LED照明閉環(huán)控制系統(tǒng)

基于TLC1543的LED照明閉環(huán)限制設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)了一個光強(qiáng)采集系統(tǒng)，能實(shí)時采集環(huán)境光線強(qiáng)度；依據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)度，自動調(diào)調(diào)整亮度，光強(qiáng)采集采納光敏電阻，采納12個3mm白光LED，組成LED閉環(huán)限制照明系統(tǒng)。LED采納電流驅(qū)動，電流步距可調(diào)。通過AD采集光線強(qiáng)度，通過單片機(jī)I/O實(shí)現(xiàn)PWM功率限制。關(guān)鍵字：光敏電阻、LED、AD、PWM引言隨著社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其電子技術(shù)的發(fā)展，給人們生活帶來了便利和經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在從單片機(jī)限制技術(shù)發(fā)展到ARM限制技術(shù)，但是生活中好多領(lǐng)域仍舊有選用單片機(jī)技術(shù)來開發(fā)產(chǎn)品，因?yàn)樗募夹g(shù)成熟，而且開發(fā)成本比較廉價，這使開發(fā)部門對單片機(jī)的憧憬。本文所設(shè)計(jì)的是用單片機(jī)來限制LED燈的亮度的變更。LED照明閉環(huán)限制系統(tǒng)的原理和原理圖LED照明閉環(huán)限制系統(tǒng)是通過光敏電阻來采集光線強(qiáng)度，來變更自身的電壓，從而變更AD輸入電壓的值，AD輸出信號來限制單片機(jī)，單片機(jī)依據(jù)AD輸出信號進(jìn)行處理，輸出PWM信號來限制三極管的基級電壓，從而三級管被導(dǎo)通，這個時候電流流經(jīng)12個LED，把全部點(diǎn)亮，但是亮度強(qiáng)度，由光線強(qiáng)度確定，流經(jīng)的電流通過PWM信號輸出確定。系統(tǒng)電源為+5V。下圖為LED照明閉環(huán)限制系統(tǒng)的原理圖：LED照明閉環(huán)限制系統(tǒng)的原理圖2、硬件部分的設(shè)計(jì)2.1硬件的組成LED照明閉環(huán)限制系統(tǒng)的硬件主要由A/D轉(zhuǎn)換限制器、三極管、12個LED、單片機(jī)、光敏電阻、MAX232等組成。2.2元器件的選擇=1\*GB2⑴光敏電阻光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而變更的電阻器；入射光強(qiáng)，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、光的限制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變更轉(zhuǎn)換為電的變更）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變更而變更，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1~10M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變更。設(shè)計(jì)光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作限制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。為了設(shè)計(jì)便利，光敏電阻統(tǒng)一為5506型號。=2\*GB2⑵三極管三極管是一種限制元件，主要用來限制電流的大小，以共放射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，放射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個微小的變更時，基極電流IB也會隨之有一小的變更，受基極電流IB的限制，集電極電流IC會有一個很大的變更，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流限制集電極電流的變更。但是集電極電流的變更比基極電流的變更大得多，這就是三極管的放大作用。IC的變更量與IB變更量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示變更量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號時，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置，否則會放大失真。在三極管的集電極與電源之間接一個電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB上升時，IB變大，IC也變大，IC在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極電壓UC會降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。本文設(shè)計(jì)要求，LED被電流驅(qū)動依據(jù)設(shè)計(jì)原理，本文采納三極管來驅(qū)動12個LED，型號統(tǒng)一為8550PNP管。=3\*GB2⑶A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)化電路。亦稱“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變更的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。A/D變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。一般狀況下，量化和編碼是同時完成的。抽樣是將模擬信號在時間上離散化的過程；量化是將模擬信號在幅度上離散化的過程；編碼是指將每個量化后的樣值用肯定的二進(jìn)制代碼來表示。d/a轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的線性電路器件，已做成集成芯片。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的原理和電路結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)有所不同，因而出現(xiàn)各種各樣的d/a轉(zhuǎn)換器。目前，國外市場已有上百種產(chǎn)品出售，他們在轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度。辨別率以及運(yùn)用價值上都各具特色。d/a轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)：衡量一個d/a轉(zhuǎn)換器的性能的主要參數(shù)有：(1)辨別率是指d/a轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，位數(shù)多辨別率也就越高。(2)轉(zhuǎn)換時間指數(shù)字量輸入到完成轉(zhuǎn)換，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定為止所需的時間。電流型d/a轉(zhuǎn)換較快，一般在幾ns到幾百ns之間。電壓型d/a轉(zhuǎn)換較慢，取決于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時間。(3)精度指d/a轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間的誤差，一般采納數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位。(4)線性度當(dāng)數(shù)字量變更時，d/a轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例關(guān)系變更的程度。志向的d/a轉(zhuǎn)換器是線性的，但是事實(shí)上是有誤差的，模擬輸出偏離志向輸出的最大值稱為線性誤差。a/d轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采納工藝技術(shù)不同，因此生產(chǎn)出種類繁多的a/d轉(zhuǎn)換芯片。a/d轉(zhuǎn)換器按辨別率分為4位。6位。8位。10位。14位。16位和bcd碼的31/2位。51/2位等。依據(jù)轉(zhuǎn)換速度可分為超高速(轉(zhuǎn)換時間≤330ns),次超高速(330~3.3μs),高速(轉(zhuǎn)換時間3.3~333μs),低速(轉(zhuǎn)換時間＞330μs)等。a/d轉(zhuǎn)換器依據(jù)轉(zhuǎn)換原理可分為干脆a/d轉(zhuǎn)換器和間接a/d轉(zhuǎn)換器。所謂干脆a/d轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號干脆轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如逐次靠近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次靠近型a/d轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的辨別率和速度，故目前集成化a/d芯片采納逐次靠近型者多；間接a/d轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時間轉(zhuǎn)換型(積分型),電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型a/d轉(zhuǎn)換器電路簡潔，抗干擾實(shí)力強(qiáng)，切能作到高辨別率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。有些轉(zhuǎn)換器還將多路開關(guān)?；鶞?zhǔn)電壓源。時鐘電路。譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個芯片內(nèi)，已超出了單純a/d轉(zhuǎn)換功能，運(yùn)用特別便利。由于本文設(shè)計(jì)須要，采納TLC1543作為A/D轉(zhuǎn)換。=4\*GB2⑷串口芯片MAX232MAX232產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路供應(yīng)TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。依據(jù)須要本設(shè)計(jì)選用MAX232作為串口芯片，使之來通信。=5\*GB2⑸單片機(jī)SST89E516RD單片機(jī)究竟是什么呢？就是一個電腦，只不過是微型的，麻雀雖小，五臟俱全：它內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱許多，不過價錢也是低的，一般不超過10元即可......用它來做一些限制電器一類不是很困難的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機(jī)，排煙罩VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！......它主要是作為限制部分的核心部件。它是一種在線式實(shí)時限制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場限制，須要的是有較強(qiáng)的抗干擾實(shí)力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)分。單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件須要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很困難的功能要是用美國50年頭開發(fā)的74系列，或者60年頭的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路肯定是一塊大PCB板！但是假如要是用美國70年頭勝利投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高牢靠性！由于單片機(jī)對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言(近幾年，C語言也起先廣泛被應(yīng)用)，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？許多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？緣由很簡潔，就是單片機(jī)沒有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機(jī)來講是不能接受的。單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必需很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量運(yùn)用。一樣的道理，假如把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運(yùn)行，家用PC的也是承受不了的。目前最常用的單片機(jī)為MCS-51，是由美國INTEL公司（生產(chǎn)CPU的英特爾）生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國特別流行的單片機(jī)，它是由美國ATMEL公司開發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機(jī)。本文采納型號為SST89E516RD單片機(jī)輸出信號來限制LED的亮度。軟件部分的設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)所涉及到的軟件就是對A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號的處理從而來限制LED的亮度變更。程序代碼如下：/*關(guān)于頻率和占空比的確定，對于12M晶振，假定PWM輸出頻率為1KHZ,這樣定時中斷次數(shù)**設(shè)定為C=10，即0.01mS中斷一次，則TH0=FF,TL0=F6;由于設(shè)定中斷時間為0.01ms，這樣**可以設(shè)定占空比可從1-100變更。即0.01ms*100=1ms*/******************************************************************************/ #defineucharunsignedchar/******************************************************************************TH0和TL0是計(jì)數(shù)器0的高8位和低8位計(jì)數(shù)器，計(jì)算方法:TL0=(65536-C)%256;**TH0=(65536-C)/256,其中C為所要計(jì)數(shù)的次數(shù)即多長時間產(chǎn)生一次中斷；TMOD是計(jì)數(shù)器**工作模式選擇，0X01表示選用模式1,它有16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)脈沖為65536,最長時**間為1ms*65536=65.536ms*******************************************************************************/#defineV_TH00XFF#defineV_TL00XF6#defineV_TMOD0X01#include<1602shiwu.h>#include<at89x51.h>#defineSUM20#defineCSP1_7#defineCLKP1_4#defineDINP1_5#defineSD0P1_6#defineEOCP1_3sbitS1=P2^4;//增加鍵sbitS2=P2^5;//削減鍵sbitS3=P2^2;voidinit_sys(void);/*系統(tǒng)初始化函數(shù)*/voidDelay5Ms(void);voidtimer0(void);unsignedcharZKB1;//sbitcs=P3_0;//sbitrd=P3_1;//sbitwr=P3_3;//sbitwr=P3_3;//sbitp=P1_1;uchargetdata;ucharcodetable[]={"0123456789"};uinttmp1,tmp0;floattest;uintTLC_1543_addr(ucharaddr){uintdate_out=0; uchark;uchari;ucharj;CLK=0;CS=0;for(i=0;i<4;i++){DIN=(bit)(addr&0x08); CLK=1; 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