LED燈調光系統設計

王麗霞，柴海莉，王久和

（北京信息科技大學信控中心 北京 海淀 100192）

LED燈調光系統設計

王麗霞，柴海莉，王久和

（北京信息科技大學信控中心 北京 海淀 100192）

本文設計的LED燈自動調光系統以TI公司的MPS430單片機作為控制器的主控芯片，結合光敏電阻以及人體紅外熱釋電傳感器HC-SR501，來檢測環境外界光強和人體活動。采用了單片機的PWM控制方式實現LED燈亮度的調節設計，在硬件系統的基礎上，再配上相應的軟件，經過調試，驗證了方案的正確性。該LED燈自動調光系統具備實用意義。

自動調光；單片機；傳感器

1 引言

隨著人們日益增長的美好生活需要，用電負荷的增加，能源問題日益顯現。LED（發光二極管）作為一種新型發展的冷光源，具有節能、環保、使用壽命長等其它傳統光源無法比擬的優點，代表著未來照明技術的發展方向。

本設計自動調光系統以TI公司的MPS430單片機作為控制器的主控芯片，結合光敏電阻以及人體紅外熱釋電傳感器HC-SR501，來檢測環境外界光強和人體活動，實現對LED燈光的自動調光控制，這將大大的減少電能消耗。

2 LED調光系統的硬件構成

本系統主要由六大電路構成，硬件結構如圖1。

圖1 硬件結構圖

2.1 系統主控電路

本系統的主控模塊采用TI公司的MPS430單片機作為控制器的主控芯片。該單芯片超低功耗，電源電壓采用1.8～3.6V，MPS430是16位的單片機，有強大的處理能力，含有豐富的片上系統，及方便高效的開發環境。

由于MPS430單片機自身擁有豐富的資料，所以其最小系統不需過多的配置，只需配置復位電路，晶振電路和程序下載口即可。

2.2 系統供電電路

該控制系統的電源部分主要由5V的數字電源和12V的LED燈的驅動電源。通過雙輸出的變壓器將幅值為220V的交流電轉變成幅值15V的交流電，再通過整流橋轉變成17V左右的直流電，但是該直流電的波動，經過濾波和L7812穩壓之后，讓電壓穩定在12V，但是雙路輸出都為12V，而單片機最小系統所需要的電源在1.8～3.6V左右，因此其中一路還需要經過L7805穩壓芯片將電壓穩定在5V，再在5V基礎上通過L1117穩壓芯片將電壓再次穩壓到3.3V，作為單片機最小系統的數字電源。

2.3 數據采集電路

室內的環境光和人體存在與否是系統的主要輸入參數，因此室內的環境光和人體存在成為系統數據采集的主要對象。

（1）環境光采集電路

光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。

自然光或者某一安裝環境下的光強采集電路的原理圖如圖2。電路比較簡單，由電源接一個5KΩ的電阻后與光敏電阻串聯后接地，光敏電阻上的電壓隨著光強度不同在變換，這個電壓送入單片機的A/D進行采樣。

（2）人體存在信號采集電路

人體存在信號的采集電路采用了邏輯電平輸出的HCSR501型號的人體紅外感應模塊構成。

當有人進入其感應范圍則輸入高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平。輸出低電平。熱釋電紅外傳感器能將檢測到的人發射的紅外線轉換成電信號輸出。如果單片機接收到傳感器輸出的是高電平，則認為有人體存在。其電路原理圖如圖2。

圖2 HC-SR501傳感器電路原理圖

2.4 LED燈驅動電路

本文采用高亮白光LED燈進行調光控制。高亮LED 燈一般導通電壓約為3.0V～4.3V，它的核心是PN結，其特性和普通二極管一樣。當加載在LED燈兩端的電壓小于導通電壓，此時LED燈幾乎沒有電流通過，LED燈不會點亮。而當加載在LED燈兩端的電壓達到導通電壓，LED燈導通后。如圖3的驅動電路，用三極管作為控制開關來控制主回路的通斷。當控制極為高電平，則燈亮，反之則滅。

圖3 LED燈驅動電路

3 系統軟件設計

在本系統的軟件設計過程中，總體設計采用自上至下的設計思想，各個小模塊分別進行設計和編程。

本控制系統軟件模塊主要包括：系統死循環主程序、信號采集模塊、無線通信模塊、PWM調光驅動模塊。

常用的LED燈調光方式是PWM調光，這種方式是通過改變流過LED的電流時間和關斷時間的比而改變其亮度。流過LED燈的電流是恒定的，而在關斷時流過LED燈的電流是零。PWM調光是通過以人眼察覺不到的頻率快速開關LED燈，為了人眼察覺不到，這個頻率應該不小于100Hz。同時PWM調光有利于LED燈散熱。

在LED燈的驅動電路中，燈的亮滅實際上是單片機給出的方波來控制的，單片機發出PWM波之后，高電平時，三極管導通，使得LED燈點亮。低電平時段內為熄滅狀態。當占空比D不同時，在一個周期內燈亮的時常不一樣，也就是說燈發出的光的總量是較多的，光強自然也就越高。也可以理解為占空比越高，施加在LED燈兩端的平均電壓也就越大，因此亮度越高。

4 結語

本文設計是以R8C/25單片機為主控電路的控制芯片，通過與相關電路的結合，實現對LED及日光燈的調光控制。系統自動調光軟件程序的實現采用分塊模式去編寫，將不必要的延時程序減少到最少，使系統的運行效率大大提高。系統的硬件及軟件設計完成后進行了聯合調試，調試結果表明系統可以完成預期目標進行自動調光。

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TM923.34 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0082-03