一種智能電子調光燈的設計

李亞文

(商洛學院 電子信息與電氣工程學院,陜西 商洛　726000)

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一種智能電子調光燈的設計

李亞文

(商洛學院 電子信息與電氣工程學院,陜西 商洛726000)

摘要：采用STC89C51RC為主控芯片,通過ADC0809來采集光源信號,設計了一種智能的電子調光燈,利用PWM調光技術來實現燈光的自動調節,主要包括自動、手動和呼吸模式;無線紅外模塊可以實現根據外界環境的自然光情況,自適應的調節電子燈的亮度。實物調試與仿真分析表明,該設計性能穩定,操作簡單,既可以保護人的視力,又可以較好的節省能源,具有一定的推廣價值。

關鍵詞：STC89C51RC; Proteus; PCB封裝; 調光技術

調光技術主要有三種[1-3]:一是采用直流電流LED的調光技術;二是采用脈寬調制的調光技術;三是可控硅對LED調光的調光技術。現在的調光系統是由附加諸多的電磁兼容措施的強電控制部分和弱電控制部分組成[4],強電部分大多數還運用SCR斬波調壓技術;而弱電部分則不僅在國內有了發展,在國外也有了長足的發展[5]。本文設計一種以STC89C51RC單片機為控制核心,集多種功能于一體的智能電子調光燈,該調光燈光亮度調節具有自動、手動兩種方式,具有呼吸模式功能和外遙控等功能。

1智能電子調光燈的方案設計

選用STC89C51RC作為單片機主控芯片,選用三種不同顏色的LED來指示不同的工作模式,工作模式和LED的亮度通過按鍵塊調整,照明模塊用白光LED,光敏模塊對光敏信號的采集通過ADC0809芯片來實現,LED的光度自動調節通過利用PWM調光技術來實現。主要的模塊包括:指示燈模塊、按鍵模塊、LED驅動模塊、紅外無線遙控模塊、自鎖開關和AD/DC模塊以及主控芯片STC89C51的接口分配情況如圖1所示。

圖1　電子調光燈系統組成框圖Fig.1　The block diagram electronic of dimming light system

2硬件設計

2.1主控芯片

STC89C51具有 8K可編程Flash存儲器的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器[6-7],它所擁有的靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash,使得STC89C51為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案并具有以下標準功能:8k字節Flash、512字節RAM、32位I/O口線、看門狗定時器、內置4KBEEPROM、MAX810復位電路和三個16 位 定時器/計數器等。

2.2外圍模塊

各部分外圍模塊與主控芯片的連接情況如圖2所示。

圖2　硬件設計電路原理圖Fig.2　The designning schematics of hardware circuit

(1) 指示燈模塊。接了一個5V的電源,綠燈D1、黃燈D2、紅燈D3各串聯了一個電阻,這個電阻為分壓電阻,綠燈的驅動電流大,串聯電阻R1比較小,同理因為黃燈和紅燈的驅動電流比較小,所以串聯的電阻R2、R3比較大。

(2) 按鍵模塊。3、4腳內部導通,K1、K2、K3串聯并接地。

(3) 模數轉換模塊。電阻103和光敏電阻串聯分壓,光敏電阻感應光的強度的變化,光越強,阻值越小,C4起到了濾波的作用。ADC0809的10腳和單片機的30腳相連,10腳是時鐘信號腳,普通情況下,通過單片機的中斷來輸出時鐘信號,本設計是通過與30腳相連來實現,因為30腳在正常工作下輸出時鐘信號,程序簡單,節省I/O端口。

(4)LED驅動模塊,其三極管為PNP型,在低電平時導通,并給整個LED驅動模塊提供驅動電流。

(5) 紅外接收模塊,C4、C5并聯起到了濾波的作用,R8是分壓作用,R4是上拉電阻使輸出信號穩定。

對電子調光燈的亮度控制與光敏控制主要程序如下:

while(1)

{∥讀取亮度AD值

LL=ADC0809();

∥亮度控制

∥光敏控制

if(Mode==2)

{if(LL>50)

{X1=0;}

else{if(LL-1>0xf0)

LL=1;

X1=1020-LL*20;}}

3軟件仿真設計

3.1設計流程

先進行系統的初始化,之后讀取AD值來判斷當前的工作模式,工作模式分為三種,即手動模式、自動模式、呼吸模式等,根據當前的工作模

式進行工作,然后判斷按鍵是否按下,若按下則重新判斷當前的工作模式,否則則繼續當前的工作模式,如圖3所示。

圖3　設計流程圖Fig.3　Designing flowchart

3.2Protues仿真

為了較好的實現數字電路、模擬電路以及微控制器系統與外設的混合電路系統的電路仿真[8]、在Proteus進行智能電子調光燈的模擬仿真,不僅提高效率,還降低了降低成本,其仿真的原理圖如圖4所示。

3.2PCB封裝

根據在protues的建立的智能電子調光燈仿真原理圖,原理圖仿真是印制板編輯的前提和基礎,對于同一個電路系統來說,原理圖中的元器件電氣連接與印制板中的元器件的連接關系應完全相同[9]。原理圖中的元器件用電氣圖形符號表示,印制電路板中的元器件用封裝圖描述,原理圖中的已經包含了元器件的電氣連接關系[10],將電路進行封裝后布板如圖5所示,即為圖4原理圖相對應的封裝圖。

圖4　電子調光燈仿真原理圖Fig.4　Electronic dimming lights simulation schematic

圖5　PCB封裝圖Fig.5　PCB package diagram

4實物調試與實現

安裝設計好的仿真電路并對其進行實物組裝與調試,其實物圖如圖6所示,為了較好的測試電子調光燈的性能,實驗在不同光線環境下觀察調光燈的亮度變化,如圖7所示為2種不同亮度情況下調光燈的亮度變化。

將圖7中亮度1和亮度2兩種情況下的調光燈,在電子示波器顯示出來便于直觀觀察,如圖8所示。

5結束語

本文設計了一種智能的電子調光燈,以STC89C51RC為主控芯片,外加外圍模塊:指示燈模塊、按鍵模塊、LED驅動模塊、紅外無線遙控模塊、自鎖開關和AD/DC模塊等,實現三種工作模式:自動、手動和呼吸模式。在Protues中進行電路仿真設計和PCB封裝,并完成實物組裝與調試,本設計的智能電子調光燈能隨著外界環境的變化自動調節光亮強度,實現真正的保護視力和環保節能。

圖6　電子調光燈實物Fig.6　The physical electronic dimming lights

圖7　不同環境下調光燈的亮度變化Fig.7　Brightness variation of light in different environments

圖8　不同亮度的電子示波器顯示Fig.8　Displaying of different brightness electron by oscilloscope

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李亞文女(1984-),陜西華縣人,講師,主要研究方向為模式識別與跟蹤、硬件電路設計。

中圖分類號：TP 242

文獻標識碼：A

基金項目：2015年國家級大學生創新創業計劃訓練項目(201511396724);2015年陜西省大學生創新創業計劃訓練項目(2275)

n New design of Intelligent Electronic Dimming Light

LI Yawen

(Electronicinformationandelectricalcollegeofengineering,ShangluoUniversity,Shangluo726000,Shaanxi)

Abstract：A new intelligent electronic dimming light is designed by center controller based on the STC89C51RC,collecting light signal through ADC0809,it use PWM dimming lighting technology to achieve automatic adjustment,including automatic,manual and breathing pattern;wireless infrared module can be implemented according to the natural light conditions of the external environment,to adapt the brightness of electronic lamp.The debugging and simulation analysis was showed that it was stable performance and simple operation.Therefore,the design can be better to protect human vision and save energy with some promotional value.

Key words：STC89C51RC; proteus; PCB package; dimming technology