基于C51單片機和PWM調(diào)光的LED臺燈設(shè)計.doc

摘要LED臺燈作為LED綠色照明光源產(chǎn)品，作為國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品。在實際的應(yīng)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?。本文介紹了以STC89C51為控制核心，通過光敏電阻感應(yīng)光度，并利用PWM調(diào)光技術(shù)對LED進行光度的自動調(diào)節(jié)。同時設(shè)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(guān)鍵詞LED臺燈 光度 PID PWM調(diào)光 自動調(diào)節(jié)原創(chuàng)性聲明本設(shè)計所用到的程序代碼和電路均是來自本團隊，如沒有經(jīng)過允許，不得復制和轉(zhuǎn)載。目錄前言4總體方案設(shè)計5硬件設(shè)計5軟件設(shè)計9總結(jié)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(shù)，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(shù)的未來。發(fā)展新固態(tài)照明，不僅是照明領(lǐng)域的革命，而且符合當前政府提出的“建設(shè)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(zhuǎn)化為光。LED臺燈是典型的綠色照明光源產(chǎn)品，作為國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景。在實際的應(yīng)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(guān)的關(guān)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(diào)整單片機的PWM控制寄存器來調(diào)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(diào)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(shè)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(diào)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(diào)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(yīng)光度，并利用PWM調(diào)光技術(shù)對LED進行光度的自動調(diào)節(jié)。同時設(shè)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(shè)計基于C51單片機和PWM調(diào)光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設(shè)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(diào)節(jié)。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進行對比，調(diào)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(diào)節(jié)?？傮w框圖如下（圖1.1）:圖1.1二、硬件設(shè)計硬件設(shè)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(nèi)有ROM/EPROM的單片機，其硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單、實用可靠。用STC89C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)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(shè)計所選用的晶振為12MHZ，晶振電容為30PF。圖2.12、LED驅(qū)動LED的亮度受電流控制，通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知，利用調(diào)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(qū)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)換，在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應(yīng)用十分廣泛。如下圖（圖2.4）所示，ADC0809的參考電壓設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)換定時器1產(chǎn)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(guān)閉轉(zhuǎn)換OE=0;/關(guān)閉輸出ST=1;/開啟轉(zhuǎn)換ST=0;/關(guān)閉轉(zhuǎn)換P34=1;/選擇通道0P35=1;P36=0;while(EOC=0);/判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)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(guān)閉輸出c=getdata*1.0/255*4.85;/電壓值轉(zhuǎn)換,5V作為參考電壓,分成256PWM調(diào)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(yīng)為1else pwm=1;四、總結(jié)基于C51單片機和PWM調(diào)光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設(shè)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(diào)節(jié)。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進行對比，調(diào)整PWM的占空比實現(xiàn)了對光度的自動調(diào)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(shè)計中，主要有以下體會：1、對LED的