v LED照明閉環(huán)控制

1、LED照明閉環(huán)控制設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)了一個(gè)光強(qiáng)采集系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)采集環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)度；根據(jù)環(huán)境光線(xiàn)強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)亮度，光強(qiáng)采集采用光敏電阻，采用12個(gè)3mm白光LED，組成LED閉環(huán)控制照明系統(tǒng)。LED采用電流驅(qū)動(dòng)，電流步距可調(diào)。通過(guò)AD采集光線(xiàn)強(qiáng)度，通過(guò)單片機(jī)I/O實(shí)現(xiàn)PWM功率控制。關(guān)鍵字：光敏電阻、LED、AD、PWM0、 引言隨著社會(huì)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(lái)了方便和經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)在從單片機(jī)控制技術(shù)發(fā)展到ARM控制技術(shù)，但是生活中好多領(lǐng)域仍然有選用單片機(jī)技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，因?yàn)樗募夹g(shù)成熟，而且開(kāi)發(fā)成本比較廉價(jià)，這使開(kāi)發(fā)部門(mén)對(duì)單片機(jī)的向往。本文所設(shè)計(jì)的是用單片機(jī)來(lái)控制LED燈的亮

2、度的變化。1、 LED照明閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理和原理圖LED照明閉環(huán)控制系統(tǒng)是通過(guò)光敏電阻來(lái)采集光線(xiàn)強(qiáng)度，來(lái)改變自身的電壓，從而改變AD輸入電壓的值，AD輸出信號(hào)來(lái)控制單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)AD輸出信號(hào)進(jìn)行處理，輸出PWM信號(hào)來(lái)控制三極管的基級(jí)電壓，從而三級(jí)管被導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電流流經(jīng)12個(gè)LED，把全部點(diǎn)亮，但是亮度強(qiáng)度，由光線(xiàn)強(qiáng)度決定，流經(jīng)的電流通過(guò)PWM信號(hào)輸出決定。系統(tǒng)電源為+5V。下圖為L(zhǎng)ED照明閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理圖：LED照明閉環(huán)控制系統(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)控制系統(tǒng)的硬件主要由A/D轉(zhuǎn)換控制器、三極管、12個(gè)LED、單片機(jī)、光敏電阻、MAX232等組成。

3、2.2元器件的選擇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)弱而改變的電阻器；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(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。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(xiàn)（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M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(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電

4、珠）光線(xiàn)或自然光線(xiàn)作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。為了設(shè)計(jì)方便，光敏電阻統(tǒng)一為5506型號(hào)。三極管三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，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，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)（=IC/IB, 表示變化量。），三極管的放

5、大倍數(shù)一般在幾十到幾百倍。 三極管在放大信號(hào)時(shí)，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(huì)放大失真。 在三極管的集電極與電源之間接一個(gè)電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB升高時(shí)，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(huì)降低，且UB越高，UC就越低，UC=UB。本文設(shè)計(jì)要求，LED被電流驅(qū)動(dòng)根據(jù)設(shè)計(jì)原理，本文采用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)12個(gè)LED，型號(hào)統(tǒng)一為8550PNP管。A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)化電路。 亦稱(chēng)“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡(jiǎn)稱(chēng)“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。 A/

6、D變換包含三個(gè)部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時(shí)完成的。 抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過(guò)程； 量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過(guò)程； 編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來(lái)表示。d/a轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的線(xiàn)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(guó)外市場(chǎng)已有上百種產(chǎn)品出售，他們?cè)谵D(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度。分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色。 d/a轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)： 衡量一個(gè)d/a轉(zhuǎn)換器的性能的主要參數(shù)有： (1)分辨率 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)多分辨率也就越高。

7、(2)轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)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(shí)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，一般采用數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位。 (4)線(xiàn)性度 當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)，d/a轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例關(guān)系變化的程度。理想的d/a轉(zhuǎn)換器是線(xiàn)性的，但是實(shí)際上是有誤差的，模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱(chēng)為線(xiàn)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)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同，因此生產(chǎn)出種類(lèi)繁多的a/d轉(zhuǎn)換芯片。a/d轉(zhuǎn)換器按分辨率分為4位。

8、6位。8位。10位。14位。16位和bcd碼的31/2位。51/2位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速(轉(zhuǎn)換時(shí)間330ns),次超高速(3303.3s),高速(轉(zhuǎn)換時(shí)間3.3333s),低速(轉(zhuǎn)換時(shí)間330s)等。a/d轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接a/d轉(zhuǎn)換器和間接a/d轉(zhuǎn)換器。所謂直接a/d轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度，故目前集成化a/d芯片采用逐次逼近型者多；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(shí)間轉(zhuǎn)換型(積分型),電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型

9、等。其中積分型a/d轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，切能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。有些轉(zhuǎn)換器還將多路開(kāi)關(guān)?；鶞?zhǔn)電壓源。時(shí)鐘電路。譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)，已超出了單純a/d轉(zhuǎn)換功能，使用十分方便。由于本文設(shè)計(jì)需要，采用TLC1543作為A/D轉(zhuǎn)換。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(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成

10、TIA/EIA-232-F電平。根據(jù)需要本設(shè)計(jì)選用MAX232作為串口芯片，使之來(lái)通信。單片機(jī)SST89E516RD單片機(jī)到底是什么呢？就是一個(gè)電腦，只不過(guò)是微型的，麻雀雖小，五臟俱全：它內(nèi)部也用和電腦功能類(lèi)似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線(xiàn)，還有和硬盤(pán)作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過(guò)價(jià)錢(qián)也是低的，一般不超過(guò)10元即可.用它來(lái)做一些控制電器一類(lèi)不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)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！.它主要是作為控制部分的核心部件。 它是一種在線(xiàn)式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線(xiàn)式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾

11、能力，較低的成本，這也是和離線(xiàn)式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過(guò)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，這是別的器件需要費(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(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國(guó)50年代開(kāi)發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來(lái)搞定的話(huà)，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國(guó)70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過(guò)你編寫(xiě)的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言(近幾年，C語(yǔ)言也開(kāi)始廣泛被應(yīng)

12、用)，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)可視化高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十K的尺寸！對(duì)于家用PC的硬盤(pán)來(lái)講沒(méi)什么，可是對(duì)于單片機(jī)來(lái)講是不能接受的。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來(lái)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(guó)INTEL公司（生產(chǎn)CPU的英特爾

13、）生產(chǎn)的，89C51是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，它是由美國(guó)ATMEL公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，其內(nèi)核兼容MCS-51單片機(jī)。本文采用型號(hào)為SST89E516RD單片機(jī)輸出信號(hào)來(lái)控制LED的亮度。3、 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(duì)A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)的處理從而來(lái)控制LED的亮度變化。程序代碼如下：/*關(guān)于頻率和占空比的確定，對(duì)于12M晶振，假定PWM輸出頻率為1KHZ,這樣定時(shí)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(shí)間為0.01ms，這樣* *可以設(shè)定占空比可從1-100變化。即0.01ms*100=1ms * /*/ #def

14、ine uchar unsigned char /* * 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)算辦法: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(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí) * * 間為1ms*65536=65.536ms * */ #define V_TH0 0XFF #define V_TL0 0XF6 #define V_TMOD 0X01 #include <1602shiwu.h>#incl

15、ude<at89x51.h>#define SUM 20#define CS P1_7#define CLK P1_4#define DIN P1_5#define SD0 P1_6#define EOC P1_3sbit S1 =P24 ; /增加鍵sbit S2 =P25 ; /減少鍵sbit S3=P22;void init_sys(void); /*系統(tǒng)初始化函數(shù)*/ void Delay5Ms(void); void timer0(void);unsigned char ZKB1; /sbit cs=P3_0;/sbit rd=P3_1;/sbit wr=P3_3;/sb

16、it wr=P3_3;/sbit p=P1_1;uchar getdata;uchar code table="0123456789"uint tmp1,tmp0;float test;uint TLC_1543_addr(uchar addr) uint date_out=0; uchar k; uchar i; uchar j; CLK=0; CS=0; for (i=0;i<4;i+) DIN=(bit)(addr&0x08); CLK=1; CLK=0; addr<<=1; for (j=0;j<6;j+) /填充6 個(gè)CLOCK C

17、LK=1;CLK=0; CS=1; mDelay(5); CS=0; /等待AD 轉(zhuǎn)換 mDelay(5); for(k=0;k<10;k+) SD0=1; /非P0口作為數(shù)據(jù)總線(xiàn)使用時(shí)，讀入數(shù)據(jù)前要賦值1,特別 CLK = 1; /是既用于寫(xiě)有用于讀的情況下. date_out<<=1; if(SD0) date_out += 1; CLK = 0; return(date_out);/*void start()wr=1;/mmDelay(100);wr=0;/mmDelay(100);wr=1;/mmDelay(100);*/void display_num(unsign

18、ed long int numx,uint x)WriteChar(tablenumx/10000,x,0);/ ?WriteChar(table(numx%10000)/1000,x,1);/?WriteChar(table(numx%10000)%1000)/100,x,2);/?WriteChar(table(numx%10000)%1000)%100)/10,x,3);/?WriteChar(table(numx%10000)%1000)%100)%10,x,4);/?WriteString(" mV",x,5); char flag;void delayms(un

19、signed char ms);void delay(unsigned char t); void main() uint i; unsigned long int tmp;P0=0; SetCur(NoCur); while(1) tmp1 += TLC_1543_addr(0x01);/取20次AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，求平均值/ i-; / if(i=0) / / tmp1=tmp1/SUM; tmp=tmp1*49999/1023;/ tmp=4*tmp; tmp1=0; i=SUM;/ EOC=EOC;/display_num(tmp,1);/if(!EOC)/i=SUM tmp0 += TL

20、C_1543_addr(0x00); /取50次AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，求平均值/ i-; / if(i=0) / / tmp0=tmp0/SUM; tmp=tmp0*49999/1023; / tmp=tmp; tmp0=0; i=SUM; display_num(tmp,1);WriteString("ADC",0); /EOC=1; /*對(duì)占空比值限定范圍*/ if (ZKB1>99) ZKB1=1; if(TLC_1543_addr(0x00)<=50) ZKB1=5; if(50<TLC_1543_addr(0x00)<=204) ZKB1=20;

21、 if(204<TLC_1543_addr(0x00)<=408) ZKB1=40; if(408<TLC_1543_addr(0x00)<=612) ZKB1=50; if(612<TLC_1543_addr(0x00)<=816) ZKB1=70; if(816<TLC_1543_addr(0x00)<=916) ZKB1=80; if(612<TLC_1543_addr(0x00)<=1000) ZKB1=90; if(1000<TLC_1543_addr(0x00) ZKB1=99; /* *函數(shù)功能：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，