基于單片機的節能LED調光系統的設計

葉福成　彭森

摘要：本文主要就LED的智能調光系統進行分析，主要是對AT89C2051單片機進行闡述，該系統控制器能夠確保光照強度和對環境的光照強度，經過科學的計算，能夠通過對PWM信號的改變實現對LED燈的發光強度即西寧控制，確保實際的光照強度能夠和環境光照強度進行匹配，促使該系統能夠實現環保和智能的目的。

關鍵詞：單片機；照度；LED；調光

對于生活和工作中的照明需求而言，每個照明系統隨著發展需求而在不斷的進步和變化。其中，智能化和環保化是當代調光系統的設計標準，因此，本文從LED的調光原理進行入手，系統的對設計圖和硬件和軟件設計也進行闡述，以確保LED的智能調光系統能夠符合我國不同環境的光照強度的需求。

1 LED調光系統的原理

LED調光的原理主要是在電壓產生比較小的變化時，能夠產生很大的影響在電流變化中。所以，可以通過對LED的伏安特性進行分析，得出LED的照明燈很多都是恒流驅動，發光強度受工作電流的影響。要想保證調光系統的節能型，一般是通過對LED的功耗降低處理，實現LED的工作壽命的延長和降低其發熱的程度。當前的LED調光主要有模擬調光、可控硅調光、PWM調光等方式。其中，模擬調光主要是對電流進行改變，進行調光目的。可控硅調光則是在可控硅的導通角進行電源功率的改變，實現其調光的作用。PWM調光則是通過開關電路進行LED的控制，以達到調光的目的。模擬調光的特點是電路比較簡單，調光范圍首先，調光效率比較低。可控硅調光能夠在之前的調光系統上進行改變，但是該調光方式對之前設備的功率存在很大的影響，能夠降低其功率引述，造成LED出現閃爍。PWM調光的效率相比較模擬調光來說，是比較高的，能夠實現精確的控制，適用于軟件控制。但是在進行軟件控制時，需要對MCU加強運用，因此，成本有了一定的提高。所以，綜合影響因素，本系統主要是PWM調光方式。

2系統方案設計

由于LED的高亮度和無毒、能夠再回收等特點，所以是21世紀綠色照明光源之一。在LED進行調光作用的設計能夠實現資源的保護。所以，本文的LED調光系統的控制核心為AT89C2051，通過光敏電阻作為光強信號的采集工作，同時將信號進行傳遞至單片機，通過對PWM波的改變實現對LED的驅動電流的控制目的，從而進行LED光度的調節，該環節主要是通過手動控制模塊實現的。具體的系統設計圖1如下所示：

3硬件電路設計

（一）手動控制模塊

本文的LED調光系統的硬件電路主要就手動控制模塊進行闡述，手動控制模塊主要能夠實現對該系統的智能調光作用之外，還進行了手動控制的設置。具體的電路圖如下所示。其中，第4鍵是自鎖按鍵，主要是進行控制方式的改變，自動控制主要是彈起狀態，手動控制主要是按下狀態。該電路圖中的1鍵、2鍵、3鍵都可以進行手動控制，其相應的PWM波之間存在很大的空比差異，從而實現對LED光照強度的調節。如圖2所示：

（二）主要電路功能及硬件選擇

給系統中的單片機是其最小的系統初始化設備，能夠紅絲線開關狀態的判斷工作，還具備對各程序模塊進行調用的功能，實現對數據的采集工作和儲存工作，同時還可以進行模糊計算和輸出控制等功能。本系統中的電路相對比較簡單，成本不高，功率耗能比較小。所以，本文主要采用AT89C2051，該設備主要含有2103 PEROM和128BRAM，20根引腳，能夠對MCS-51指令系統進行兼容。同時，功能性比較強大，性價比比較高。存儲器電是進行預設照度值的存儲。存儲器芯片一般是以2KEEPROM存儲器為主，因為其體積比較小，電路相對比較簡單。檢測電路主要是環境光照強度進行檢測，以提供科學準確的數據，其檢測的準確度很高，光照度傳感器的測量值是二進制，所以光照強度比較精確。PWM調光電路能夠由單片機進行PWM信號的輸出，隨后LED驅動電路進行調光。PWM信號則是單片機通過模糊計算，通過相應的軟件進行的。PWM信號的占空比為1，LED保持全亮狀態，也就說LED處在最高額定功率。如果PWM信號的占空比為0，LED調光系統則是關閉狀態。而鍵盤電路則的按鍵是由外部進行控制的，實現對單片機的預設照度值輸入工作。

4系統軟件設計

系統的軟件包括很多程序，其中主要有主程序和預設照度程序、照度檢測程序等等。主程序是對其它程序進行調度的關鍵程序，單片機的調光主要是其PWM的占空比進行操作的，所以，一般可以將調光程序和模糊程序進行結合。

1、主程序

主程序主要是進行初始化，隨后進行手工控制開關的檢測，通過開關狀態進行智能調光程序的判斷。若開關是閉合狀態，就需要進行外部中斷的開啟，對檢測程序進行照度的調試，進行環境光照強度值的獲取，通過存儲器進行單片機的預設照度值的獲取，隨后進行傳遞，使其至模糊程序，最后進行LED調光系統的控制和管理。

2、預設照度程序

預設照度程序主要是通過中斷的服務程序進行構建的，一般存在2個服務程序，主要進行預設照度值的調試，也就進行其增加或遞減等操作。系統在進行初始化時，首先將初始的阿照度值進行變量環境中的存儲，在中斷開啟之后，通過變量的變化實現對總線通信程序的調用，隨后將通信程序進行存取器的書寫。

3、照度檢測程序

照度檢測程一般是BH1750完成初始化之后，進行信號的收集工作，隨后將信號進行傳遞，使其至設備地址進行信號的讀取工作，然將數據進行合并，獲取環境的光照強度。要想提升檢測的精確度，需要將測量的數據進行平均值的求解。

5結束語

總之，在進行LED智能調光系統的設計時，通過對單片機的應用，能夠增加對系統的控制度，隨后通過光照度傳感器能夠將環境的光照強度進行勘探，通過模糊算法能夠將調光系統進行光照強度的調節，保證環境光照度的標準型。只有LED的調光系統以實際需求進行設計的，才能實現電能的節約，所以，很有推廣的意義。endprint