基于單片機(jī)的LED智能補(bǔ)光臺燈設(shè)計(jì)

1、-PAGE . z.摘要隨著現(xiàn)代社會的開展，中國青少年的近視率一直居高不下，成為困擾中國家庭的主要問題。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家希望通過人工干預(yù)和治療，從根本上解決近視問題。然而現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的開展雖然可以解決很多曾經(jīng)困擾人類的疑難問題，卻仍然不能從根源上預(yù)防和祛除近視。我們通過對影響視力的各種因素進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)造成青少年視力下降的最主要根源是燈光。傳統(tǒng)護(hù)眼燈為了到達(dá)提高頻率的目的，使用了高頻鎮(zhèn)流器，使得護(hù)眼燈的電磁輻射遠(yuǎn)比一般的電器高得多，是手機(jī)、電腦的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，嚴(yán)重影響視力。而LED照明技術(shù)的出現(xiàn)，為我們提供了消除僅是問題的途徑。本文基于單片機(jī)控制的智能補(bǔ)光系統(tǒng)，全天候模擬出上午9、10

2、點(diǎn)鐘自然光照，完全杜絕頻閃、輻射和眩光，有效消除傳統(tǒng)光源中紫外線、紅外線，能有效降低因光線變暗或變亮對人眼睛的傷害，可以有效減少對電能的消耗，節(jié)能環(huán)保。 針對現(xiàn)代社會近視率居高不下的現(xiàn)象，提出了基于MCS-51單片機(jī)的LED智能補(bǔ)光系統(tǒng)對外界光線的自動采集和調(diào)整，以減少由于外界光線變亮變暗對人眼的傷害。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明LED燈管的亮度可以柔和地根據(jù)外界光線的變化而變化，不存在閃爍和刺眼現(xiàn)象。通過光敏電阻采集外部光照和光通量的變化，采集到的變化值經(jīng)過和基準(zhǔn)值比較后送到單片機(jī)進(jìn)展運(yùn)算，由MCU控制數(shù)字量的輸出，從而改變流經(jīng)LED燈管的電流，以此來調(diào)整LED的亮度，以接近自然光的狀態(tài)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)智能補(bǔ)光。

3、關(guān)鍵詞：臺燈 光度 PWM調(diào)光 自動調(diào)節(jié)Withthedevelopmentofmodernsociety,theChinayouthmyopiaratehasbeenhigh,beethemainproblemsofChinesefamily.Withtheprogressofscienceandtechnology,scientistshopetouseartificialinterventionandtreatment,fundamentallysolvestheproblemofmyopia.However,althoughthedevelopmentofmodernmedicinec

4、ansolvemanydifficultproblemshaveplaguedmankind,myopiastillcannotpreventfromthesourceandeliminate.Oure*perimentsonvariousfactorsaffectingtheeyesight,foundthatthemostmajorcausesofadolescenteyesighttodropislight.Thetraditionaleyeprotectionlampinordertoimprovethefrequencyoftheuseofhighfrequencyballasts,

5、electromagneticradiation,maketheeyeprotectionlampismuchhigherthanthegeneralelectricalappliances,mobilephone,puterisseveraltimesevendozensoftimes,seriouslyaffectvision.LEDlightingtechnology,providesuswithawaytoeliminateisonlypartoftheproblem.Inthispaper,intelligentlightingsystembasedonsinglechipmicro

6、puter,all-weathersimulatethemorningofthe9,tenoclock,naturallight,pletelyeliminatethestroboscopic,radiationandglare,theeffectiveeliminationoftraditionallightsourcesintheultraviolet,infrared,caneffectivelyreducethelightdimmingorbrighteningofthehumaneyedamage,caneffectivelyreducetheconsumptionofelectri

7、city,energysavingenvironmentalprotection.Inthemodernsocietyhighmyopiaphenomenon,putforwardLEDintelligentsupplementallightingsystemofMCS-51singlechipmicroputerautomaticacquisitionandadjustmentofthee*ternallightbased,toreduceduetoe*ternallightdimmedonhumanharm.Thee*perimentalresultsshowthatthebrightne

8、ssoftheLEDlampcanbegentlyaccordingtothechangesofthee*ternallightchanges,doesnote*istanddazzlingflashingphenomenon.Lightsensitiveresistanceacquisitionofe*ternallightandluminousflu*changes,changesinthevalueoftheprocessandthereferencevalueparisonissenttothemicrocontrolleroperation,theoutputiscontrolled

9、byMCUdigitalquantity,thuschangingthecurrentflowingthroughtheLEDlamp,thebrightnessinordertoadjusttheLED,tostaterunclosetonaturallight,therealizationofintelligentlighting.目錄引言一、 LED智能補(bǔ)光燈原理二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1主控電路的系統(tǒng)2.2恒流驅(qū)動系統(tǒng)2.3 調(diào)光方案的選擇三、自動控制3.1光敏電阻反應(yīng)局部3.2 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換局部3.3 調(diào)光系統(tǒng)四、軟件設(shè)計(jì)4.1 總體框圖4.2 主要程序五、 總結(jié)附錄：作品

10、照片引言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、平安可靠的特點(diǎn)，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。開展新固態(tài)照明，不僅是照明領(lǐng)域的革命，而且符合當(dāng)前政府提出的建立資源節(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(dǎo)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(shí)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(fèi)。另

11、外一方面，因?yàn)長ED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(dāng)LED在周邊亮度小時，LED燈不能提供足夠和恰當(dāng)?shù)墓舛?，這樣又影響了閱讀，造成視覺疲勞。PWM方法的根本思想就是利用單片機(jī)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(jī)的PWM控制存放器來調(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(jī)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(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機(jī)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(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)展比較，假設(shè)

12、實(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比；假設(shè)實(shí)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(jìn)展光度的自動調(diào)節(jié)。一、LED智能補(bǔ)光燈原理交流電源的頻率為50赫茲，會使臺燈產(chǎn)生每秒鐘50回合的一明一暗的頻閃。頻閃導(dǎo)致眼睛瞳孔括約肌不停地合，使眼球老損、變形，最終引發(fā)近視。而所謂的護(hù)眼燈是通過一種高頻鎮(zhèn)流器，把頻閃從50次變成3至5萬次，但其實(shí)并沒有真正消除頻閃，并不能真正保護(hù)眼睛。可以說，頻閃是近視的罪魁禍?zhǔn)?。LED低壓直流發(fā)光技術(shù)，采用直流電源，完全無頻閃；由光電傳感器、紅外傳感器和單

13、片機(jī)構(gòu)成智能補(bǔ)光系統(tǒng)，可根據(jù)環(huán)境光變化自動調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度，無論外界如何變化，始終保持恒定適眼光源。二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)基于C51單片機(jī)和PWM調(diào)光的LED臺燈是以STC89C51作為主控芯片繼而進(jìn)展自動控制的。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)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(jìn)展比照，調(diào)整PWM的占空比對LED的電流進(jìn)展控制，從而實(shí)現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)?？傮w框圖如下列圖。圖1.1光敏電阻傳感器A/D轉(zhuǎn)換模塊AT89C52單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動電路超亮白光LED光電開關(guān)偵測電路2.1主控電路的系統(tǒng)主控芯片采用AT89C51單片機(jī)芯片，AT89C51單片

14、機(jī)芯片有40個外部I/O口， 可用作對外部硬件的控制接口。其中P0.0-P0.7八個I/O口外接10K的電阻作為上拉電阻。40引腳為電平引腳外接五伏電壓，20引腳為接地引腳，18和19引腳為外部晶振接口，為芯片提供晶振，9引腳為外部復(fù)位電路接口，P1.0-P1.7作為DA模塊控制端口，P2.0-P2.7作為AD模塊的控制端口。2.2恒流驅(qū)動系統(tǒng)外部光線采集主要用到的傳感器為：光敏傳感器。光敏傳感器實(shí)時監(jiān)控外部光強(qiáng)的變化，由于光敏電阻的阻值大小隨著外界光強(qiáng)的不同發(fā)生變化，我們將變化的電壓值這個模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號，單片機(jī)經(jīng)過分析處理將數(shù)字信號的二進(jìn)制代碼輸出給D/

15、A轉(zhuǎn)換器，這樣經(jīng)過單片機(jī)處理過輸出的數(shù)字信號又重新變成了模擬信號變量，此時的模擬變量的為電流信號，由于輸出的電流在毫安級或者十幾毫安級，無法驅(qū)動大公率的LED燈管，所以我們在此應(yīng)用驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片可以輸出大電流用來點(diǎn)亮LED燈管。至此我們點(diǎn)亮了LED燈管，LED發(fā)出的亮度是完全根據(jù)人眼的感光特性而設(shè)定的，一旦外界光線變暗或著變亮，光線的強(qiáng)度和燈光的強(qiáng)度疊加，此時的光通量不再是人眼最適應(yīng)的值，所以光敏電阻捕捉到這一變化，單片時機(jī)根據(jù)光敏電阻電壓值的變化，調(diào)整輸出的數(shù)字信號，進(jìn)而改變LED燈管的亮度。2.3 調(diào)光方案的選擇a用調(diào)正向電流的方法來調(diào)亮度通過調(diào)整正向電流的大小的改變可以改變LED的亮

16、度，但是通過電流的大小的改變并不是最正確選擇，因?yàn)橥ㄟ^電流的改變，使LED的壽命減少，還容易引起閃爍。b、采用脈寬調(diào)制PWM來調(diào)光LED 是一個二極管，它可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。它的開關(guān)速度可以高達(dá)微秒以上。是任何發(fā)光器件所無法比較的。因此，只要把電源改成脈沖恒流源，用改變脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度。這種方法稱為脈寬調(diào)制PWM調(diào)光法。圖7 表示這種脈寬調(diào)制的波形。假設(shè)脈沖的周期為tpwm,脈沖寬度為ton,則其工作比D或稱為孔度比就是ton/tpwm.改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED 的亮度三、自動控制3.1光敏電阻反應(yīng)局部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

17、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(qiáng)的變化。如下列圖圖2.4所示：3.2 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換局部ADC 0808和ADC 0809除精度略有差異外(前者精度為8位、后者精度為7位)，其余各方面完全一樣。它們都是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC局部，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(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回檢測和過程控制、運(yùn)動控制中應(yīng)用十分廣泛。如下列圖圖2.4所

18、示，ADC0809的參考電壓設(shè)置成5V，時鐘信號通過單片機(jī)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(jī)進(jìn)一步處理。3.3 調(diào)光系統(tǒng) 由于模擬光是直接改變流過LED電流的大小來實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，除了亮度會改變以外，也會影響白光的質(zhì)量，即不同電流下發(fā)出的白光存在色偏。因此，本設(shè)計(jì)采用PWM調(diào)光方案，PWM調(diào)光的根本原理是保持LED正向?qū)娏骱愣?，而通過控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比列，即改變輸入脈沖信號的占空比，使LED產(chǎn)生亮暗變化；并利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，當(dāng)LED亮暗變化頻率大于120HZ時，人眼就不會感覺到閃爍，

19、而看到的是LED的平均亮度。PWM調(diào)光的優(yōu)勢是LED正向?qū)ǖ碾娏魇呛愣ǖ?，LED的色度就不會像模擬調(diào)光時產(chǎn)生變化。四、軟件設(shè)計(jì)4.1 總體框圖圖3.14.2 主要程序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(jìn)展變化。程序代碼如下：#include #include #include #define ulong unsigned long#define uint unsigned int #define uchar unsigned charuchar code L

20、ED10=0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90;sbit g = P20;/個位sbit sf = P21;/十分位sbit bf = P22;/百分位sbit KA = P26;/千分位sbit START = P34;/啟動轉(zhuǎn)換sbit EOC = P33;/轉(zhuǎn)換完畢標(biāo)志sbit OE = P32;/輸出使能sbit ALE = P30;/地址鎖存uint vol=0;/采樣得到的0255之間的離散數(shù)據(jù)ulong V=0;/處理后的電壓數(shù)據(jù)。V的高到低位依次為：整數(shù)位個位、小數(shù)十分位、百分位。/void delay(uint *

21、)for(;*0;*-) ;/void start(void)ALE=1;_nop_();START=1;_nop_();ALE=0;_nop_();START=0;/void check(void)while(EOC=1) ; /等待轉(zhuǎn)換完畢_nop_();_nop_();while(EOC=0) ;_nop_();_nop_();OE=1;_nop_();_nop_();_nop_();vol=P1;/ 從P1口讀取數(shù)據(jù)OE=0;/void deal(void)V = (vol*5);V *= 100;V /= 256;/V的高到低位依次為：整數(shù)位個位、小數(shù)十分位、百分位。/void di

22、splay(void)KA=0;g=0;P0=LEDV/100&0*7f;/共陽顯示加小數(shù)點(diǎn)delay(800);g=1;delay(50);sf=0;P0=LED(V/10)%10;/&0*7f;delay(800);sf=1;delay(50);bf=0;P0=LEDV%10;delay(800);bf=1;KA=1;void main()EA=0;while(1)start();check();deal();display(); PWM調(diào)節(jié)51單片機(jī)本身是沒有pwm接口的，這個程序是通過軟件模擬pwm.在一定的頻率的方波中，調(diào)整高電平和低電平的占空比，即可實(shí)現(xiàn)LED燈亮度控制。程序出自:

23、單片機(jī)網(wǎng).51hei.，如有問題可在論壇提出，程序中使用定時器0產(chǎn)生2.5ms周期脈沖，使用占空比控制變量scale控制占空比，在低電平期間使LED燈亮，在高電平期間使LED燈滅，改變scale就改變了高電平與低電平的時間，因此也就控制了LED燈的亮度。*/#include AT89*51.H /模擬PWM輸出控制燈的10個亮度級 unsigned int scale; /占空比控制變量 void main(void) / 主程序 unsigned int n; /延時循環(huán)變量 TMOD=0*02; /定時器0，工作模式20000，0010，8位定時模式 TH0=0*06; /寫入預(yù)置初值6到定時器0，使250微秒溢出一次12MHz TL0=0*06; /寫入預(yù)置值 TR0=1; /啟動定時器 ET0=1; /允許定時器0中斷 EA=