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【摘 要】本文介绍了一种以单片机为控制中心的室内LED照明系统,并且介绍了系统的硬件和软件设计流程。该系统采用P89LPC936作为控制中心,利用光敏电阻器采集的室内环境亮度信号,利用声音检测模块采集的室内声音信号,利用PWM调光技术对LED进行驱动,实验表明系统稳定可行。
【关键词】LED照明控制 光敏电阻 P89LPC936 声音传感器
一、引言
在能源危机,全球生态环境日益恶劣的情况下,节约和合理利用有效资源的形式势不可挡。随着我国城市化进程的加快,绿色、高效、环保、长寿命的LED灯逐渐走入人们的视野。LED作为一种绿色光源,体现我们新型社会的环保理念,是随着社会潮流发展趋势而来。所谓绿色光源是指具有节能、环保,使用寿命长、体积小等特点。
二、控制方案设计
系统采用的是光敏电阻传感器作为检测环境亮度的元件,声音检测模块检测室内的分贝数,传感器检测到的信号经过处理传送给单片机控制,经单片机处理后控制照明系统的开关和亮度。
三、系统硬件设计
(一)声音检测模块
设计声音检测模块电路时需要着重考虑两点:1模块应具备获得较高的灵敏度;2模块应具有一定的抗干扰能力。经过多次的实验和数据的分析,本论文所设计的声音检测模块电路采用运放LM358和灵敏度高的话筒制成检测系统,话筒检测到音频信号后,经三极管Q1放大后再经LM358进行比较放大,适当调节精密可调电位器Rp1实现声音检测的灵敏度调节。当话筒检测到一定强度的音频信号时,LM358的1脚输出高电平,DS2发光表明检测到音频信号。
(二)室内环境亮度检测模块
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻,值随入射光的强弱而改变的电阻器。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76)μm的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。其特点是当入射光强时,电阻会减小,入射光弱,电阻会增大。
LM339集成内部装有四个独立的电压比较器,该电压比较器具有失调电压小、电源电压范围宽、输出端电位可灵活方便的选用等特点。其每个比较器有两个输入端和一个输出端。用作比较电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压,另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时,输出端开路;反之则相当于输出端接低电平。用电容讲电源杂波滤除。光线较弱时,输入电压高于基准电压,输出高电平;光线较强时,输入电压低于基准电压,输出低电平。
(三)单片机控制模块
P89LPC936是一款周立功公司生产的低成本单片封装微控制器。P89LPC936基于高性能的处理架构,执行指令仅需2到4个时钟周期,速度是标准80C51器件的6倍。P89LPC936集成了多种系统级功能,以便极大减少元件数目和减小电路板面积,从而降低系统成本。
(四)LED驱动模块
LED 驱动电路除了要满足安全要求外,另外的基本功能应有两个方面:一是尽可能保持恒流特性,尤其在电源电压发生±15%的变动时,仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗,这样才能使LED 的系统效率保持在较高水平。
本设计采用TPS61040DBV芯片作为LED的驱动器,电路图的设计参照芯片手册的典型应用,并增加了电容滤波。
通过调光,LED的输出电流可以从0%到100%变化,PWM调光相较于传统线性调光不仅不会影响LED的光效,与此同时,由于这种方法下LED的正向导通电流一直是恒定的,LED的色度就不会像传统调光那样会变化。即PWM调光在保证精确控制LED的亮度的同时也保证LED发光的色度。
四、系统软件设计
本系统有3个功能模块:1)信号的输入模块,实现相应信号向单片机的输入;2) 信号控制模块,实现控制单元对输入信号的处理;3)信号输出模块,实现控制单元的输出,从而实现室内照明的控制。
作为控制单元的单片机,接收的信号来自两个部分,分别是声音检测信号、室内环境亮度检测信号, 单片机接收到这些信号后对此进行处理,通过输出信号对LED驱动电路进行控制,从而达到控制LED亮度的目的。软件流程图如下图所示。
五、结束语
本设计是在查阅大量的文献资料,经过多次试验的基础上,吸收先进的LED照明领域新思想、新技术,再综合考虑成本因素,提出了合理的低成本、高效率的室内LED照明系统的设计方案。经过不断的运行、测试,该设计可用于住宅、办公以及学校教室照明。
参考文献:
[1].周芳.刘美根 智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用2007(16)
[2]姜连祥.汪小燕 基于光强传感器TSL256X的感测系统设计2006(12)
[3].KOLLMAN R. LED的高效驱动2007(12)
[4]唐国庆 从室内照明发展趋势论LED技术提升的关键2009(03)
[5].曲振江.王立华.付圆圆照明用大功率无桥LED驱动电路研究2009(01)
[6].恒流大功率LED驱动电路设计
[7].方佩敏 .市电供电的大功率LED驱动控制器2009(03)
作者简介:
李晶 女 山西阳泉 1985年10月 ;四川工程职业技术学院 ;助教 ;研究方向:电气自动化控制。
邓琳 女 四川泸州 1981年9月 ;四川工程职业技术学院 实验师;研究方向:电气自动化控制。
张文君 女 山西太原 1986年2月;四川工程职业技术学院,助教,研究方向:智能感知与智能系统。
【关键词】LED照明控制 光敏电阻 P89LPC936 声音传感器
一、引言
在能源危机,全球生态环境日益恶劣的情况下,节约和合理利用有效资源的形式势不可挡。随着我国城市化进程的加快,绿色、高效、环保、长寿命的LED灯逐渐走入人们的视野。LED作为一种绿色光源,体现我们新型社会的环保理念,是随着社会潮流发展趋势而来。所谓绿色光源是指具有节能、环保,使用寿命长、体积小等特点。
二、控制方案设计
系统采用的是光敏电阻传感器作为检测环境亮度的元件,声音检测模块检测室内的分贝数,传感器检测到的信号经过处理传送给单片机控制,经单片机处理后控制照明系统的开关和亮度。
三、系统硬件设计
(一)声音检测模块
设计声音检测模块电路时需要着重考虑两点:1模块应具备获得较高的灵敏度;2模块应具有一定的抗干扰能力。经过多次的实验和数据的分析,本论文所设计的声音检测模块电路采用运放LM358和灵敏度高的话筒制成检测系统,话筒检测到音频信号后,经三极管Q1放大后再经LM358进行比较放大,适当调节精密可调电位器Rp1实现声音检测的灵敏度调节。当话筒检测到一定强度的音频信号时,LM358的1脚输出高电平,DS2发光表明检测到音频信号。
(二)室内环境亮度检测模块
光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻,值随入射光的强弱而改变的电阻器。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76)μm的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。其特点是当入射光强时,电阻会减小,入射光弱,电阻会增大。
LM339集成内部装有四个独立的电压比较器,该电压比较器具有失调电压小、电源电压范围宽、输出端电位可灵活方便的选用等特点。其每个比较器有两个输入端和一个输出端。用作比较电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压,另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时,输出端开路;反之则相当于输出端接低电平。用电容讲电源杂波滤除。光线较弱时,输入电压高于基准电压,输出高电平;光线较强时,输入电压低于基准电压,输出低电平。
(三)单片机控制模块
P89LPC936是一款周立功公司生产的低成本单片封装微控制器。P89LPC936基于高性能的处理架构,执行指令仅需2到4个时钟周期,速度是标准80C51器件的6倍。P89LPC936集成了多种系统级功能,以便极大减少元件数目和减小电路板面积,从而降低系统成本。
(四)LED驱动模块
LED 驱动电路除了要满足安全要求外,另外的基本功能应有两个方面:一是尽可能保持恒流特性,尤其在电源电压发生±15%的变动时,仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗,这样才能使LED 的系统效率保持在较高水平。
本设计采用TPS61040DBV芯片作为LED的驱动器,电路图的设计参照芯片手册的典型应用,并增加了电容滤波。
通过调光,LED的输出电流可以从0%到100%变化,PWM调光相较于传统线性调光不仅不会影响LED的光效,与此同时,由于这种方法下LED的正向导通电流一直是恒定的,LED的色度就不会像传统调光那样会变化。即PWM调光在保证精确控制LED的亮度的同时也保证LED发光的色度。
四、系统软件设计
本系统有3个功能模块:1)信号的输入模块,实现相应信号向单片机的输入;2) 信号控制模块,实现控制单元对输入信号的处理;3)信号输出模块,实现控制单元的输出,从而实现室内照明的控制。
作为控制单元的单片机,接收的信号来自两个部分,分别是声音检测信号、室内环境亮度检测信号, 单片机接收到这些信号后对此进行处理,通过输出信号对LED驱动电路进行控制,从而达到控制LED亮度的目的。软件流程图如下图所示。
五、结束语
本设计是在查阅大量的文献资料,经过多次试验的基础上,吸收先进的LED照明领域新思想、新技术,再综合考虑成本因素,提出了合理的低成本、高效率的室内LED照明系统的设计方案。经过不断的运行、测试,该设计可用于住宅、办公以及学校教室照明。
参考文献:
[1].周芳.刘美根 智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用2007(16)
[2]姜连祥.汪小燕 基于光强传感器TSL256X的感测系统设计2006(12)
[3].KOLLMAN R. LED的高效驱动2007(12)
[4]唐国庆 从室内照明发展趋势论LED技术提升的关键2009(03)
[5].曲振江.王立华.付圆圆照明用大功率无桥LED驱动电路研究2009(01)
[6].恒流大功率LED驱动电路设计
[7].方佩敏 .市电供电的大功率LED驱动控制器2009(03)
作者简介:
李晶 女 山西阳泉 1985年10月 ;四川工程职业技术学院 ;助教 ;研究方向:电气自动化控制。
邓琳 女 四川泸州 1981年9月 ;四川工程职业技术学院 实验师;研究方向:电气自动化控制。
张文君 女 山西太原 1986年2月;四川工程职业技术学院,助教,研究方向:智能感知与智能系统。