基于51單片機的自動測控LED節(jié)能照明系統(tǒng)

程序主要分為5個模塊：亮度控制模塊、溫度探測處理模塊、光照度探測處理模塊、紅外無線探測處理模塊、液晶顯示模塊，下面對前3個較為復(fù)雜的模塊分而述之。
1)亮度控制模塊根據(jù)給定的LED驅(qū)動電路芯片SN3350的引腳特性，可以通過控制ADJ腳的信號的電壓來控制LED的亮度。單片機80C51F020能夠自行產(chǎn)生Vpp=5 V的PWM信號，因此可以通過控制該PWM信號的占空比來控制LED燈的亮度。依據(jù)圖4的光照度-電壓關(guān)系直線設(shè)定判定程序，得出對應(yīng)的占空比，就能實現(xiàn)對于亮度的控制。
2)溫度探測處理模塊由于DS18B20芯片的信號輸出腳輸出的是數(shù)字信號，本模塊的內(nèi)容主要是對從DS18B20獲得的數(shù)字信號進行譯碼，從而獲得實際環(huán)境溫度數(shù)值。
3)光照度探測處理模塊使用圖3光電轉(zhuǎn)換電路探測環(huán)境光強度輸出電壓信號。該信號是模擬信號，因此，需要對此信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后才能夠用單片機進行處理。使用80C51F020自帶的A／D轉(zhuǎn)換模塊，可以實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。光照度對應(yīng)的電壓信號在0～2．4 V之間，因此某一特定的電壓值轉(zhuǎn)換成8位的數(shù)字信號，然后通過與溫度信號類似的處理從而對光進行控制。
根據(jù)本文2．2部分所述的SN3350驅(qū)動芯片控制端ADJ引腳特性，程序設(shè)計的具體方案如下：
LED燈隨外界環(huán)境照度的自動調(diào)節(jié)和控制：當測得實際光照度大于2 000 lx(照度值可依據(jù)需要自行設(shè)定，下同)時，令A(yù)DJ引腳的輸入電壓為0，LED滅；當測得實際光照度小于1 000 lx時，令A(yù)DJ引腳的輸入電壓為0．3 V，LED亮；當測得實際光照度大于1 000 lx且小于2 000 lx時，令A(yù)DJ引腳的輸入電壓在0．3～1．2 V之間做相應(yīng)變化。
LED燈隨外界環(huán)境溫度的自動調(diào)節(jié)和控制：當LED的溫度大于80℃(溫度值可依據(jù)需要自行設(shè)定，下同)時，令VADJ=0；當LED的溫度小于50℃時，令VADJ=1．2 V。
LED燈隨外界紅外輻射信號的自動調(diào)節(jié)和控制：當熱釋電紅外無線傳感器傳來感應(yīng)信號時，令VADJ=1．2 V，沒有信號傳來時，令VADJ=0。

4 系統(tǒng)測試
4．1 基本工作測試
電源供電15 V；實測三盞LED燈兩端的工作電壓為14V；驅(qū)動電路輸出電流為320 mA；過壓保護測試調(diào)節(jié)輸入電壓大于24 V時，LED兩端電壓很快下降；當輸入電壓升至27V時LED兩端電壓已降至0V。
測試結(jié)果表明本系統(tǒng)能在低壓條件下正常穩(wěn)定工作，具有過壓保護功能。
4．2 功能測試
1)測量與顯示功能
能否顯示環(huán)境光照強度：能，LCD顯示環(huán)境光強可精確到1 lx；
能否顯示環(huán)境溫度：能，LCD顯示環(huán)境溫度可精確到0.1℃；
2)自動控制功能
光強改變時能否開關(guān)燈：能，光強大于2 170 lx時自動關(guān)燈；光強小于1 040lx時自動關(guān)燈(設(shè)計閾值分別為2 000lx和1 000 lx)；
溫度改變時能否關(guān)燈：能，溫度高于82．5℃時自動關(guān)燈；
溫度低于49．3℃時自動開燈(設(shè)計閾值分別為80℃和50℃)；
能否維持環(huán)境光強的基本穩(wěn)定：能，環(huán)境光強減弱但不小于1 000 lx時，自動提高LED的發(fā)光強度；環(huán)境光強增強但不超過2 000 lx時，自動減弱LED的發(fā)光強度；
能否感應(yīng)紅外輻射并開關(guān)燈：能，在有人進入LED燈一定距離(最大半徑3．5 m處)時，自動開燈，并維持10 s后逐步減弱燈光亮度直至關(guān)閉。
測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)具備隨環(huán)境光強、溫度、紅外輻射變化而自動控制開關(guān)、調(diào)節(jié)光強的功能，實測數(shù)據(jù)與理論設(shè)計值符合得比較好。

5 設(shè)計過程需要注意的問題
本系統(tǒng)的特點是硬件模塊電路較多，設(shè)計時應(yīng)注意共地與接口匹配。具體來說，單片機C8051F020、LED驅(qū)動電路的SN3350芯片、光電轉(zhuǎn)換電路中的集成運放LM324、熱釋電紅外無線感應(yīng)器電路的核心BISS0001芯片、DS18B20溫度傳感器電路和過壓保護電路6個模塊都要與直流電源共地。接口匹配問題主要存在于光強、紅外輻射、溫度3個傳感器的輸出口與單片機的輸入口，以及單片機的輸出口與液晶LCD1602、LED驅(qū)動芯片SN3350的控制引腳之間。此外，由于LM324、BISS0001、DS18B20等芯片的工作電壓為5 V，小于LED照明系統(tǒng)15 V的工作電壓，測試時需另接5 V電源，而實際制作成品時則需增加一個電平轉(zhuǎn)換電路，將統(tǒng)一的15 V供電電壓轉(zhuǎn)換為5 V穩(wěn)壓輸出給相關(guān)芯片。
在編寫程序時需考慮各個傳感器傳送的信息被單片機處理的優(yōu)先級。根據(jù)實際需要，本系統(tǒng)接收信號的參考優(yōu)先級順序為：溫度信號、紅外信號、光強信號。

6 結(jié)束語
本文設(shè)計的LED照明系統(tǒng)，利用單片機C8051F020作為控制核心，實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境光強、紅外輻射、溫度條件變化而自動開關(guān)、調(diào)節(jié)亮度等功能，突出了LED節(jié)能照明的優(yōu)勢，因而具有較好的實用參考價值。本系統(tǒng)的最大特色是功能集成度高，集測量、控制、顯示為一體，包括光強、紅外輻射、溫度3種傳感器。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同需要設(shè)置相關(guān)閾值或突出某一功能。例如，應(yīng)用在樓道、洗手間照明時主要用到紅外輻射傳感功能，無人時燈不亮，有人時燈才亮，達到了節(jié)約電能的效果；應(yīng)用在辦公室、教室照明時主要用到光強傳感器及調(diào)光功能，使環(huán)境光強穩(wěn)定在某一設(shè)定值，白天燈不亮或較暗，夜晚燈亮，從而提高電能利用率；應(yīng)用在智能臺燈、工件加工臺照明時還可以監(jiān)測工作溫度(比如超過80℃時燈滅)；等等。