【燈光綜合控制系統(tǒng)設計（論文11000字）】

燈光綜合控制系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u203571緒論 緒論在全球經(jīng)濟快速發(fā)展，能源需求不斷增加，電力供應日益緊張的環(huán)境下，節(jié)能減排已成為各國積極推動的政策措施。目前，中國照明用電量占總用電量的比例不斷增加。城市廣場，舞臺表演藝術，家居裝飾等都需要點綴燈飾。因此，采用合理有效的照明方案是緩解電力負荷應力的主要途徑之一[1]。此外，作為日常消耗品，照明燈具也正在發(fā)生翻天覆地的變化，都朝著節(jié)能和環(huán)保的方向發(fā)展。從19世紀的白熾燈到目前使用的各種類型的熒光燈的照明裝置，燈的效率和經(jīng)濟性非常低。其中，白熾燈效率最低，其消耗的電能以大量熱能釋放，只有10％轉換為光能，而使用低壓汞蒸汽電弧放電的熒光燈增加電力利用率，但為時尚早。老齡化問題的出現(xiàn)。與傳統(tǒng)光源相比，LED（Light-EmittingDiode）照明光源具有體積小，效率高，壽命長，環(huán)保等優(yōu)點。它被認為是新一代綠色照明光源[2-4]。雖然經(jīng)濟發(fā)展帶來了公眾生活水平的提高，但也帶來了心理壓力，然后燈光開始在日常活動中占據(jù)越來越重要的地位。對淺色的需求反映了現(xiàn)代生活中不斷增長的精神需求。人們對照明的感知不再是純粹的照明工具，而是一種增強氛圍和增添色彩的藝術表達。起初，LED燈只有紅色，綠色和藍色原色的照明模式，但隨著技術工藝的改進，LED的顏色開始明亮，公眾的色彩情感也得到了豐富[3-5]。1.2.1國內(nèi)外對燈光優(yōu)化技術的研究照明優(yōu)化問題的基本原理是提高電光轉換率，有效利用電能而不降低照明質量，同時，根據(jù)視覺操作要求，可以有目的地在不同的條件下進行照明。環(huán)境環(huán)境。LED作為照明燈具，呈現(xiàn)出五彩繽紛的燈光魅力，大眾不僅僅局限于燈光舞臺，而且更注重合適的燈光強度和精心打造的環(huán)境空間帶來的美感，所以燈光在另一種方式反映精神和文化需求。當今技術的發(fā)展導致了照明技術的不斷完善。隨著流行文化的推動，LED產(chǎn)品的推廣如雨后春筍般涌現(xiàn)。柔性LED燈條在許多LED燈中使用最方便。它是一種柔性印刷板。電路）組裝電路板并將其與實際所需量的貼片LED組裝在一起，因為產(chǎn)品的形狀與皮帶的形狀相似。柔性電路板根據(jù)LED的工作特性配備限流電阻，由12V恒壓直流開關電源驅動。室內(nèi)設計和大氣裝飾可根據(jù)實際需要進行切割和擴展。在現(xiàn)代生活的照明工程中，其RGB全彩特性可以實現(xiàn)照明與藝術的完美結合，因此適用于各個舞臺和室內(nèi)裝飾行業(yè)。截至嶄露頭角。近年來，許多國家都大力支持LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在美國，日本和歐盟等發(fā)達國家和地區(qū)也建立了照明技術專項基金。開發(fā)計劃如表1.1所示。在國家和地方政府政策的支持下，中國的LED技術被廣泛應用于各個領域。表1.1世界主要國家和地區(qū)制定的LED發(fā)展計劃國家和地區(qū)發(fā)展計劃名稱美國二十一世紀照明研究發(fā)展計劃日本國家半導體照明研究計劃歐盟LED彩虹計劃中國國家半導體照明工程通過逐步的多功能應用，設計師和制造商積累了寶貴的經(jīng)驗，使半導體照明應用迅速走在世界的前列。未來，LED技術將繼續(xù)發(fā)展。工業(yè)制造商不僅將對LED驅動器結構進行更深入的研究，還將擴大對超亮和全彩技術的投入，以進一步提高產(chǎn)能。中國也將成為世界的LED。主要產(chǎn)區(qū)，隨著LED結構的優(yōu)化和完善，LED必將成為未來的主流光源。1.2.2國內(nèi)外對燈光控制策略的研究網(wǎng)絡照明燈具的前提是解決控制兼容性問題。在20世紀90年代，美國影院技術協(xié)會（USITT）提出了512通道調光的FPGA協(xié)議標準，只要在控制系統(tǒng)控制太多照明電路的情況下使用一對傳輸線。盡管USITT不是設定行業(yè)標準的官方機構，但它得到了全世界照明制造商和用戶的廣泛認可，因為其提出的協(xié)議標準解決了控制兼容性等問題并且非常實用。如今，市場生產(chǎn)的調光器幾乎完全兼容FPGA協(xié)議標準。從最早研究國外FPGA照明技術和進口FPGA可控照明設備開始，中國開發(fā)并制造了各種電腦燈，如搖頭燈，激光燈和FPGA燈具，具有不同的功能規(guī)格。照明控制技術不斷完善。完美，F(xiàn)PGA信號在公共場所的照明控制系統(tǒng)中也起到了決定性的作用。隨著智能控制的發(fā)展，出現(xiàn)了許多專注于智能照??明解決方案的組織，這導致了ACN，Art-Net和DALI等網(wǎng)絡協(xié)議的發(fā)展。DALI協(xié)議是數(shù)字可尋址的照明接口，其與其他照明協(xié)議的不同之處在于系統(tǒng)中的每個照明設備具有單獨的地址，并且設備的地址由主機主動分配。當系統(tǒng)運行時，可以通過尋址單獨控制所需設備，也可以獲得反饋信息數(shù)據(jù)。此外，DALI協(xié)議由于其出色的開放性和結合智能硬件模塊技術的能力，逐漸應用于智能家居系統(tǒng)。根據(jù)控制技術的不斷發(fā)展，未來的照明控制將充分利用電力電子技術，通信技術和計算機網(wǎng)絡技術發(fā)展到以下幾個方面：（1）數(shù)字化：數(shù)字控制取代傳統(tǒng)的模擬控制，物理量和開關量用二進制數(shù)表示，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，轉換和處理。同時，數(shù)字化具有可靠性高，抗干擾能力強的優(yōu)點，可為照明控制系統(tǒng)提供良好的通信環(huán)境。（2）組網(wǎng)：在網(wǎng)絡信息時代，主控系統(tǒng)具有各種信息資源，每個子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡調用相關信息。網(wǎng)絡節(jié)點可以實現(xiàn)點對點控制和多點控制，并使用網(wǎng)絡來修改和升級數(shù)據(jù)。（3）智能：隨著網(wǎng)絡協(xié)議的不斷發(fā)展，它提供了照明軟啟動，場景記憶，藍牙和FPGA控制，以及無需人工監(jiān)視即可調整燈光模式的功能?？茖W技術的發(fā)展增加了公眾對生活質量的需求，對照明效果的需求也在增加。為了滿足日常生活的基本照明要求，市民還需要增加一個美麗的舞臺燈光藝術，還需要合理的燈光控制，以降低功耗，更方便的操作，以降低管理成本。在國家推廣節(jié)能減排的情況下，各種低壓LED燈也投入市場。大多數(shù)劇院房間都采用LED燈作為大氣渲染燈。為適應室內(nèi)大氣結構，現(xiàn)代照明技術不斷發(fā)展，同時照明控制系統(tǒng)不斷更新，市場設計使不同燈具的控制方式和照明效果多樣化。目前，照明燈具種類繁多，強弱電燈的控制方法也不同。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)控制方法比較簡單，控制效率和可靠性急劇下降。不可能形成一個完整的系統(tǒng)來控制各種復雜的LED。燈光。為了在各種場合實現(xiàn)各種燈的集中管理，優(yōu)化和實現(xiàn)照明分配尤為重要。綜上所述，如何解決現(xiàn)有燈具的控制問題，提高控制系統(tǒng)的功能，能夠統(tǒng)一合理地管理各種普通照明和LED燈具，以滿足公眾對照明的各種需求，一直是重要的照明市場研究方向。通過本課題的研究和設計，可以集中管理普通照明的所有供電終端，通過舞臺燈控制信號管理普通燈的供電狀態(tài)，解決了繁瑣的施工和后期維護造成的問題。通過每個區(qū)域的單燈開關控制。耗時的問題。當需要LED燈條進行照明氣氛調節(jié)時，一般照明燈具的開關電極不方便，導致燈具長期耗電，系統(tǒng)可實現(xiàn)斷電和節(jié)能在實時調暗舞臺燈信號的同時燈的亮度。此外，雖然有多種類型的低壓燈，但在提供12V恒壓直流電源后，只能根據(jù)固定的照明模式進行照明，這受到照明效果的限制，系統(tǒng)克服了現(xiàn)有燈條控制效果不足的問題。能夠直觀地調整LED燈條以創(chuàng)造色彩氛圍。

2燈光綜合控制系統(tǒng)的總體設計方案本文設計的集成照明控制系統(tǒng)采用單片機技術，通信技術，電子技術和自動控制技術，根據(jù)環(huán)境需求和公共需求，實現(xiàn)對舞臺或公共區(qū)域照明的實時統(tǒng)一管理和控制。該系統(tǒng)實現(xiàn)了節(jié)能高效的目標，同時滿足了市場對照明舒適性和實用性的要求。2.1系統(tǒng)的總體結構本文設計的集成照明控制系統(tǒng)是基于FPGA協(xié)議實現(xiàn)的。它具有在同一信號下實現(xiàn)現(xiàn)有燈具的相應開關控制和調光控制的雙重功能，實現(xiàn)了燈開關和LED亮度調節(jié)的組合。系統(tǒng)的整體架構如圖2.1所示。圖2.1燈光控制系統(tǒng)總體方案架構圖根據(jù)總體方案架構圖，照明集成控制系統(tǒng)由三部分組成：PC主機，照明電源開關控制單元和LED調光控制單元。PC主機：通過信號總線在兩大照明控制板之間建立通信，通過人機交互界面操作FPGA通道實現(xiàn)照明編程。開關控制單元：實現(xiàn)總線信號分析，控制繼電器的開關狀態(tài)，并對照明燈具的主端進行開關控制。調光控制單元：實現(xiàn)總線信號分析，通過脈沖寬度調制（PWM）對RGB三路LED燈進行電壓傳導控制，從而達到混合彩色光的目的?？刂葡到y(tǒng)中的信號以總線的形式傳輸。整個實現(xiàn)過程如下：FPGA信號通過主機通過連接電纜（PC操作軟件）發(fā)送到兩個功能板，然后信息獲取和轉換后的信號傳輸?shù)組CU。每個單元中的MCU接收信號并執(zhí)行實時數(shù)據(jù)處理。因此，管理員可以根據(jù)室內(nèi)場地環(huán)境的實際需要，通過主機接口進行相關操作，最后將命令發(fā)送給執(zhí)行單元進行相應的處理，實現(xiàn)對相應燈的開關和亮度調節(jié)的控制。時間。減少由于開關的分散分布引起的不便以及由特定環(huán)境中的LED顏色和亮度匹配引起的不適。2.2LED燈帶結構及工作原理LED燈條由5050或3528封裝的RGB燈珠串聯(lián)而成，在柔性電路板上具有不同的電阻限制電阻。燈條通常是1米30的LED燈珠或60個LED燈珠。實現(xiàn)照明和氛圍渲染。圖2.2顯示了貼片燈的物理圖片。圖2.2貼片燈珠實物圖當生產(chǎn)LED燈條時，根據(jù)LED的電氣和熱特性采用不同的串聯(lián)和并聯(lián)電路組合。串聯(lián)連接可以解決LED燈珠通過限流電阻從穩(wěn)定的恒壓直流電源獲得額定電流的問題，可以避免并聯(lián)。串聯(lián)電路中的某個燈損壞并影響整個電路，并且還避免了串聯(lián)支路引起的過大的電壓降。FPC材料柔軟，因此用戶可根據(jù)實際用途將其切割至焊點所需的長度。隨著LED技術的不斷改進，通過在半導體中加入不同的元素材料，LED已經(jīng)從僅發(fā)射弱紅光的初始階段演變?yōu)椴噬珕紊虿噬Ч闹髁麟A段。LED是一種具有單向導電性的非線性器件，只有在施加適當?shù)恼蚱秒妷簳r，LED才會導通。圖2.3顯示了LED的伏安特性曲線。圖2.3LED伏安特性曲線RGB燈珠中紅，綠，藍的開啟電壓降不同，紅燈一般為2V，綠燈和藍光一般為3V，柔性燈條電路中限流電阻的目的是提供合適的LED有效工作電流。圖2.4顯示了RGB燈珠系列電路圖。圖2.4RGB燈珠串聯(lián)電路圖在圖2.4中，盒子的內(nèi)部是修補的彩色燈珠芯片的內(nèi)部結構。根據(jù)紅色，綠色和藍色三路的不同電壓降，柔性電路板是紅色LED電路中串聯(lián)的330歐姆電阻器，藍色和綠色電路中串聯(lián)一個130歐姆電阻器，這樣它在20mA的標準電流下工作，因此規(guī)格是30個燈的RGB條帶由10個并聯(lián)的系列組成，功率為7.2W。因此，市場上廣泛使用的LED燈條使用具有更好電壓調節(jié)性能的開關電源，以提供12V的穩(wěn)定電壓。燈條處于穩(wěn)定電壓，LED燈珠通過限流電阻達到額定電流，以實現(xiàn)工作。2.3脈沖寬度調制(PWM)調光技術脈沖寬度調制（PWM）是使用MCU重復連續(xù)輸出數(shù)字信號來控制模擬電路。通常，當電源的輸出電壓保持恒定時，晶體管或MOS晶體管通過晶體管基極的偏壓或MOS晶體管的柵極導通，以控制電源電壓的輸出。PWM調光時，信號源至關重要。許多微控制器芯片和數(shù)字信號處理器現(xiàn)在都配備了PWM控制器，使得該技術廣泛應用于各個領域。當通過PWM接通和斷開開關裝置時，在輸出端獲得相同幅度的脈沖序列，其中脈沖的占空比與信號的瞬時采樣值成比例。當開關頻率大于100Hz時，由于視覺持續(xù)存在，人眼看不到LED的頻繁關閉，并且開啟和關閉時間的概念平均看到亮度由占空比決定。本文實現(xiàn)的PWM調光是通過開關電源為LED燈供電。PWM信號通過逆變器連接到與RGB燈的負極串聯(lián)連接的MOS晶體管的漏極，并且通過上位機軟件中的FPGA通道的灰度值調節(jié)開關電源。輸出電壓的導通比達到LED燈條的照度變化，即當通道值降低時，LED燈條變暗;否則，LED燈帶變亮。PWM調光的使用使LED燈始終在全寬和關閉狀態(tài)下工作，效率極高，調光范圍高達255級，顏色看起來不會失真。圖2.5顯示了PWM調光和模擬調光波形的比較。圖2.5PWM調光與模擬調光波形對比從圖2.5可以看出，通過改變占空比D可以改變LED的平均電流。當通過模擬信號調光時，可以直接控制調光數(shù)據(jù)值，并且不限制時間和幅度。當PWM信號變暗時，調光值只能在預定的數(shù)值范圍內(nèi)進行，盡管模擬信號似乎實用且簡單，但它有許多缺點，例如嚴重的發(fā)熱和失真干擾。本文采用PWM技術實現(xiàn)調光，不僅降低了系統(tǒng)功耗，而且大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.4上位機控制軟件概述在控制系統(tǒng)中，上位機執(zhí)行信息的編輯、修改等操作指令，經(jīng)系統(tǒng)總線與下位機相連，實現(xiàn)與下位機之間的通信。上位機主要由人機交互界面、數(shù)據(jù)處理單元和與下位機通信的收發(fā)單元組成。一般情況下，系統(tǒng)的控制端都通過安裝上位機PC軟件讓用戶經(jīng)由軟件的可視化人機界面，能夠在Windows的操作系統(tǒng)下簡潔直觀的對系統(tǒng)中各通道值進行編輯。在本系統(tǒng)中，PC機安裝了Nicolaudie公司設計的DMX燈光控制軟件EasyStandAlone，用戶可通過友好的人機交互界面中的512個通道中每通道的0～255級灰度值來編寫FPGA信號程序，實時控制燈光系統(tǒng)，操作界面如圖2.6所示。在軟件中，新建一個dlm格式文件可添加255個場景，每個場景可包含1000個步驟，每個步驟都提供漸進時間和等待時間。另外，軟件的最大特點是可將DMX信號存儲在配備的USB-DMX調試盒中，在脫機狀態(tài)下也能將信號通過USB-DMX轉換器發(fā)送調光數(shù)據(jù)和控制命令到系統(tǒng)的供電管理模塊和LED燈具調光模塊來實現(xiàn)對整個燈光系統(tǒng)的控制。圖2.6上位機軟件界面

3燈光綜合控制系統(tǒng)的硬件設計3.1調光控制器的硬件設計調光控制器主要通過總線接收主機軟件設置的FPGA調光信號，并根據(jù)設定的單元地址獲取與自身地址匹配的數(shù)據(jù)幀，以便主機的PC軟件對LED進行PWM調光。燈和調光控制器硬件結構框如圖3.1所示。圖3.1調光控制器的硬件結構框圖根據(jù)結構圖，為實現(xiàn)調光控制功能，硬件設計需要包括以下部分：控制電路，電源電路，通信電路和PWM輸出電路。主控制模塊使用撥號地址和數(shù)據(jù)處理作為調光控制器的核心部分。MCU由ATmega48PA芯片操作;電源電路由LM2575集成穩(wěn)壓器為單片機提供5V電源;通信電路由SN75176B芯片實現(xiàn)。功能;輸出電路為RGB共陽極LED燈提供3個PWM輸出。圖3.2控制電路原理圖如圖3.2所示，ATmega48PA上的兩個VCC引腳都連接到5V電源。此外，AVCC是A/D轉換器的電源引腳。當MCU使用ADC功能時，需要使用低通濾波器將AVCC引腳連接到VCC。如果未使用ADC，則直接連接到VCC。連接5V電源時，應在VCC和GND之間增加一個0.1μF去耦電容，以消除耦合到電源端子的元件噪聲，以獲得穩(wěn)定的電源。3.2電源電路設計在本文設計的調光系統(tǒng)中，有兩種類型的電壓，5V和12V，包括系統(tǒng)中MCU芯片正常工作所需的5V電壓和LED控制負載所需的12V電源電壓，因此選擇高效的AC/DC開關電源。為調光控制器整體提供12V穩(wěn)壓直流電源。鑒于市場上開關電源的低價格和成熟技術，該設計不能獨立開發(fā)開關電源，并使用所購買的產(chǎn)品為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的12VDC電壓。所需開關電源的具體功率選擇將在系統(tǒng)測試章節(jié)中介紹。本節(jié)設計的電源電路由LM2575-5輸出穩(wěn)定的5V電壓供電，用于調光系統(tǒng)的主控芯片。LM2575-5集成穩(wěn)壓器是一款開關穩(wěn)壓器，內(nèi)置保護電路，包括放大器，比較器，振蕩器和限流電路，參考電路和熱關斷電路。最大輸入電壓為45V，最大輸出電流為1A，54KHz的振蕩頻率僅為調節(jié)誤差的4％，轉換效率高。在本文中，LM2575-5選擇TO-220的彎腳封裝。五個引腳是：未調節(jié)電壓輸入端子（VIN），開關電壓輸出端子（OUTPUT），接地端子（GND）和反饋輸入端子（FEEDBACK），控制輸入（ON/OFF）。電源電路原理圖如3.3所示。圖3.3電源電路原理圖12V電壓通過二極管1N4007（M7）整流和50V/470μF極性電容與0.1μF電容濾波并聯(lián)連接到輸入端。輸出根據(jù)最大輸入電壓和輸出電壓電平選擇330μH電感，以降低輸出電壓的紋波輸出。25V/100μF極性電容和0.1μF電容用于抑制干擾。由于LM2575輸出高頻脈沖電壓，因此選擇具有良好高頻性能的肖特基二極管1N5819（SS14），以便在輸出關閉時通過使用二極管釋放能量來降低電磁干擾。通過反饋輸入將輸出電壓與內(nèi)部參考電壓進行比較。如果它低于參考電壓，則通過集成電路芯片內(nèi)的放大器控制振蕩器增加輸出占空比，以實現(xiàn)輸出電壓的精確控制?？刂戚斎??和GND引腳同時接地，使穩(wěn)壓電路正常工作。3.3PWM輸出電路設計本文設計的輸出電路負載為共陽極LED全彩色條帶，即常見的正極連接為+12V，紅色，綠色和藍色線連接到PWM三路輸出。AVRMCU輸出PWM信號，最后通過以不同的占空比控制燈的電壓來執(zhí)行調光。在負載布線條件下，當主機發(fā)送PWM調光數(shù)據(jù)時，高電平占空比越高，負載導通比越低，照明亮度越低，照明亮度越低，因此輸出電路設計三極管逆變器用于輸出負矩形脈沖，上位機的調光數(shù)據(jù)越大，單片機的輸出占空比越大，占空比越低。反向，LED導通率越高，光強度越高。為了實現(xiàn)主機輸出信號的分散和輸出負載燈的調光，本章設計了三極管反向，MOS管開關和自恢復保險絲保護，考慮到MOS的散熱問題。管。輸出電路原理圖如圖3.4所示。圖3.4輸出電路原理圖逆變器的實現(xiàn)使用三極管的開關特性。此外，NPN晶體管的基本結構是兩個反向連接的PN結。它是一種電流控制的電流半導體器件，其中發(fā)射極（發(fā)射極，E）作為固定參考接地。點，控制集電極（C）通過基極（Base，B）電流的電流。三極管工作條件有三種類型：（1）關斷狀態(tài)：當基極偏置電壓不足時，沒有電流流過集電極和發(fā)射極。（2）放大狀態(tài)：在基極的合適偏壓下，集電極電流根據(jù)基極電流和放大系數(shù)的變化以倍數(shù)變化。（3）飽和導通狀態(tài)：當基極偏壓超過放大要求時，CEI不再隨BI的變化而變化，集電極和發(fā)射極直接導通。如果三極管僅在截止和飽和導通之間切換，則三極管用作開關。采用S8050三極管構建的逆變器如圖3.5所示。當IN端子的輸入為5V高電平時，NPN晶體管的基極和發(fā)射極導通，OUT端子的輸出為低電平;當IN端子的輸入為低電平時，晶體管處于關斷狀態(tài)，OUT端子輸出高電平。圖3.5三極管反向器電路圖I/O端口輸出5V，三極管導通壓降為0.7V，基極電阻為1000歐姆。同時，該電阻器還可以用作限流功能，以防止器件在晶體管導通時由于過電流而燒毀。集電極電阻的目的是當基極電流改變時，集電極輸出端（OUT）的電壓也隨著晶體管輸入端（IN）的電壓而變化，輸入端為正矩形。脈沖，輸出為負矩形脈沖，實現(xiàn)PWM波形的反向動作。MOSFET是金屬氧化物場效應晶體管，電流模式控制器件和三極管之間的主要區(qū)別在于MOS晶體管是電壓控制的電流器件，源極和漏極之間的導通電阻由柵極電壓。與三極管的工作狀態(tài)一樣，F(xiàn)ET也有三種工作狀態(tài)：截止，放大和飽和。MOS晶體管開關電路關斷，晶體管關斷，集電極不吸電流;當晶體管飽和時，它導通，發(fā)射極和集電極之間的電壓差接近0V。本文選擇的IRF3205是一個N溝道FET，其柵極導通電壓為4V，連續(xù)漏極電流為110A。由于導通狀態(tài)損耗，開關損耗，關斷狀態(tài)漏電流損耗和驅動損耗，功率器件將釋放熱量。為了使MOS管正常穩(wěn)定地工作，需要在其后面增加散熱器，因此應考慮散熱器的耐熱性。選擇方法。計算散熱器的熱阻Rr公式：其中，TCM是功率器件可承受的最高溫度;Ta是環(huán)境介質溫度，應選擇相對較差的散熱環(huán)境;Pd是功率器件的功率損耗值。MOS晶體管漏極與30V/8A自恢復保險絲串聯(lián)連接，以便在負載電流過大時保護硬件電路。當電路正常工作時，保險絲的電阻非常小。當電流上升時，內(nèi)部電阻迅速上升，電流下降到正常范圍值以下，然后自動返回到低電阻值。3.4主控電路設計電源開關控制器需要同時接入三個電源：220V主電源，12V和5V直流電源，其中220VAC用于普通照明電源，12V電源用于繼電器控制線圈，5V控制器電源ATmega48PA芯片正常運行的電源。本文的低壓啟動電源由購買的12V開關電源統(tǒng)一提供，因此在為單片芯片供電時，需要經(jīng)過電源降壓電路。將12V電壓轉變?yōu)?V電壓。本章設計的電源電路使用LDO穩(wěn)壓器AMS1117-5作為電源轉換芯片。內(nèi)部集成的過熱保護和限流電路確保了電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工作結溫范圍為-20°C~+120°C，輸出電壓精度高達1％。此外，價格低于DC-DC電源管理IC，外圍設計簡單，電路占用面積小。圖3.6電源電路原理圖外部12V電壓輸入到AMS1117-5穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器由芯片內(nèi)部降壓調節(jié)，輸出5V。為了提高電壓質量，必須在調節(jié)器的輸入和輸出端對濾波器進行濾波。調節(jié)器輸出端的220μF/16V電解電容的主要功能是濾除低頻紋波分量。并聯(lián)0.1μF電容主要用于濾除高頻紋波分量。輸入端的低頻濾波器的電容通常比輸出濾波電容器大50％。由于輸入端子12V的電壓在切斷電源后消失，AMS1117輸入端的電壓在輸出端子之前降低，電壓反轉。調節(jié)器芯片燒壞，因此本文使用容量為470μF的電解電容來解決這個問題。

4燈光綜合控制系統(tǒng)的軟件設計4.1主程序結構設計該系統(tǒng)設計用于PWM調光和繼電器切換。主程序是獨立提出的，它可以隨時調用所需的子程序，不會被任何子程序調用?？梢钥闯?，主程序是整個程序的核心部分。系統(tǒng)初始化是將變量分配給默認值，將控件設置為默認值，并在啟動系統(tǒng)之前準備系統(tǒng)，以便系統(tǒng)開始以良好的啟動狀態(tài)工作。軟件初始化主要是程序軟件變量的初始化，而硬件初始化涉及MCU寄存器的設置，為良好的硬件資源分配提供了依據(jù)。AVR微控制器與51，PIC和其他微控制器的I/O端口完全不同。所有端口引腳都具有與電壓無關的上拉電阻，每個引腳包含一個數(shù)據(jù)方向寄存器（DDRx）和一個數(shù)據(jù)寄存器（PORTx）。）和只讀功能輸入引腳寄存器（PINx）。DDxn的作用是選擇引腳的方向。當“0”時，端口配置為輸入;當“1”時，端口配置為輸出。當DDxn為“0”（輸入）時，PORTxn的動作為“1”以使能上拉電阻;當DDxn為“1”（輸出）時，當PORTxn為“1”時輸出為高電平。當它為“0”時，它輸出低電平。當表示上拉禁止的MCUCR上的PUD置1時，即使寄存器DDxn和PORTxn配置為上拉電阻，也會禁止所有引腳的上拉電阻。使用AVRMCU時，B，C和D端口的輸入和輸出特性最初根據(jù)實際需要進行配置。根據(jù)前一章中調光控制器和開關控制器的硬件電路設計，I/O端口在各自的程序中初始化：調光控制器中I/O具體配置為：DDRB=0x1f;PORTB=0xef;//PB7～5為輸入，PB4輸出低電平，PB3～PB0輸出高電平DDRC=0x00;PORTC=0xff;//C端口輸入狀態(tài)，使能上拉電阻DDRD=0xe2;PORTD=0x1f;/*PD7～5輸出低電平，PD4～2輸入上拉使能，PD1輸出高電平，PD0輸入上拉使能*/開關控制器中I/O具體配置為：DDRB=0x00;PORTB=0xff;//B端口輸入狀態(tài)，使能上拉電阻DDRC=0xfe;PORTC=0×01;//PC6~PC1輸出低電平，PC0輸入上拉使能DDRD=0x1e;PORTD=0xe1;/*PD7~5輸入上拉使能，PD4~1輸出低電平，PD0為RXD引腳輸入上拉使能，可保持無數(shù)據(jù)干擾無干擾*/作為MCU的一個組件，看門狗定時器電路有一個饋電輸入端口，其輸出端子連接到MCU的RST端口。目的是在MCU的正常操作期間以指定的時間間隔提供狗終端。清除計數(shù)器的信號。當程序運行時，如果狗沒有按照指定的時間進給，即計數(shù)器沒有被清除，看門狗定時器將超時并溢出，從而給MCU一個復位信號，將MCU復位到系統(tǒng)通電狀態(tài)，以防止崩潰。因此，消除運行程序的不工作循環(huán)是看門狗的作用，這增強了程序的可靠性和抗干擾性。看門狗的初始化主要基于看門狗的啟動，其中WDTCR寄存器的WDE位為1，看門狗溢出復位周期由WDP2/WDP1/WDP0設置。WDTCR=0x1F的;WDTCR=x00f;//確定看門狗定時器的時序和工作模式在主程序的while循環(huán)中，根據(jù)指定的2秒WDR指令饋送狗。如果內(nèi)部循環(huán)語句在超過2秒的情況下仍未執(zhí)行進給指令，則表示程序已經(jīng)失控或崩潰。根據(jù)開關控制器和調光控制器，接收FPGA信號。在主程序設計中，需要打開全局中斷，主循環(huán)模式用于檢測是否存在中斷請求。所以主程序流程如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)中主程序流程圖4.2調光控制器PWM功能的實現(xiàn)在調光控制器中，需要輸出三個PWM波形以調暗RBG條帶。ATmega48PA主芯片可以輕松生成PWM信號。具有PWM的8位定時/計數(shù)器0和具有PWM的16位定時/計數(shù)器1和具有PWM和異步操作的定時/計數(shù)器2可以輸出總共6個PWM通道的通道，并且內(nèi)部快速PWM模式和相位。糾正PWM模式以調整輸出頻率和占空比。快速PWM模式具有與其他PWM模式不同的單側斜坡操作，因此快速PWM模式的速度是相位校正PWM模式的兩倍，因為快速PWM模式是單側斜坡，相位為糾正到雙坡道。該單側斜率的高頻操作特性也更適合于功率調節(jié)。在快速PWM模式下，每個周期的計數(shù)器值累加到一個固定值，然后在即時時鐘周期內(nèi)清零。當計數(shù)器值達到TOP時，T/C溢出標志TOV1置位。圖4.2顯示了設置TOP值后的快速PWM模式的時序圖。圖4.2快速PWM模式時序圖本文使用硬件實現(xiàn)PWM功能，它使用內(nèi)部16位T/C1產(chǎn)生兩個PWM信號，OC1A在PB1引腳上，OC1B在PB2引腳上;8位T/C2用于產(chǎn)生一個PWM信號，OC2A用于PB3引腳。在本文中，ATmega48PAMCU的外部晶體振蕩器為16MHz，除以64.一般來說，當頻率高于100Hz時，LED在PWM信號的作用下不會閃爍。PWM功能的實現(xiàn)首先由16位定時/計數(shù)器1設計。在T/C1控制寄存器A（TCCR1A）中，Bit7~6和Bit5~4可分別設置通道A/B的比較輸出模式。如果Bit7~6/Bit5~4中的一個寫為“1”，則OC1A/OC1B輸出功能將取代I/O端口功能。在T/C1控制寄存器B（TCCR1B）中，Bit2~0可以執(zhí)行時鐘選擇。WGM13~0可以設置波形發(fā)生模式。特定模式可以通過TCCR1A中的Bit1~0和TCCR1B中的Bit4~3來選擇。定時器/計數(shù)器單元的16位計數(shù)器可由TCNT1H和TCNT1L組成的T/C1數(shù)據(jù)寄存器直接讀寫。輸出比較寄存器1A和1B將寄存器中的16位數(shù)據(jù)與TCNT1寄存器中的計數(shù)值進行比較。數(shù)據(jù)匹配后，將生成輸出比較中斷或更改0C1x的輸出邏輯電平。PWM初始化過程如下：TCCR1A=0xa1;/*設置快速PWM模式，比較匹配時清零OC1A/OC1B，OC1A/OC1B在TOP時置位*/TCCR1B=0x0b;//模式5，8位快速PWM，時鐘選擇64分頻TCNT1H=0;TCNT1L=0xff;OCR1A=0;OCR1B=0;當通過8位定時/計數(shù)器2來設計PWM功能時，初始化程序如下：TCCR2A=0x83;TCCR2B=0x04;TCNT2=0xff;OCR2A=0;在調光控制器的軟件設計中，通過使用FPGA信號中的通道的8位數(shù)據(jù)作為TOP值來實現(xiàn)單片機的RGB三路PWM的波形輸出。在MAX的值為255的條件下，計數(shù)器從BOTTOM開始計數(shù)。FPGA信號中通道的數(shù)據(jù)值被賦予TOP。將PWM計數(shù)器與TOP值進行比較，以輸出相應的高電平和低電平，從而獲得所需的PWM。波形。PWM信號產(chǎn)生流程圖如圖4.3所示。圖4.3PWM信號產(chǎn)生流程圖在FPGA通道調光過程中，如果通道中的灰度值為n，則計數(shù)器為0~n低，n~255為高電平，然后采用調光控制器硬件設計。接通三極管反相器和MOS晶體管以實現(xiàn)調光控制器的PWM波形輸出，從而控制電壓傳導速率。4.3開關控制器繼電器功能的實現(xiàn)在開關控制器的主控制電路中，通過判斷數(shù)據(jù)中的信道切換量是否達到預設切換量來實現(xiàn)中繼功能，包括判斷和執(zhí)行數(shù)據(jù)。當MCU接收到正常的FPGA數(shù)據(jù)時，根據(jù)通道號中的值是否大于128來判斷。也就是說，如果通道中的值大于128，則MCU通過I執(zhí)行輸出電平狀態(tài)。/O端口，使輸出電路接通繼電器控制端子線圈，最后控制照明燈具的帶電端的關閉。繼電器開/關實現(xiàn)的程序流程如圖4.4所示。、圖4.4繼電器通斷實現(xiàn)的程序流程圖

5結論在現(xiàn)代社會中使用照明，提高照明裝置的功率利用率和調整LED燈的顏色轉換對于當前的照明應用具有重要意義。