基于AVR的LED照明燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

LED照明已經(jīng)進(jìn)入了家庭用戶，與傳統(tǒng)的照明設(shè)備(如白熾燈、熒光燈)相比，具有光源單色純度高、色彩多樣、效率高、光強(qiáng)度可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)照明亮度不易調(diào)節(jié)、開關(guān)位置固定的問題，本文基于AVR單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種LED遙控照明系統(tǒng)，提出了LED照明燈的驅(qū)動(dòng)與亮度調(diào)節(jié)的方法。

1 LED照明燈控制系統(tǒng)原理

系統(tǒng)原理圖如圖1所示。當(dāng)紅外接收器接收到紅外遙控信號(hào)時(shí)，通過外部中斷將AVR單片機(jī)從休眠模式中喚醒;AVR單片機(jī)開始解析紅外信號(hào)，如果與系統(tǒng)地址匹配，則將根據(jù)解析到的命令改變LED恒流源驅(qū)動(dòng)的輸入，從而改變LED燈的狀態(tài)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制器

控制器采用AVR單片機(jī)ATmega8。ATmega8是Atmel公司在2002年推出的一款A(yù)VR單片機(jī)，采用小引腳封裝。ATmega8內(nèi)部集成8 KB的可編程F1ash、512字節(jié)EEPROM和1KB內(nèi)部SRAM;3個(gè)PWM通道，可實(shí)現(xiàn)任意小于16位、相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出;1個(gè)可編程的串行USART接口，支持同步、異步以及多機(jī)通信自動(dòng)地址識(shí)別;5種省電模式。本系統(tǒng)中，控制器ATmega8的主要作用為：解析紅外信號(hào)，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。

2.2 紅外接收模塊

紅外接收模塊主要器件采用IRM-2368V，常用于家庭DVD、電視、空調(diào)等家電的遙控中。IRM-2368V具有以下特點(diǎn)：工作電壓為2.4～6 V;靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng);能直接將遙控信號(hào)從載波中提取出來，輸出匹配TTL、CMOS電平，可與單片機(jī)直接接口;遙控距離可達(dá)12m。圖2為紅外接收模塊原理圖。其中PD2復(fù)用為ATmega8的外部中斷INTO，電源部分使用系統(tǒng)的5 V供電。

2.3 LED驅(qū)動(dòng)模塊

LED驅(qū)動(dòng)模塊采用HV9910集成芯片。它具有如下特點(diǎn)：高能效超過90%;8～450 V的寬電壓輸入;輸出電流從幾mA到1A可調(diào);能驅(qū)動(dòng)多達(dá)百個(gè)LED燈;PWM調(diào)節(jié)電流。圖3是LED恒流源驅(qū)動(dòng)原理圖，該驅(qū)動(dòng)電路為典型buck-boost轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)器中輸入電源電壓Vin=12V，驅(qū)動(dòng)3～6個(gè)3 50mA高亮度LED燈。

HV9910工作時(shí)，內(nèi)部振蕩頻率fosc由引腳Rosc上的電阻決定。本設(shè)計(jì)中Rosc取470 kΩ，將MOSFET管Q1的gate端開關(guān)頻率設(shè)定為50kHz。R osc與fosc滿足以下關(guān)系式(Rosc的單位是kΩ)：

每個(gè)LED燈工作時(shí)壓降約為3 V，當(dāng)有3只LED燈串聯(lián)在輸出端時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出電壓Vled=91 V。可得LED滿電流工作時(shí)Q1管的控制信號(hào)占空比D為：

Q1的導(dǎo)通時(shí)間Ton=D/fosc=8.6μs，輸出電流Iled=350 mA，諧波電流抑制在30%以內(nèi)，則可由下式得出電感L1的值：

本方案中L1實(shí)際使用1 mH。

R1上的反饋電壓與HV9910內(nèi)部比較電壓250 mV相比較，若反饋電壓大于250 mV，則關(guān)斷Q1。由諧波電流關(guān)系式可求出R1：

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。系統(tǒng)上電后，首先讀取系統(tǒng)的狀態(tài)配置，設(shè)定LED燈的工作狀態(tài);然后進(jìn)入休眠模式，定時(shí)器依然工作在PWD狀態(tài)中。IRM-2368V的輸出口與ATmega8的PD2口相連，休眠狀態(tài)下該端口配置為中斷INT0;中斷喚醒后，關(guān)閉中斷并將該端口配置為輸入端口。

4 系統(tǒng)測(cè)試

在帶負(fù)載(LED燈)的情況下，設(shè)定的PWM占空比與負(fù)載電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所列?？梢钥闯觯敵鲭娏鞔笮』九cPWM信號(hào)占空比呈線性正比關(guān)系。

結(jié)語

本方案利用紅外遙控較好地實(shí)現(xiàn)了家用LED照明調(diào)光控制。ATmega8與紅外遙控遠(yuǎn)距離控制的優(yōu)勢(shì)還可以得到進(jìn)一步的發(fā)揮：ATmega8的3個(gè)定時(shí)器可配置為3路PWM輸出，即可以控制3串LED燈，可以為多色LED照明與裝飾照明提供支持;ATmega8強(qiáng)大的處理能力也可以為個(gè)性化的照明方案提供強(qiáng)大的支持;紅外收發(fā)系統(tǒng)除了能發(fā)送控制信號(hào)外，還能將燈光控制方案?jìng)鬏斀oATmega8，系統(tǒng)將可以自由地更換個(gè)性化的照明方案。