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          基于單片機(jī)的LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)

          作者: 時(shí)間:2018-08-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:隨著社會(huì)的發(fā)展人們對(duì)照明的要求越來(lái)越高,照明越來(lái)越普遍化、多樣化、耗能化,能源缺乏問(wèn)題也隨之成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),作為一種新型光源,具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),代表著未來(lái)照明技術(shù)的發(fā)展方向。本設(shè)計(jì)是一種基于STC12C5A60S2的自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng),通過(guò)感知外界光強(qiáng),系統(tǒng)依據(jù)此信號(hào)以PWM控制方式聯(lián)合大功率驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003實(shí)現(xiàn)LED燈亮度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)光線強(qiáng)度的自動(dòng)調(diào)節(jié),以達(dá)到節(jié)能的目的。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/387279.htm

          隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,全球的能源消耗增長(zhǎng)越來(lái)越快,伴隨而來(lái)的后果則是大量的環(huán)境被污染和生態(tài)遭到破壞,現(xiàn)在人們正在尋找新的節(jié)能方式。

          人類消耗能源的比較重要的方面其中之一就是照明,根據(jù)我國(guó)調(diào)查,中國(guó)每年照明的用電量達(dá)到3000億度以上。如果全部的白熾燈有LED照明燈取代,可節(jié)省的用電量將達(dá)到1000億度。開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用節(jié)能系統(tǒng),成為迫在眉睫的任務(wù)。LED作為一種固態(tài)冷光源,是繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度放電燈之后的第四代新光源?;?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)的LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng),是一種典型的綠色照明方式,與傳統(tǒng)照明相比,具有智能、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、安全可靠等這些優(yōu)點(diǎn),這是代表著照明技術(shù)的未來(lái)。基于此本文設(shè)計(jì)了一種LED燈光自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng),可以根據(jù)環(huán)境的亮暗自動(dòng)調(diào)節(jié)光的強(qiáng)弱。該系統(tǒng)成本低廉,有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用前景。

          1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

          硬件系統(tǒng)的各個(gè)組成部分和其應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能是:

          1)主控單元。整個(gè)系統(tǒng)裝置的核心部分,所有采集到的信號(hào)、數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)CPU的處理,并進(jìn)行判斷,發(fā)出控制信號(hào)。

          2)光信號(hào)采集模塊。實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境光強(qiáng)度,然后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換,送入主控單元進(jìn)行處理,作為判斷光強(qiáng)度信息和監(jiān)控的目標(biāo)。

          3)電源模塊。為裝置提供需要的電源,包括各種集成芯片需要的數(shù)字電源,采集單元需要的模擬電源和LED驅(qū)動(dòng)電路的電源。電源要能夠保證其穩(wěn)定性,使各個(gè)單元能夠正常工作。

          4)按鍵電路。用于設(shè)置環(huán)境光報(bào)警值。

          5)報(bào)警、顯示電路。報(bào)警電路用于當(dāng)環(huán)境光低于設(shè)定的環(huán)境光報(bào)警值時(shí)自動(dòng)報(bào)警提示。顯示電路用于顯示環(huán)境光強(qiáng)度大小。

          6)LED燈驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003接收單片機(jī)發(fā)出的PWM信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)LED燈亮、調(diào)節(jié)其亮度大小。

          2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

          2.1 單片機(jī)的選擇

          STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60K FLASHROM,這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫。顯而易見(jiàn),這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低,開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。其中寫入單片機(jī)內(nèi)的程序可以進(jìn)行加密處理,可以保護(hù)你的勞動(dòng)成果不受侵犯。重要的一點(diǎn)STC12C5A60S2目前的售價(jià)與傳統(tǒng)51差不多,市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。是一款高性價(jià)比的單片機(jī)??紤]到MCS-51單片機(jī)具有較強(qiáng)的代表性以及該系列單片機(jī)資料較多,本設(shè)計(jì)采用STC12C5A60S2單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

          2.2 LED燈調(diào)光方案

          采用脈寬調(diào)制(PWM)來(lái)調(diào)光。通過(guò)STC12C5A60S2產(chǎn)生的PWM波來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)芯片,來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光的目的。具有精度高,節(jié)能,易于實(shí)現(xiàn)智能控制的等特點(diǎn)。

          本系統(tǒng)擬采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控模塊,由光電轉(zhuǎn)換電路采集外界光強(qiáng)信號(hào),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送單片機(jī)處理,單片機(jī)根據(jù)處理結(jié)果智能調(diào)節(jié)輸出PWM來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路的電流大小,并以此來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度大小。

          2.3 光信號(hào)采集電路

          光線檢測(cè)電路是比較重要的一個(gè)部分,其中關(guān)鍵的元件有兩個(gè),一個(gè)是光敏電阻,一個(gè)可調(diào)電阻。光敏電阻通過(guò)對(duì)當(dāng)前環(huán)境光線的強(qiáng)弱來(lái)改變自己的阻值,從而改變其兩端的電壓,來(lái)達(dá)到控制LED燈亮暗的效果,還可以根據(jù)實(shí)際情況再加一個(gè)可調(diào)電阻,通過(guò)改變電阻的大小來(lái)改變光敏電阻的靈敏度。如果認(rèn)為天色還挺亮的,燈就開(kāi)了,那就把電阻變大些,光敏電阻的靈敏度就下降了,這樣就可以等到天暗下來(lái)時(shí)再開(kāi)燈,同樣的,天已經(jīng)很暗了,燈還沒(méi)亮,那就把電阻調(diào)小點(diǎn),這樣反復(fù)多調(diào)幾次,就可以把LED燈調(diào)到一個(gè)最理想最合適的狀態(tài)了。下圖為光信號(hào)采集電路。

          2.4 按鍵電路與報(bào)警電路設(shè)計(jì)

          獨(dú)立式鍵盤就是一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)端口輸入,每一個(gè)按鍵都有一個(gè)按鍵電路來(lái)區(qū)分是否有按鍵按下。這些按鍵可以直接與單片機(jī)I/O線相接或者是通過(guò)輸入口與數(shù)據(jù)線相連接,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。按鍵電路如圖3所示。

          環(huán)境光低于設(shè)定的環(huán)境光報(bào)警值時(shí)自動(dòng)報(bào)警提示。圖4為報(bào)警電路。

          2.5 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

          燈光驅(qū)動(dòng)電路是整個(gè)系統(tǒng)中硬件電路的關(guān)鍵,他決定著整個(gè)系統(tǒng)的工作性能,而且本系統(tǒng)所采用的是PWM控制自動(dòng)調(diào)光,來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的亮度調(diào)節(jié)。

          ULN2003是一種大電流驅(qū)動(dòng)陣列,適用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡這些控制電路中??芍苯域?qū)動(dòng)繼電器這些負(fù)載。當(dāng)輸入5VTTL電平,輸出則可達(dá)到500 mA/50 V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都都是串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,當(dāng)工作在5 V的電壓下它能夠與TTL和CMOS電路直接相連連,可以去直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。ULN2003是一種具有高電壓大電流,是達(dá)林頓晶體管陣列系列的產(chǎn)品,ULN2003不僅在電流增益、工作電壓方面好的特點(diǎn)。而且還有溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)這些特點(diǎn),能夠適用于各類需要高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。

          ULN2003的輸出端可達(dá)500 mA/50 V。輸出端的二極管學(xué)名為續(xù)流二極管。如果ULN2003的達(dá)林頓管輸入端輸入低電平使其截止,其驅(qū)動(dòng)的元件是感性元件,則電流不能突變,此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高壓;如果沒(méi)有二極管,達(dá)林頓管會(huì)被擊穿,所以這個(gè)二極管主要起保護(hù)作用。由于ULN2003是集電極開(kāi)路輸出,為了讓這個(gè)二極管起到續(xù)流作用,必須將COM引腳(pin9)接在負(fù)載的供電電源上,只有這樣才能夠形成續(xù)流回路。

          因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中需要用ULN2003來(lái)驅(qū)動(dòng)燈,圖5是LED燈的驅(qū)動(dòng)電路。

          2.6 電源模塊硬件設(shè)計(jì)

          由于目前我國(guó)居民最常用為220 V,50 Hz交流電,而系統(tǒng)需+5 V直流電,故電源模塊采用220 V轉(zhuǎn)12 V變壓器,然后經(jīng)橋式整流及LM317穩(wěn)壓芯片處理,最后經(jīng)濾波后輸出+5 V直流電壓。電源模塊電路圖如圖6所示。

          3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

          3.1 系統(tǒng)總體程序

          軟件開(kāi)始首先必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化,其中初始化的內(nèi)容包括:PWM的設(shè)定,定時(shí)器初始化,各I/O口的功能設(shè)定等。初始化完成程序后程序進(jìn)入光線強(qiáng)度采集部分,并將處理了的數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)于關(guān)系的PWM輸出,并顯示相應(yīng)的光線強(qiáng)度值。

          3.2 光信號(hào)采集程序

          光信號(hào)采集程序用ADC0832來(lái)對(duì)輸入的光敏電阻的電壓進(jìn)行采集測(cè)量,并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元,其程序流程圖如圖8所示。

          4 結(jié)論

          本系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的功能全面同時(shí)達(dá)到了智能節(jié)能的要求,技術(shù)難點(diǎn)在于對(duì)光照強(qiáng)度信號(hào)的采集與對(duì)應(yīng)燈光強(qiáng)度的控制。由于我們采用的是光敏電阻,AD采集光敏電阻兩端電壓會(huì)經(jīng)過(guò)光照強(qiáng)度的增加而變小,以此通過(guò)一定比例關(guān)系映射到PWM的占空比上來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度。

          本系統(tǒng)制作的主要設(shè)計(jì)源泉來(lái)源于生活,因此創(chuàng)新之處也在于處理生活中一些比較常見(jiàn)的問(wèn)題。光敏電阻采集信號(hào),利用單片機(jī)進(jìn)行處理,以達(dá)到便于控制的目的。當(dāng)房間亮度不夠時(shí),臺(tái)燈便會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮,省去了黑暗中摸開(kāi)關(guān)的麻煩。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,有較強(qiáng)的實(shí)際意義。



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