一種多功能led臺燈設(shè)計方案

1、一種多功能led臺燈設(shè)計方案一種多功能led臺燈設(shè)計方案一種多功能LED臺燈設(shè) 計方案2012年05月02日10:45本站整理 作者： 秩名用戶評論（0）關(guān)鍵字：LED臺燈（7）引言LED（發(fā)光二極管）作為一種新型光源，具 有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、使用壽命長等其他光源無法比擬的 優(yōu)點，代表著未來照明技術(shù)的發(fā)展方向。本文設(shè)計了以AT89S51單片機為核心的多功能白光LED臺燈系統(tǒng)，采用 PT4115大功率LED恒流驅(qū)動方案，可實 現(xiàn)對LED臺燈的PWM調(diào)光控制；同時兼有時鐘日歷、 聲光 鬧鐘、溫度檢測、液晶顯示等多項功能。在實現(xiàn)高效節(jié)能的同時，為家庭使用提供了極大的便捷。1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 該多功

2、能LED臺燈系統(tǒng)采用20只 5mm高亮白光LED燈珠為光源，以 AT89S51單片機為主 控芯片，由LED恒流驅(qū)動系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、液 晶顯示系統(tǒng)、蜂鳴系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)可具體實現(xiàn) LED臺燈的10級PWM調(diào)光控制; 液晶屏實時顯示時鐘、日歷與環(huán)境溫度信息；鬧鐘功能采用聲 光報警方式，即一旦到達鬧鐘時間，LED臺燈自動點亮，并 發(fā)生蜂鳴聲報警，以喚醒用戶；用戶可通過按鍵系統(tǒng)實現(xiàn)對時 鐘日歷與鬧鐘參數(shù)的設(shè)置、LED亮度的調(diào)節(jié)以及鬧鐘報警的解除圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.1單片機主控系統(tǒng) 本設(shè)計主控系 統(tǒng)采用ATMEL公司的高性能 AT89S51芯片實現(xiàn)，具P0 口

3、 外接10K的上拉電阻，P0.0P0.7同時作為 DS12C887的數(shù) 據(jù)接口與液晶1602的數(shù)據(jù)接口。P2.0P2.3分別連接 DS12C887芯片的片選端 CS、地址選 通輸入端AS、數(shù)據(jù)選擇端DS與讀/寫輸入端R/W,P3.2連接 其鬧鐘中斷請求輸由端 IRQ.P2.5P2.7分別連接液晶1602 的使能端EN、數(shù)據(jù)/命令選擇端RS、讀/寫選擇端RW.P2.4作 為蜂鳴器控制端。P3.0作為DS18B20的信號輸入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6 與 P3.7 作為 S2S6 按鍵系統(tǒng)。P1.1作為PWM 信號的輸由端并連接PT4115芯片 DIM端，用于PWM調(diào)光控制。系統(tǒng)晶

4、振電路由12MHZ晶振與兩個30PF電容組成；復(fù)位 電路則由S1按鍵、10K電阻與10uF電解電容構(gòu)成。主控系統(tǒng)電路如圖2所示。圖2單片機主控系統(tǒng)電路圖 1.2恒流驅(qū)動系統(tǒng) 本設(shè)計 L ED光源采用相互并聯(lián)方式， 共由20只5mm高亮度小功 率LED燈珠組成；每只LED燈珠的壓降約3.1V,工作電流約 20mA.由白光LED的正向伏安特性可知， 當(dāng)LED 端電壓超 過其正向?qū)妷汉螅^小的電壓波動都會導(dǎo)致工作電流的的劇烈變化，從而影響LED的正常使用，固LED宜采用恒 流驅(qū)動方式。因此，本設(shè)計 LED采用高性能PT4115恒流芯片驅(qū)動， PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源芯片

5、， 能將直流電壓直接轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的恒流輸由；其采用630V寬電壓輸入，輸由電流可達 1.2A,轉(zhuǎn)換效率高達97%,輸由電流 精度達 苦.該芯片內(nèi)部含有抖頻特性，極大的改善EMI,同時具有過溫、過壓、過流、 LED開路保護等多種功能。該芯片適合用于綠色照明LED燈的驅(qū)動電路，具有應(yīng)用電路非常簡潔的優(yōu)點。LED恒流驅(qū)動電路如圖 3所示。圖3 LED恒流驅(qū)動系統(tǒng)電路圖 通過PT4115芯片上的 DIM端，可以方便的進行模擬或PWM調(diào)光。由于模擬調(diào)光是直接改變流過LED電流的大小來實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，除了亮度會改變以外，也會影響白光的質(zhì)量，即不 同電流下發(fā)生的白光存在色偏。因此，本設(shè)計采用 PWM調(diào)光方案，P

6、WM調(diào)光的基本原 理是保持LED正向?qū)娏骱愣?，而通過控制電流導(dǎo)通和 關(guān)斷的時間比例，即改變輸入脈沖信號的占空比，使LED產(chǎn)生亮暗變化；并利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，當(dāng) LED亮暗變化 頻率大于120Hz時，人眼就不會感覺到閃爍， 而看到是LED 的平均亮度。PWM 調(diào)光的優(yōu)勢是 LED 正向?qū)ǖ碾娏魇呛愣ǖ模琇ED 的色度就不會像模擬調(diào)光時產(chǎn)生變化。PT4115恒流驅(qū)動輸由的電流值計算公式為：IOUT =(0.1 D)/ Rs (D 為方波信號占空比，Rs為限流電阻。本設(shè)計LED光源采用20只小功率白光LED燈珠并聯(lián) 方式，且每只 LED燈珠額定電流為 20mA,則PT4115恒流 驅(qū)動輸由

7、最大電流 IOUT 應(yīng)為400mA,因此Rs選取0.25 Q 電阻。L1為鎮(zhèn)流電感，選取68以H川于穩(wěn)定通過LED的電流。D1是續(xù)流二極管，當(dāng)芯片內(nèi)部MOS管截止?fàn)顟B(tài)時為儲存在電感L1中的電流提供放電回路；由于工作在高頻狀態(tài)， D1選用正向壓降小且恢復(fù)速度快的肖特基二極管SS24.PWM脈沖信號則由單片機 P1.1產(chǎn)生，具高低電平?jīng)Q定LED 的通斷狀態(tài)。將定時器T0溢由中斷定為1/2500秒(即400以S,)每10次 脈沖作為一個周期， 即頻率為250Hz.這樣，在每1/250秒的 方波周期中，通過改變方波的輸由占空比，從而實現(xiàn)LED燈的10級亮度調(diào)節(jié)，即LED亮度等級由每個周期內(nèi)的高電平 脈

8、沖數(shù)目決定。當(dāng)高電平脈沖個數(shù)為 1時，占空比為1/10，亮度最低，其 調(diào)光原理如圖 4所示；當(dāng)高電平脈沖為 10時，占空比為 1,LED亮度最高。圖4 PWM調(diào)光原理圖2系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)控制程序主要包含系統(tǒng)初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、溫度 傳感器芯片處理程序、 液晶顯示程序、鍵盤檢測與處理程序、 鬧鐘中斷以及定時器產(chǎn)生PWM程序構(gòu)成。2.1系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)初始化程序 （包括I/O 口初始化、DS12C887時鐘芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中斷0與定時器T0設(shè)置）、按鍵檢測和處理 程序、時鐘數(shù)據(jù)的讀取與處理程序、溫度數(shù)據(jù)的讀取與處理 程序、液晶顯示程序、鬧鐘報

9、警的判斷和處理程序、PWM調(diào)光處理程序等。程序中設(shè)置鬧鐘標(biāo)志位 Flag_ri, 一旦鬧鐘時間到達，時鐘芯 片IRQ引腳觸發(fā)外部中斷 0,進入中斷程序則置 Flag_ri=1,用 于主程序中鬧鐘報警的判斷與處理。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 10所示。圖10主程序流程圖 2.2按鍵檢測和處理程序 按鍵控制 系統(tǒng)由S2S6五個按鍵組成，分別為 S2時間設(shè)置鍵、S3數(shù) 值增大鍵、S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鐘設(shè)置鍵以及 S6亮度調(diào)節(jié) 鍵。S2用于選擇需要調(diào)整的時鐘以及鬧鐘參數(shù)，根據(jù)S2按下次數(shù)，依次選擇秒、分、時、星期、日、月、年，液晶屏上 被選參數(shù)下方以光標(biāo)閃爍狀態(tài)提示，再通過按下S3或S4調(diào)整被選參數(shù)值的大

10、小，S2按下累積8次時，則退由選擇功能并保存當(dāng)前數(shù)據(jù)至?xí)r鐘芯片S5用于鬧鐘時間的查看與設(shè)置；首次按下S5,1602液晶屏 第二行顯示已設(shè)置的鬧鐘時間 ；可通過S2、S3與S4重新設(shè)置 鬧鐘時間；再次按下，則退由鬧鐘查看功能并保存當(dāng)前設(shè)置的 鬧鐘參數(shù)至?xí)r鐘芯片。同時，S3與S4還可獨立作為鬧鐘產(chǎn)生時的取消鍵與LED燈光的關(guān)閉鍵。S6實現(xiàn)LED燈光亮度的10級調(diào)節(jié)，每按一次，LED亮度 增大一級；當(dāng)達到亮度最大時，再次按下則關(guān)閉LED燈光。每次有按鍵按下，蜂鳴器都以短滴 聲提示。按鍵檢測與處理流程圖如圖11所示。圖11按鍵檢測與處理流程圖2.3鬧鐘中斷程序 系統(tǒng)到達設(shè)置的鬧鐘時間，DS12C887

11、時鐘芯片IRQ引腳輸由由高 電平變?yōu)榈碗娖?，作為單片機P3.2 口 INT0中斷的申請輸入，并可通過讀取 DS12C887芯片的C寄存器來清除IRQ 引腳輸由。因此，將外部中斷INT0設(shè)置為負跳變沿觸發(fā)中斷，并設(shè) 置鬧鐘標(biāo)志位 Flag_ri,鬧鐘時亥倒達時設(shè)置 Flag_ri=1,用于主 程序中的鬧鐘報警處理。鬧鐘中斷程序如圖12所示。圖12鬧鐘中斷流程圖 2.4定時器中斷程序 為產(chǎn)生調(diào)節(jié) LED燈光亮度的PWM信號，定時器 T0設(shè)置為工作方式0,即13位計數(shù)器定時，最多裝載數(shù)值為 213=8192個。因為系統(tǒng)晶振采用 12MHz,賦值使TH0=（8192-400）/ 32與 TL0=（81

12、92-400）%32,即可實現(xiàn)400以S的定時中斷。10次中斷（即4mS）作為一個周期，通過調(diào)節(jié)每個周期內(nèi)單 片機P1.1（該控制口名稱定義為 LED_PWM）輸生的占空比來 產(chǎn)生PWM脈沖信號，以控制 PT4115恒流驅(qū)動芯片實現(xiàn) LED燈白10級亮度調(diào)節(jié)。程序設(shè)置對 T0中斷次數(shù)（即定義為T0_num）進行計數(shù)， 以便判斷一個周期到否；同時判斷比較高電平脈沖個數(shù) （即定 義為scale值，由調(diào)光鍵 S6按下次數(shù)設(shè)置）用于實現(xiàn)不同亮 度等級的調(diào)節(jié)。在定時器T0中斷服務(wù)程序中，首先 T0重新裝入定時為 400以S的初值；定時器中斷次數(shù) T0_num加1,判斷一個方波 周期到否，若到達，令T0_num歸零，并將P1.1 口輸由電平 置高（即LED_PWM=1）;如果一個方波周期還沒到，則與亮度等級scale值作比較，判斷高電平脈沖個數(shù)scale到否，若到達，令P1.1 口輸由電平置低（即LED_PWM=0），否則繼續(xù) 保持P1.1 口輸由高電平（即LED_PWM=1）;而后中斷返回， 等待下一次定時中斷。這樣，P1.1 口就產(chǎn)生了所需的 PWM調(diào)光信號。定