【LED每周一案】希望大家跟帖评头论足,提出你的见解,无论你是内行,外行,希望每一期能留下你的印迹,也期望LED照明有关的同行提供你认为有价值推广的设计案例,通过本站短信息通知版主或发邮件至songzhige@sohu.com,或管理员,也许下周就是你推荐的设计案例,无论是LED电源驱动方案光学仿真设计案例,还是LED灯具控制方案,期望你的参与,期望你的关注!
【LED每周一案】一期:锂电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
【LED每周一案】二期:隔离式LED 驱动电源方案【LED每周一案】三期:太阳能LED路灯照明控制系统设计方案
【LED每周一案】五期:51单片机控制PWM调光的多功能LED台灯设计方案
【LED每周一案】五期:51单片机控制PWM调光的多功能LED台灯设计方案
LED(发光二极管)作为一种新型光源,具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源无法比拟的优点,代表着未来照明技术的发展方向。本文设计了一种以AT89S51 单片机为核心的家用多功能白光LED 台灯系统,采用PT4115 大功率LED 恒流驱动方案,可实现对LED 台灯的PWM 多级调光控制;同时,系统兼有时间日历、温度检测、液晶显示、声光闹钟等多项功能。本文详细给出系统的硬件与软件设计过程。实验证明,该多功能LED台灯稳定高效,功能丰富,能够满足家庭实际应用的要求。
0 引言
随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重,绿色节能已经成为全球普遍关注的话题,人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面,在电能消耗中,发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展,我国的照明用电将有大比例的提高,因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED 作为一种固态冷光源,是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯(如高压钠灯和金卤灯)之后的第四代新光源。基于白光LED 的固态照明,是一种典型的绿色照明方式,与传统光源相比,具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点,代表着照明技术的未来,并符合当前政府提出的"建设资源节约型和环境友好型社会"的要求。可以预见不久的将来,LED 必然会进入普通照明领域取代现有的照明光源。
目前,市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点;至于寿命结束的含汞灯,一旦处理不当,将对环境造成严重危害;而且部分台灯产品功能单一,缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能,无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题,本文设计了以AT89S51 单片机为核心的多功能白光LED 台灯系统,采用PT4115 大功率LED 恒流驱动方案,可实现对LED 台灯的PWM 调光控制;同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时,为家庭使用提供了极大的便捷。
1 系统硬件电路设计
该多功能 LED 台灯系统采用20 只5mm 高亮白光LED 灯珠为光源,以AT89S51 单片机为主控芯片,由LED 恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统组成。系统结构框图如图1 所示。
该系统可具体实现LED 台灯的10 级PWM 调光控制;液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息;闹钟功能采用声光报警方式,即一旦到达闹钟时间,LED 台灯自动点亮,并发出蜂鸣声报警,以唤醒用户;用户可通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、LED 亮度的调节以及闹钟报警的解除。
图1 系统结构框图
1.1 单片机主控系统
本设计主控系统采用ATMEL 公司的高性能AT89S51 芯片实现,其P0 口外接10K 的上拉电阻,P0.0~P0.7 同时作为DS12C887 的数据接口与液晶1602 的数据接口。P2.0~P2.3分别连接DS12C887 芯片的片选端CS、地址选通输入端AS、数据选择端DS 与读/写输入端R/W,P3.2 连接其闹钟中断请求输出端IRQ.P2.5~P2.7 分别连接液晶1602 的使能端EN、数据/命令选择端RS、读/写选择端RW.P2.4 作为蜂鸣器控制端。P3.0 作为DS18B20 的信号输入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6 与P3.7 作为S2~S6 按键系统。P1.1 作为PWM 信号的输出端并连接PT4115 芯片DIM 端,用于PWM 调光控制。系统晶振电路由12MHZ 晶振与两个30PF 电容组成;复位电路则由S1 按键、10K 电阻与10uF 电解电容构成。主控系统电路如图2 所示。
图2 单片机主控系统电路图
1.2 恒流驱动系统
本设计 L ED 光源采用相互并联方式,共由20 只5mm 高亮度小功率LED 灯珠组成;每只LED 灯珠的压降约3.1V,工作电流约20mA.由白光LED 的正向伏安特性可知,当LED 端电压超过其正向导通电压后,较小的电压波动都会导致工作电流的的剧烈变化,从而影响LED 的正常使用,固LED 宜采用恒流驱动方式。因此,本设计LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驱动,PT4115 是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源芯片,能将直流电压直接转换成稳定的恒流输出;其采用6~30V 宽电压输入,输出电流可达1.2A,转换效率高达97%,输出电流精度达±5%.该芯片内部含有抖频特性,极大的改善EMI,同时具有过温、过压、过流、LED 开路保护等多种功能。该芯片适合用于绿色照明LED灯的驱动电路,具有应用电路非常简洁的优点。LED 恒流驱动电路如图3 所示。
图3 LED 恒流驱动系统电路图
通过 PT4115 芯片上的DIM 端,可以方便的进行模拟或PWM 调光。由于模拟调光是直接改变流过LED 电流的大小来实现亮度调节,除了亮度会改变以外,也会影响白光的质量,即不同电流下发出的白光存在色偏。因此,本设计采用PWM 调光方案,PWM 调光的基本原理是保持LED 正向导通电流恒定,而通过控制电流导通和关断的时间比例,即改变输入脉冲信号的占空比,使LED 产生亮暗变化;并利用人眼的视觉残留效应,当LED 亮暗变化频率大于120Hz 时,人眼就不会感觉到闪烁,而看到是LED 的平均亮度。PWM 调光的优势是LED 正向导通的电流是恒定的,LED 的色度就不会像模拟调光时产生变化。