基于单片机LED智能照明系统的设计

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?? 1 引言
　　LED 被称为第四代照明光源或绿色光源，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。白炽灯， 卤钨灯的光效为12 ～24lm /W，荧光灯50 ～ 70lm /W，钠灯90 ～ 140lm /W，而且大部分的耗电变成了热耗。LED 可达到50 ～200lm /W，而且单光的单色性好，光谱窄，无需过滤，可直接发出有色可见光。在相同照明效果的情况下，耗电量约为白炽灯的十分之一，荧光灯的二分之一。同样效果的一支日光灯40 多瓦，而采用LED 每支的功率只有8 瓦。LED 的平均寿命达10 万小时，安全可靠性强，不含汞，钠元素等可能危害健康的物质， 有利于环保， 被称为“绿色照明光源”。
　　2 智能照明控制方案设计
　　总体设计:
　　利用光敏电阻检测室内光线的强弱，被动热释红外探测器可探测人体的特征，传感器将检测数据传送给控制核心———单片机，根据处理结果去控制照明设备的开启、关闭和照度。图1 为智能照明控制方案原理框图。
　　该系统主要由三部分组成: 传感器部分，控制器部分和LED 驱动电路和照明系统，见图1。



图1 照明控制方案原理框图
　　3 系统硬件设计
　　3. 1 传感器部分
　　3. 1. 1 被动式热释电红外探测器
　　该探测器有三个关键元件: 菲涅尔滤光晶片，它通过截止波长8 ～ 12μm 的滤光晶片，起带通滤波器的作用，使环境的干扰受到明显的控制; 菲涅尔透镜，聚焦作用，即将热释的红外信号折射( 反射)在热释电红外传感器上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号，这样热释电红外传感器就能产生变化的电信号; 热释电红外传感器将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。
　　人体都有恒定的体温，一般在37 度，所以会发出特定波长10μm 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm 左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm 左右的红外线通过菲涅尔滤波片增强后*到红外感应源上。红外感应源通过采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射稳定发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经检测处理后就能产生电平的变化。
　　根据此原理应用性能稳定的红外模块，当有人走动时模块输出3. 3V 电压，没人时为低电平。模块有可调的延时，最多可达到18 秒。
                          
                       
                          
                               
　　3. 1. 2 环境亮度传感模块
　　此传感模块的核心器件是光敏电阻。光敏电阻利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器; 入射光强，电阻小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换( 将光的变化转换为电的变化) ，见图2。



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图2 光敏电阻值与光强的关系



图3 环境亮度模块的电路图
　　3. 2 控制部分
　　STC12C5628AD 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/ 机器周期( IT ) 的单片机，是高速/ 低功耗/ 超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051， 但速度快8 ～ 12 倍， 内部集成MAx810 专用复位电路。4 路PWM，8 路高速10 位A /D 转换，针对电机控制，强干扰场合。
　　选择这个型号的单片机主要考虑到具有PWM和AD 转换的作用，使得外围电路得到了大大的简化，同时产生的PWM 信号可直接与驱动芯片相连，使得这个系统的成本降低了很多。
                          
                       
                          
                               
　　由于采用的是PWM 调光的方式，为了减少不必要的外围的电路，选择的驱动芯片可直接由DIM管脚输入PWM 方波。
　　LM3407 是一款集成了N 沟道功率MOS 场效应管的脉冲宽度调制的浮动式降压转换器，其设计是为提供精准的恒定电流输出，以驱动高功率发光二极管( LED)。LM3407 的显着特色是脉冲电平调制( PLM) 控制方案，这一方案在使用一个外部1% 精度的电流设定厚膜电阻时，能确保在整个输入电压和工作温度范围内恒定电流输出精度好于10%。转换器的另一个特点是具有一个可接收标准逻辑脉冲，控制LED 阵列亮度的DIM 引脚，使得LM3407 成为精密功率LED 驱动器或者恒流源的理想器件。




图4 控制模块的原理图
　　3. 3 led 驱动模块



图5 驱动模块的原理图
                          
                       
                          
                               
　　4 软件设计
　　本程序采用模块化设计思想，以主程序为核心设置了2 个功能模块子程序，使一些功能在子程序中实现，简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用个功能模块子程序。
　　该系统有2 个功能模块: 1 是AD 转换模块; 2是PWM 产生模块。在主函数中直接调用就可以了，大大简化了设计结构。其系统的流程图见图6。



图6 系统的总体流程图
　　5 结论
　　经过实验验证，此系统达到了很好的节能和改善照明环境的效果。既消除了居民楼道声控灯的扰民问题，又解决了能及时关灯大大节省能源的问题，选取的LED 灯更是被称为“21 世纪的绿色光源”。
　　该系统结构简单， 实用性强。可适用于公寓，办公楼的楼道灯，卫生间的照明灯等，可以达到很好的照明，节能，环保的效果。

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