大功率LED照明系統(tǒng)的瓶頸與解決方案

　　3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　LED散熱控制系統(tǒng)由溫度設(shè)定模塊、復(fù)位模塊、顯示模塊、溫度采集模塊、控制電路模塊［2］及制冷模塊組成，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該系統(tǒng)以微處理器為控制核心，與溫度采集模塊通信采集被控對象的實(shí)時(shí)溫度，與溫度設(shè)定模塊通信設(shè)定制冷啟動(dòng)溫度和強(qiáng)制冷溫度。利用C語言對未處理編程可實(shí)現(xiàn)，當(dāng)采集的實(shí)時(shí)溫度小于制冷啟動(dòng)溫度時(shí)，無PWM調(diào)制波［1，6］輸出，制冷模塊處于閑置狀態(tài);當(dāng)采集的實(shí)時(shí)溫度大于制冷啟動(dòng)溫度但小于強(qiáng)制冷溫度時(shí)，輸出一定占空比的PWM調(diào)制波，制冷模塊啟動(dòng)小功率的制冷方式;當(dāng)采集的實(shí)時(shí)溫度大于強(qiáng)制冷溫度時(shí)，輸出一定占空比的PWM調(diào)制波，制冷模塊啟動(dòng)大功率的制冷方式。

　　4硬件電路設(shè)計(jì)及其元件選擇

　　該系統(tǒng)主要由溫度設(shè)定、溫度采集、PWM控制電路及輔助電路（復(fù)位電路和顯示電路）組成。本方案采用低價(jià)位、高性能的AT89C51作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制功能;采用單線通信的高精度溫度傳感器DS18B20，實(shí)現(xiàn)對被控對象LED芯片實(shí)時(shí)溫度的采集;同時(shí)設(shè)計(jì)了4×3輸入鍵盤，制冷啟動(dòng)溫度和強(qiáng)制冷溫度由鍵盤輸入;設(shè)計(jì)了PWM控制電路，實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體制冷片TEC［5］的工作電壓的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體制冷片TEC制冷功率的控制，以達(dá)到對LED芯片及時(shí)散熱的效果。

　　4.1主控芯片AT89C51

　　該系統(tǒng)的主控芯片選用的是單片機(jī)AT89C51。單片機(jī)AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的處理器，為嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高的廉價(jià)方案。單片機(jī)AT89C51內(nèi)含4KB的Flash儲存器，可反復(fù)擦寫1000次、128字節(jié)的RAM、四個(gè)并行8位雙向I/O和2個(gè)16位可編程定時(shí)器。此外，主控芯片AT89C51采用頻率為12MHz的晶振，這樣系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)機(jī)器周期，有利于程序的編寫。單片機(jī)AT89C51主要功能：從鍵盤電路讀入設(shè)定的制冷啟動(dòng)功率和強(qiáng)制功率，從溫度傳感器DS18B20讀入實(shí)時(shí)采集的LED芯片工作溫度，通過C語言編程將二者比較對光電耦合器輸出PWM調(diào)制波及將DS18B20實(shí)時(shí)采集的溫度輸出到LCD顯示。

　　4.2鍵盤電路

　　該系統(tǒng)采用4×3鍵盤［4］，包含0～9共10個(gè)數(shù)字鍵、一個(gè)“確定”鍵和一個(gè)“清除”鍵。操作流程為：輸入2位設(shè)定溫度，按下“確定”，將設(shè)定溫度輸入到AT89C51內(nèi)用戶自定義區(qū)某存儲單元，作為半導(dǎo)體制冷片的啟動(dòng)溫度。然后，同理再次輸入2位溫度，作為半導(dǎo)體制冷片的強(qiáng)制冷溫度。鍵盤工作原理：I/O口P1.0～P1.3充當(dāng)行選線，P1.5～P1.7（外接上拉電阻到+5V電源）充當(dāng)列選線。初始化時(shí)P1.0～P1.3置低電位，P1.5～P1.7置高電位并等待按鍵。當(dāng)有鍵按下時(shí)，相應(yīng)的列選線電平被強(qiáng)制拉低，讀相應(yīng)的行碼和列碼，則按鍵的編號即可確定。

　　圖3 鍵盤外觀

4.3溫度采集電路

　　該系統(tǒng)采用美國DALLAS公司的生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20。DS18B20是一款僅使用一根信號線（1-Wire）與單片機(jī)通信的溫度測量芯片，可以測量（滿足該系統(tǒng)的測溫要求）之間的溫度，利用程序編程可實(shí)現(xiàn)9為數(shù)字溫度輸出，測量精度為由于溫度高于 時(shí)，DS18B20表現(xiàn)出的漏電流比較大，可能出現(xiàn)與單片機(jī)AT89C51的通信崩潰，故采用外部電源模式供電。DS18B20最大的特點(diǎn)就是單總線傳輸方式，因此對讀寫數(shù)據(jù)位具有嚴(yán)格的時(shí)序要求。時(shí)序包括：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從單片機(jī)的啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求DS18B20回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫時(shí)序后，單片機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是地位在先。