基于單片機(jī)和LED的汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2 LED驅(qū)動(dòng)及調(diào)光

　　在汽車照明系統(tǒng)中，LED驅(qū)動(dòng)電路必須能夠從汽車電源總線中獲取工作電源。在應(yīng)用中，為獲取所需亮度的照明光源，可采用單個(gè)高功率的LED或者多個(gè)LED串聯(lián)、并聯(lián)或串并混合連接的結(jié)構(gòu)。由于汽車電源總線提供的標(biāo)稱值為12 V，因此系統(tǒng)選用輸入電壓為7~450 V的大功率LED驅(qū)動(dòng)芯片XLT604。XLT604是采用BICMOS工藝設(shè)計(jì)的PWM高效LED驅(qū)動(dòng)控制芯片，能以300 kHz的固定頻率驅(qū)動(dòng)外部MOSFET，且其頻率可由外部電阻編程決定；外部高亮度LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定高亮度并增強(qiáng)LED的可靠性，其恒流值可由外部取樣電阻決定，其變化范圍從幾mA~1 A。XLT604驅(qū)動(dòng)的LED可以通過(guò)外部控制電壓線性調(diào)節(jié)其亮度，也可通過(guò)外部低頻PWM方式調(diào)節(jié)LED串的亮度。在汽車照明系統(tǒng)中，一般只需輸出光通量范圍在150~800 lm。系統(tǒng)采用Cree公司的XLamp XP-E LED，可達(dá)到100 lm/W的發(fā)光效率，并且采用3個(gè)LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu)[2]。LED驅(qū)動(dòng)及調(diào)光電路如圖2所示。

1.2.1 LED驅(qū)動(dòng)控制

　　圖2中，XLT604采用DC－DC降壓驅(qū)動(dòng)，外部輸入電壓12 V，LED串電壓9 V。當(dāng)GATE端輸出高電平時(shí)，電感儲(chǔ)能或部分能量直接傳給LED串，系統(tǒng)通過(guò)限制功率管的電流峰值的方式工作；當(dāng)功率MOSFET關(guān)斷時(shí)，存儲(chǔ)在電感上的能量轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)電流。外部電流采樣電阻R2與功率管的源極串聯(lián)，當(dāng)R2的電壓值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，功率管關(guān)斷[2]。

1.2.2 LED調(diào)光

　　XLT604有線性調(diào)節(jié)、PWM調(diào)節(jié)2種調(diào)光方式。線性調(diào)節(jié)可動(dòng)態(tài)控制LED的亮度，但會(huì)降低LED的效率，并引起白光LED向黃色光譜的色彩偏移。PWM調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，當(dāng)PWM脈沖為有效高電平或低電平時(shí)， LED輸入電流分別為最大或0，其導(dǎo)通時(shí)間受控于PWM引腳輸入脈沖的占空比[3]。由于LED始終工作于相同的電流條件下，通過(guò)施加1個(gè)PWM信號(hào)來(lái)控制LED亮度的做法，可以在不改變彩色的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)LED亮度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，因此本系統(tǒng)采用PWM調(diào)光方式。PWM信號(hào)由單片機(jī)PIC18F448輸出的PWM信號(hào)至XLT604的PWM端子獲得。PIC18F448根據(jù)由溫度檢測(cè)模塊測(cè)得的溫度和光敏傳感器測(cè)得的光通量信號(hào)來(lái)改變PWM脈沖信號(hào)的占空比以調(diào)節(jié)LED的亮度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。LED燈的亮度與PWM信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度成正比，通過(guò)PWM調(diào)節(jié)方式可以在0~100％范圍調(diào)光，但不能調(diào)出高于設(shè)定值的電流。PWM調(diào)光精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬[4]。

1.3 系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì)

　　PIC18F448單片機(jī)是系統(tǒng)的主控中心，內(nèi)部包含4個(gè)定時(shí)器、4個(gè)I/O端口、8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器、2路PWM脈沖輸出、SPI總線接口等，資源比較豐富，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求[1]。系統(tǒng)主控電路如圖3所示。其中，PIC18F448 的RA端口的AN0引腳接收來(lái)自光敏傳感器的光亮檢測(cè)信號(hào)，RB4端口接收DS18B20溫度檢測(cè)信號(hào)，并且系統(tǒng)根據(jù)這2個(gè)變量輸出不同占空比的PWM脈沖至XLT604驅(qū)動(dòng)器的PWM引腳，從而調(diào)節(jié)LED的輸出光通量。

　　光通量檢測(cè)采用光敏電阻實(shí)現(xiàn)，在其兩端加上5 V的電壓，當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，引起輸出電壓在0～5 V之間變化。溫度檢測(cè)采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、用戶可自行設(shè)定預(yù)警上下限溫度等優(yōu)點(diǎn)，測(cè)溫范圍為-55 ℃~+125 ℃，能很好地滿足系統(tǒng)測(cè)溫的要求。本系統(tǒng)采用單總線方式傳輸溫度信號(hào)可以大大節(jié)省單片機(jī)有限的端口資源，簡(jiǎn)化了測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。因?yàn)閱慰偩€通信具有獨(dú)特的電源和信號(hào)復(fù)合功能，僅使用1條口線、每個(gè)芯片唯一編碼并支持聯(lián)網(wǎng)尋址等特點(diǎn)。