基于单片机的LED室内照明控制系统.doc

1、基 于 单 片 机 的 LED 室 内 照 明 控 制 系 统 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 介 绍 了 一 种 LED 智 能 照 明 控 制 系 统 的 设 计 ， 给 出 了 系 统 的 软 硬 件 设 计 和 控制 流 程 。 该 系 统 采 用 STC12C5A60S2 作 为 主 控 器 ， 利 用 热 释 红 外 传 感 器 检测 人 体 辐 射 的 微 量 红 外 线 ， 光 敏 电 阻 检 测 环 境 亮 度 ， 采 用 DS18B20 检 测LED 的 温 度 ， LED 驱 动 采 用 PWM 调 光 技 术 。引 言我 国 是 一 个 资 源 紧 缺 的

2、 国 家 ， 但 在 日 常 的 生 活 中 ， 人 们 并 没 有 意 识 到 这 一 点 。以 室 内 照 明 为 例 ， 在 很 多 公 共 场 合 中 都 采 用 手 动 开 关 ， 经 常 出 现 没 有 及 时 关 灯 的现 象 ， 从 而 造 成 能 源 的 浪 费 ， 也 会 缩 短 灯 具 的 使 用 寿 命 。 针 对 这 一 现 象 ， 有 必 要研 究 一 种 智 能 照 明 控 制 系 统 。 该 系 统 利 用 智 能 传 感 器 感 应 室 外 亮 度 来 自 动 调 节 灯光 ， 以 保 持 室 内 恒 定 照 度 ， 既 能 使 室 内 有 最 佳 照 明 环

3、 境 ， 又 能 达 到 节 能 的 效 果 。LED 被 称 为 第 四 代 绿 色 光 源 ， LED 的 发 光 器 件 是 冷 光 源 ， 具 有 节 能 、 环 保 、寿 命 长 、 体 积 小 等 特 点 。LED 光 的 单 色 性 好 ， 光 谱 窄 ， 无 需 过 滤 ， 可 直 接 发 出 有 色 可 见 光 。 在 相 同 的照 明 情 况 下 ， LED 灯 耗 电 量 为 白 炽 灯 的 十 分 之 一 ， 荧 光 灯 的 二 分 之 一 ， 是 未 来 照明 的 发 展 趋 势 。1 智 能 控 制 方 案 设 计系 统 采 用 光 敏 电 阻 检 测 环 境 亮

4、度 ， 热 释 红 外 传 感 器 检 测 人 体 辐 射 的 微 量 红 外 线 ，温 度 检 测 模 块 检 测 LED 的 温 度 ， 传 感 器 检 测 到 的 信 号 经 过 预 处 理 传 给 单 片 机 ，经 单 片 机 处 理 后 控 制 LED 灯 的 开 关 和 亮 度 。 系 统 框 图 如 图 1 所 示 。2 硬 件 设 计2. 1 热 释 电 红 外 探 测 模 块热 释 电 红 外 探 测 模 块 不 需 要 配 置 红 外 线 发 射 源 ， 能 直 接 接 受 人 体 辐 射 的 微 量 红外 线 ， 将 其 转 变 为 相 应 的 电 信 号 输 出 。 为

5、 了 提 高 PIR 传 感 器 感 受 红 外 线 的 灵敏 度 ， 在 传 感 器 前 加 装 配 套 的 菲 涅 耳 透 镜 。热 释 电 红 外 探 测 模 块 由 菲 涅 耳 透 镜 、 热 释 电 红 外 传 感 器 ( PIR) 、 控 制 电路 及 驱 动 电 路 等 组 成 。 热 释 电 红 外 探 测 模 块 框 图 如 图 2 所 示 。人 体 都 有 恒 定 的 体 温 ， 一 般 在 37 ， 会 发 出 特 定 波 长 10 m 左 右 的 红外 线 。 人 体 辐 射 的 红 外 光 线 经 过 菲 涅 耳 透 镜 汇 集 在 PIR 的 2 块 探 测 元 上

6、 ， 当人 体 移 动 时 ， 红 外 辐 射 强 度 发 生 变 化 ， 探 测 元 表 面 的 电 荷 强 度 发 生 变 化 ， 经 内 部场 效 应 管 放 大 就 有 信 号 输 出 。热 释 电 红 外 探 测 模 块 采 用 热 释 电 专 用 控 制 集 成 电 路 来 处 理 ， 这 里 采 用BISS0001 型 集 成 电 路 。BISS0001 型 集 成 电 路 内 置 独 立 的 高 输 入 阻 抗 运 算 放 大 器 ， 可 以 与 多 种 传 感 器匹 配 ， 进 行 红 外 信 号 预 处 理 。 芯 片 内 含 有 电 压 比 较 器 、 状 态 控 制 器

7、 、 延 迟 电 路 定时 器 、 封 锁 时 间 定 时 器 以 及 基 准 参 考 电 压 源 等 单 元 电 路 。 电 路 如 图 3 所 示 。2. 2 环 境 亮 度 检 测 模 块光 敏 电 阻 是 利 用 半 导 体 光 电 导 效 应 制 成 的 一 种 特 殊 电 阻 器 ， 对 光 线 十 分 敏 感 ，这 里 用 它 来 检 测 环 境 亮 度 。 它 的 电 阻 值 能 随 着 外 界 光 照 强 弱 的 变 化 而 变 化 。 它 在无 光 照 射 时 ， 呈 高 阻 状 态 ; 当 有 光 照 射 时 ， 其 电 阻 值 迅 速 减 小 。图 3 中 的 R6为

8、光 敏 电 阻 ， 若 环 境 较 明 亮 ， R6的 电 阻 值 会 降 低 ， 使 9 脚 的输 入 保 持 为 低 电 平 ， 从 而 封 锁 触 发 信 号 VCC.SW1 是 工 作 方 式 选 择 开 关 ， 当SW1 与 3 端 连 通 时 ， 芯 片 处 于 可 重 复 触 发 工 作 方 式 ; 当 SW1 与 1 端 连 通 时 ，芯 片 则 处 于 不 可 重 复 触 发 工 作 方 式 。2. 3 温 度 检 测 模 块该 测 温 模 块 采 用 单 线 数 字 温 度 传 感 器 DS18B20,它 具 有 独 特 的 单 总 线 接 口 方式 ， 支 持 多 节 点

9、 ， 测 温 时 无 需 任 何 外 围 元 件 ， 它 和 单 片 机 的 接 口 只 需 一 根 信 号 线 ，具 有 超 低 功 耗 工 作 方 式 。 它 的 测 温 范 围 为 - 55 + 125 ， 精 度 为 0. 5 ，而 且 不 需 要 放 大 器 和 A/D 转 换 器 。 所 以 DS18B20 的 外 围 电 路 简 单 ， 图 4 是该 系 统 的 测 温 模 块 的 电 路 原 理 图 。DS18B20 测 温 系 统 编 程 实 现 相 对 比 较 容 易 ， 首 先 对 DS18B20 进 行 初 始 化 ，接 着 依 次 发 跳 过 ROM 命 令 和 温

10、度 转 换 ， 启 动 DS18B20 进 行 转 换 。 然 后 再 重 新对 DS18B20 进 行 初 始 化 并 发 匹 配 ROM 命 令 。最 后 ， 对 DS18B20 进 行 读 数 。2. 4 单 片 机 控 制 模 块STC12C5A60S2 是 宏 晶 科 技 公 司 生 产 的 一 款 高 速 、 低 功 耗 和 超 强 抗 干 扰 的 新一 代 8051 单 片 机 ， 它 的 指 令 系 统 完 全 兼 容 传 统 的 8051,但 是 速 度 要 快 8 12 倍 。 它 设 有 2 路 PWM,8 路 高 速 A/D 转 换 ， 使 得 外 围 电 路 大 大

11、简 化 ， 系 统 的 成本 大 大 降 低 。2. 5 LED 驱 动 模 块系 统 采 用 PT4115 驱 动 LED.PT4115 芯 片 外 围 电 路 简 单 ， 输 出 电 压 范 围 很 宽 ，从 8 30 V,最 大 输 出 电 流 1. 2 A,复 用 引 脚 DIM 可 以 进 行 LED 开 关 、 模 拟调 光 、 PWM 调 光 。 驱 动 该 电 路 如 图 5 所 示 。PT4115 采 用 PWM 调 光 ， 当 DIM 引 脚 电 压 低 于 0. 3 V 时 关 断 LED 电 流 ，高 于 2. 5 V 时 开 启 LED 电 流 。 PWM 调 光 的

12、 基 本 原 理 是 保 持 LED 正 向 导 通 电流 恒 定 ， 而 通 过 控 制 电 流 导 通 和 关 断 的 时 间 比 例 ， 即 控 制 每 个 周 期 电 流 导 通 的 时间 。 计 算 方 法 如 下 ：通 过 PWM 调 光 ， LED 的 输 出 电 流 可 以 从 0%到 100%变 化 。 PWM 调 光 相 对 于传 统 的 线 性 调 光 ， 不 影 响 LED 的 光 效 。 PWM 调 光 的 优 势 是 LED 正 向 导 通 的电 流 一 直 是 恒 定 的 ， LED 的 色 度 就 不 会 像 模 拟 调 光 那 样 会 变 化 。 PWM 调

13、光 可以 在 精 确 控 制 LED 的 亮 度 的 同 时 ， 也 保 证 LED 发 光 的 色 度 。3 软 件 设 计该 系 统 有 3 个 功 能 模 块 ： 1) 信 号 输 入 模 块 ， 实 现 相 应 信 号 向 单 片 机 输 入 ; 2) 信 号 控 制 模 块 ， 实 现 对 信 号 的 处 理 ; 3) 信 号 输 出 模 块 ， 实 现 处 理 结 果 的 编码 输 出 ， 达 到 控 制 LED 发 光 亮 度 的 目 的 。 单 片 机 接 收 3 部 分 信 号 ， 即 被 动 式热 释 电 红 外 探 测 器 输 出 的 开 关 信 号 ， 可 见 光 探

14、测 输 出 的 室 内 亮 度 控 制 信 号 和 温 度传 感 器 探 测 到 的 LED 温 度 信 号 ， 将 这 些 信 号 传 输 到 单 片 机 中 。 通 过 单 片 机 处 理 ，从 而 驱 动 LED 的 开 关 并 控 制 亮 度 。 软 件 流 程 如 图 6 所 示 。4 结 语经 过 实 验 验 证 ， 该 文 设 计 的 LED 智 能 照 明 控 制 系 统 ， 可 根 据 室 内 光 照 亮 度自 动 控 制 LED 的 开 关 和 亮 度 ， 取 得 了 很 好 的 节 能 和 改 善 照 明 环 境 的 效 果 。该 系 统 结 构 简 单 ， 实 用 性 强 ， 可 适 用 于 公 寓 、 办 公 室 的 楼 道 灯 ， 卫 生 间 的 照 明灯 等 。