基于C51單片機和PWM調光的LED臺燈設計.doc

摘要LED臺燈作為LED綠色照明光源產品，作為國家綠色照明推廣使用的產品。在實際的應用中，發(fā)現(xiàn)LED燈在周邊亮度大時依然以同一功率發(fā)光，存在電能浪費；在周邊亮度小時LED燈不能提供足夠和恰當?shù)墓舛取１疚慕榻B了以STC89C51為控制核心，通過光敏電阻感應光度，并利用PWM調光技術對LED進行光度的自動調節(jié)。同時設置手動控制。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。關鍵詞LED臺燈 光度 PID PWM調光 自動調節(jié)原創(chuàng)性聲明本設計所用到的程序代碼和電路均是來自本團隊，如沒有經過允許，不得復制和轉載。目錄前言4總體方案設計5硬件設計5軟件設計9總結12附錄1：作品照片13附錄2：程序15前言LED照明又稱固態(tài)照明，作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術，具有節(jié)能、環(huán)保、安全可靠的特點，固態(tài)光源是被業(yè)界看好的未來十年替換傳統(tǒng)照明器具極具潛力的新型光源，代表照明技術的未來。發(fā)展新固態(tài)照明，不僅是照明領域的革命，而且符合當前政府提出的“建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會”的要求。LED臺燈就是以LED(Light Emitting Diode)即發(fā)光二極管為光源的臺燈，LED是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED臺燈是典型的綠色照明光源產品，作為國家綠色照明推廣使用的產品，具有廣闊的應用前景。在實際的應用中，發(fā)現(xiàn)LED燈在周邊亮度大時依然以同一功率發(fā)光，存在電能浪費。另外一方面，因為LED的發(fā)熱量和電流存在正相關的關系，發(fā)熱影響了LED的壽命，所以在不必要的亮度下也減少了LED的壽命。然而，當LED在周邊亮度小時，LED燈不能提供足夠和恰當?shù)墓舛?，這樣又影響了閱讀，造成視覺疲勞。PWM方法的基本思想就是利用單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調整單片機的PWM控制寄存器來調整PWM的占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機必須具有ADC端口和PWM端口這兩個必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調整PWM的占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調整PWM的占空比。本文介紹了以STC89C51為控制核心，通過光敏電阻感應光度，并利用PWM調光技術對LED進行光度的自動調節(jié)。同時設置手動控制。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。一、總體方案設計基于C51單片機和PWM調光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設置了手動控制和自動控制。在手動控制時，分為三檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的手動調節(jié)。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應光度，將電壓和預設的閾值進行對比，調整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的自動調節(jié)。總體框圖如下（圖1.1）:圖1.1二、硬件設計硬件設計總體框圖如下：圖2.01、主控電路：主控電路采用STC89C51作為主MCU。STC89C51是一款八位，片內有ROM/EPROM的單片機，其硬件結構具有功能部件種類全，功能強等特點。這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單、實用可靠。用STC89C51單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如下圖（圖2.1）所示。本設計所選用的晶振為12MHZ，晶振電容為30PF。圖2.12、LED驅動LED的亮度受電流控制，通過控制電流調節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知，利用調整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流通斷的變化用NMOS管K2717實現(xiàn)，三極管9014提供驅動K2717的電流，PWM由P2.0輸出，低電平有效。如下圖（圖2.2）所示：圖2.22、手動控制KEY4變化控制的方式，KEY4為自鎖按鍵，按下為手動控制，彈起為自動控制。手動控制時可以分為三檔，對應與KEY13三個按鍵。如下圖（圖2.3）所示：圖2.33、自動控制光敏電阻反饋部分光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換。因此，不斷采集光敏電阻對地的電壓便可以獲知臺燈周邊光強的變化。如下圖（圖2.4）所示：圖2.4ADC0809模數(shù)轉換部分ADC 0808和ADC 0809除精度略有差別外(前者精度為8位、后者精度為7位)，其余各方面完全相同。它們都是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉換，在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應用十分廣泛。如下圖（圖2.4）所示，ADC0809的參考電壓設置成5V，時鐘信號通過單片機P3.3口利用定時器中斷輸出。光敏電阻的對地電壓從IN3口輸入， ADC0809將其轉換成數(shù)字量后通過OUT1-7輸出，以便單片機進一步處理。圖2.5三、軟件設計1、總體框圖圖3.12、主要程序按鍵掃描不斷掃描按鍵判斷是手動控制和自動控制。程序代碼：void keyscan() ad(); if(key=1) /key4松開，a恒為0 ,通過讀c的值確定b的值 if(c=0.40)&(c=2.0)&(c=3.0)&(c4.0)last=7;else last=10; if(key=0) /key4按下， 手動控制 if(key1=0) delayms(10); /去抖if(key1=0) last=1; if(key2=0) delayms(10);if(key2=0) last=6; if(key3=0) delayms(10);if(key3=0) last=10; AD轉換定時器1產生CLK信號，定時時間為2us,亦即CLK周期為0.4us。程地址為011， 即IN3口輸入。利用公式getdata*1.0/255*VREV+對數(shù)字量進行變化。程序代碼如下：void ad()ST=0;/關閉轉換OE=0;/關閉輸出ST=1;/開啟轉換ST=0;/關閉轉換P34=1;/選擇通道0P35=1;P36=0;while(EOC=0);/判斷是否轉換結束:是則執(zhí)行以下語句,否則等待OE=1;/開啟數(shù)據(jù)輸出允許getdata=P0;/將數(shù)據(jù)取走,存放在變量getdata中OE=0;/關閉輸出c=getdata*1.0/255*4.85;/電壓值轉換,5V作為參考電壓,分成256PWM調節(jié)定時器0控制PWM周期和占空比。程序代碼如下：void into(void) interrupt 1TH0=(65536-500)/256;TL0=(65536-500)%256;count+;if(countCIRCLE) count=1; if(count=last)pwm=0; /占空比,使用反相器應為1else pwm=1;四、總結基于C51單片機和PWM調光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設置了手動控制和自動控制。在手動控制時，分為三檔，輸出不同的PWM占空比實現(xiàn)了對光度的手動調節(jié)。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應光度，將電壓和預設的閾值進行對比，調整PWM的占空比實現(xiàn)了對光度的自動調節(jié)。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。同時，在本次課程設計中，主要有以下體會：1、對LED的