单片机的智能LED台灯设计探索.docx

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1、单片机的智能LED台灯设计探索【摘要】介绍以STC89C51RC单片机为核心的集多功能于一体的智能LED台灯设计方案，包含单片机控制模块、照明模块、亮度检测模块、红外人体感应模块、按键模块等多个部分。通过亮度检测模块采集环境亮度，采用PWM调光技术控制台灯功率，实现LED台灯的亮度的自动控制功能。红外人体模块感应到人离开台灯超过预设时间后，自动关灯，解决台灯浪费电能的问题。【关键词】台灯；PWM调光；亮度检测；红外人体感应随着社会的进步发展，家用电器的节能、环保遭到了人们的日益关注。照明是当代生活必不可少的一部分。据统计，2017年我国全社会的用电量约6.3万亿度1。而照明用电量约占全社会用电

2、量的13%2，宏大的照明用电量产生很大的能源损耗。由于忘记关灯或者灯光亮度无法随着环境亮度变化导致的过度照明，也带来很大的电能浪费3，4。本文以LED台灯照明节能、健康为目的，提出了智能LED台灯的设计方案。通过传感器检测环境亮度和人体信号，智能控制台灯的亮度和工作方式，避免过度照明和无用照明问题。1系统构造智能LED台灯系统主要包含单片机系统、LED照明模块、亮度检测模块、红外人体模块、按键、状态指示灯等部分组成。主要部分的电路原理描绘如下：1.1环境亮度检测模块环境亮度检测电路如图2所示，主要由光电转换和模数转换电路构成。光敏电阻RO和精细电位器RD构成分压电路，把环境亮度的变化转化为电压

3、VO的变化。RO的电阻值与环境亮度成反比。暗环境的阻值大，亮环境阻值小4。由式1可知，电压VO的大小与环境亮度成正比。可变电阻RG用来调整光线感应的阈值范围和灵敏度。VO=5RDRD+RO1ADC0809是8位的模数转换器，把环境亮度量化为8位的二进制数值。假设其输出的8位数字量对应的十进制数值为D。1.2红外人体感应模块为避免人离开时，忘记关灯，导致台灯长期亮着浪费电能，系统采用人体红外热释放感应HC-SR501模块判定能否有人在使用台灯5。模块采用全自动重复触发感应形式，人在台灯感应范围时，输出高电平；人离开台灯感应范围后自动延时关闭高电平，输出低电平。1.3LED照明模块LED照明模块采

4、用白色草帽灯珠构成LED阵列，每个灯珠的半径为5毫米，0.06瓦。三级管Q1实现对LED灯阵列的点亮和熄灭关控制。当P13为低电平常，LED灯亮；高电平则LED灯熄灭。1.4PWM调光原理脉冲宽度调制PWMPulseWidthModulation是灯光功率控制中的常用技术6。PWM调光的基本原理是在确定的时间周期T内，控制灯光点亮与熄灭的时间比值，实现LED台灯功率的调节。假设在周期T内，灯点亮的时间为TL，熄灭的时间为TH，则台灯功率控制的占空比方式3所示。PWM灯光功率控制示意图如图4所示。左边的控制周期是高电平，台灯在控制周期内是关闭的，PWM值为0%，输出功率最小；右边的控制周期为低电

5、平，台灯在周期内都是点亮的，PWM值到达100%，输出功率到达最大。通过控制PWM的值，能够使得台灯功率在最大值和最小值之间进行变化。在实际应用中，为避免PWM的台灯开关控制，引起台灯灯光闪烁，引起眼睛的不适，应当要注意控制周期T的数值设计。根据人眼对光的残留效应的效果，T要小于20毫秒，也就是灯光功率控制的频率要大于50赫兹。PWM=TLT%32系统软件设计流程LED台灯的软件设计流程图，主要实现台灯手动亮度控制、自动亮度控制和智能控制三种工作形式。系统通电后，先进行参数初始化，然后判定形式选择键SET能否按下。假如按下，则修改系统工作形式计数器MODE。接着，根据工作MODE的值，选择相应

6、的软件形式代码。在手动形式下，利用系统的ADD键和SUB键手动调整台灯的功率。自动控制形式下，利用光敏元件感应环境亮度并模数转换为数字信号，并根据环境亮度的数字值自适应控制台灯功率。同时，为了避免台灯在无人使用时常亮，浪费电能，设置了智能控制形式。该形式利用红外传感器检测人体信号，灯光的功率采用自动控制的方式。图中，P27为人体干扰信号输入引脚，Infrared为人离开系统检测范围的时间计数器，计数的时间间隔约1微秒。系统运行时，检测到P27为0，表示人离开台灯台灯，计数器Infrared加1。假如计数器计到预设时间长度后，人还没有回来，就自动将PWM值设为0%，关闭台灯。台灯在运行经过汇总检测到人，则计数器清零，并自动控制台灯的亮度。对LED台灯的单片机控制系统构造、环境亮度采集与数字化、红外人体感应和PWM调光技术等台灯的关键硬件电路进行描绘，并具体介绍了实现台灯功能的软件编程思路。完成了系统的硬件制作、软件编程和调试，实现了预期的控制功能。具有节能省电，控制可靠，构造简单等特点。