約為3 V,當有3只LED燈串聯在輸出端時,驅動器輸出電壓Vled=91 V。可得LED滿電流工作時Q1管的控制信號占空比D為:

Q1的導通時間 Ton=D/fosc=8.6μs,輸出電流Iled=350 mA,諧波電流抑制在30%以內,則可由下式得出電感L1的值:

本方案中L1實際使用1 m H。

R1上的反饋電壓與HV 9910內部比較電壓250 m V相比較,若反饋電壓大于250 m V,則關斷Q1。由諧波電流關系式可求出R1:

3 系統軟件設計

系統軟件流程如圖4所示。系統上電后,首先讀取系統的狀態配置,設定LED燈的工作狀態;然后進入休眠模式,定時器依然工作在PWD狀態中。IRM-2368V的輸出口與ATmega8的PD2口相連,休眠狀態下該端口配置為中斷INT 0;中斷喚醒后,關閉中斷并將該端口配置為輸入端口。

圖4 軟件流程

4 系統測試

在帶負載(LED燈)的情況下,設定的PWM占空比與負載電流的實驗結果如表1所列。可以看出,輸出電流大小基本與PWM信號占空比呈線性正比關系。

表1 實驗電流表

結 語

本方案利用紅外遙控較好地實現了家用LED照明調光控制。ATmega8與紅外遙控遠距離控制的優勢還可以得到進一步的發揮:ATmega8的3個定時器可配置為3路PWM輸出,即可以控制3串LED燈,可以為多色LED照明與裝飾照明提供支持;ATmega8強大的處理能力也可以為個性化的照明方案提供強大的支持;紅外收發系統除了能發送控制信號外,還能將燈光控制方案傳輸給ATmega8,系統將可以自由地更換個性化的照明方案。

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