一種基于單片機的LED護眼臺燈設計

摘 要：臺燈是普遍使用的燈具。隨著LED光源制造技術的迅猛發展，生產成本迅速下降，從而成為高亮度、高效率、省電、無碳排放的理想照明光源。本文提供了一種基于STC90C52單片機控制的LED護眼臺燈設計制作方法。

關鍵詞：單片機；LED；PWM

中圖分類號：TM923.34；TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-02

LED是國家綠色照明推廣使用的產品。市面上護眼臺燈的原理都差不多。本文提供了一種基于STC90C52單片機控制的LED護眼臺燈設計制作方法，采用PWM波來改變電流的大小來控制臺燈的亮度，應用簡單效率高、精度高且調光效果好，不會產生色度漂移，達到護眼的目的。

一、LED臺燈總體方案設計

LED光源具有純度高、發熱量小、超長壽命、節能環保的特點。是低電壓、直流恒流源的發光器件。本方案以單片機為核心與高亮度LED、電源、LM317等組成控制電路。編寫軟件實現亮度可調的LED護眼臺燈設計。

本設計采用數字調光既脈沖寬度調制（PWM）。PWM調光原理是保持LED導通電流恒定，通過設置電流周期和占空比，改變電流的平均值使LED產生亮暗變化。而開關的頻率相對于人眼識別能力來說足夠高，利用人眼視覺暫留效應，當燈亮度變化頻率大于120HZ時，人眼就不會感到閃爍，而看到的是LED平均亮度。PWM調光的優勢是LED正向導通的電流是恒定時LED的色度就不會像模擬調光時產生變化。采用此調光方式可以保護青少年的視力。本例護眼臺燈有五種亮燈模式。利用單片機內部定時器產生占空比不同的PWM波，驅動恒流源控制LED，實現亮度可調。本設計產生的PWM波占空比固定在20%、50%、80%、100%，分別對應睡眠、背景、照明、閱讀四種亮燈模式。單片機通電后，每按一下鍵，程序控制LED臺燈在睡眠→背景→照明→閱讀→關燈五種模式下循環，控制產生不同亮度，實現亮度可調的LED護眼臺燈設計。編寫程序時通過對外部中斷0的控制，實現對單片機的掉電與喚醒，實現節能。

二、LED臺燈硬件電路設計

（一）單片機系統

本設計實現的功能為LED臺燈在五種模式下循環工作。以STC90C52單片機為主控核心，復位電路、時鐘電路等構成單片機最小系統。再與按鍵、驅動、電源等模塊組成控制模塊。電路構成簡單可靠。單片機的外圍接按鍵電路和PWM波輸出。

（二）LED恒流驅動及調光模塊

本設計利用PWM波控制恒流源，驅動LED發光。恒流源可采用集成IC，如SN3350等。為簡化設計本方案采用通用的LM317集成IC自制。LM317內阻小噪聲低，具有過熱、過流、短路保護功能。用LM317設計恒流源簡單穩定，能滿足設計要求。

（三）電源

本設計LED采用3×1W的大功率白光流明型。1W的白光LED標準工作電流為350mA。3個LED光源串聯工作電流也是350mA。為延長LED壽命設計電流為300-330 mA。所以LM317恒流驅動的輸入電壓可采用市面上常見的DC15V，電流為750 mA的電源適配器。單片機供電可再用一塊7805來解決，這樣可以簡化電源的設計。

（四）電路原理圖

本設計采用的原理圖如下：

圖1

三、系統軟件設計

本設計采用C語言編程，可仿真，確保設計穩定可靠。為保護視力以及考慮單片機的運算速度，PWM波的頻率定為200HZ。控制恒流源時，LED燈流過的電流就比較恒定，不會造成眼部不適，達到保護視力的目的。軟件運行時 PWM的周期通過定時器進行控制，設置定時器的定時時間為50us，當定時時間到時，對每個定時時間進行計數，pnum最大計數值為100，所以PWM的周期為100*50us=5ms，頻率為200Hz。PWM占空比的控制，通過在每個PWM計數周期中，用定時計數值pnum與已知占空比p（通過按鍵設置）進行比較，當p小于pnum計數值時，輸出高，否則輸出低。通過每次按鍵來實現占空比的循環切換。通過對外部中斷0的控制，實現對單片機的掉電與喚醒，實現節能。源程序如下：