基于51單片機(jī)的自動(dòng)測(cè)控LED節(jié)能照明系統(tǒng)

程序主要分為5個(gè)模塊：亮度控制模塊、溫度探測(cè)處理模塊、光照度探測(cè)處理模塊、紅外無線探測(cè)處理模塊、液晶顯示模塊，下面對(duì)前3個(gè)較為復(fù)雜的模塊分而述之。
1)亮度控制模塊根據(jù)給定的LED驅(qū)動(dòng)電路芯片SN3350的引腳特性，可以通過控制ADJ腳的信號(hào)的電壓來控制LED的亮度。單片機(jī)80C51F020能夠自行產(chǎn)生Vpp=5 V的PWM信號(hào)，因此可以通過控制該P(yáng)WM信號(hào)的占空比來控制LED燈的亮度。依據(jù)圖4的光照度-電壓關(guān)系直線設(shè)定判定程序，得出對(duì)應(yīng)的占空比，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)于亮度的控制。
2)溫度探測(cè)處理模塊由于DS18B20芯片的信號(hào)輸出腳輸出的是數(shù)字信號(hào)，本模塊的內(nèi)容主要是對(duì)從DS18B20獲得的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譯碼，從而獲得實(shí)際環(huán)境溫度數(shù)值。
3)光照度探測(cè)處理模塊使用圖3光電轉(zhuǎn)換電路探測(cè)環(huán)境光強(qiáng)度輸出電壓信號(hào)。該信號(hào)是模擬信號(hào)，因此，需要對(duì)此信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后才能夠用單片機(jī)進(jìn)行處理。使用80C51F020自帶的A／D轉(zhuǎn)換模塊，可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。光照度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)在0～2．4 V之間，因此某一特定的電壓值轉(zhuǎn)換成8位的數(shù)字信號(hào)，然后通過與溫度信號(hào)類似的處理從而對(duì)光進(jìn)行控制。
根據(jù)本文2．2部分所述的SN3350驅(qū)動(dòng)芯片控制端ADJ引腳特性，程序設(shè)計(jì)的具體方案如下：
LED燈隨外界環(huán)境照度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制：當(dāng)測(cè)得實(shí)際光照度大于2 000 lx(照度值可依據(jù)需要自行設(shè)定，下同)時(shí)，令A(yù)DJ引腳的輸入電壓為0，LED滅；當(dāng)測(cè)得實(shí)際光照度小于1 000 lx時(shí)，令A(yù)DJ引腳的輸入電壓為0．3 V，LED亮；當(dāng)測(cè)得實(shí)際光照度大于1 000 lx且小于2 000 lx時(shí)，令A(yù)DJ引腳的輸入電壓在0．3～1．2 V之間做相應(yīng)變化。
LED燈隨外界環(huán)境溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制：當(dāng)LED的溫度大于80℃(溫度值可依據(jù)需要自行設(shè)定，下同)時(shí)，令VADJ=0；當(dāng)LED的溫度小于50℃時(shí)，令VADJ=1．2 V。
LED燈隨外界紅外輻射信號(hào)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制：當(dāng)熱釋電紅外無線傳感器傳來感應(yīng)信號(hào)時(shí)，令VADJ=1．2 V，沒有信號(hào)傳來時(shí)，令VADJ=0。

4 系統(tǒng)測(cè)試
4．1 基本工作測(cè)試
電源供電15 V；實(shí)測(cè)三盞LED燈兩端的工作電壓為14V；驅(qū)動(dòng)電路輸出電流為320 mA；過壓保護(hù)測(cè)試調(diào)節(jié)輸入電壓大于24 V時(shí)，LED兩端電壓很快下降；當(dāng)輸入電壓升至27V時(shí)LED兩端電壓已降至0V。
測(cè)試結(jié)果表明本系統(tǒng)能在低壓條件下正常穩(wěn)定工作，具有過壓保護(hù)功能。
4．2 功能測(cè)試
1)測(cè)量與顯示功能
能否顯示環(huán)境光照強(qiáng)度：能，LCD顯示環(huán)境光強(qiáng)可精確到1 lx；
能否顯示環(huán)境溫度：能，LCD顯示環(huán)境溫度可精確到0.1℃；
2)自動(dòng)控制功能
光強(qiáng)改變時(shí)能否開關(guān)燈：能，光強(qiáng)大于2 170 lx時(shí)自動(dòng)關(guān)燈；光強(qiáng)小于1 040lx時(shí)自動(dòng)關(guān)燈(設(shè)計(jì)閾值分別為2 000lx和1 000 lx)；
溫度改變時(shí)能否關(guān)燈：能，溫度高于82．5℃時(shí)自動(dòng)關(guān)燈；
溫度低于49．3℃時(shí)自動(dòng)開燈(設(shè)計(jì)閾值分別為80℃和50℃)；
能否維持環(huán)境光強(qiáng)的基本穩(wěn)定：能，環(huán)境光強(qiáng)減弱但不小于1 000 lx時(shí)，自動(dòng)提高LED的發(fā)光強(qiáng)度；環(huán)境光強(qiáng)增強(qiáng)但不超過2 000 lx時(shí)，自動(dòng)減弱LED的發(fā)光強(qiáng)度；
能否感應(yīng)紅外輻射并開關(guān)燈：能，在有人進(jìn)入LED燈一定距離(最大半徑3．5 m處)時(shí)，自動(dòng)開燈，并維持10 s后逐步減弱燈光亮度直至關(guān)閉。
測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)具備隨環(huán)境光強(qiáng)、溫度、紅外輻射變化而自動(dòng)控制開關(guān)、調(diào)節(jié)光強(qiáng)的功能，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論設(shè)計(jì)值符合得比較好。

5 設(shè)計(jì)過程需要注意的問題
本系統(tǒng)的特點(diǎn)是硬件模塊電路較多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意共地與接口匹配。具體來說，單片機(jī)C8051F020、LED驅(qū)動(dòng)電路的SN3350芯片、光電轉(zhuǎn)換電路中的集成運(yùn)放LM324、熱釋電紅外無線感應(yīng)器電路的核心BISS0001芯片、DS18B20溫度傳感器電路和過壓保護(hù)電路6個(gè)模塊都要與直流電源共地。接口匹配問題主要存在于光強(qiáng)、紅外輻射、溫度3個(gè)傳感器的輸出口與單片機(jī)的輸入口，以及單片機(jī)的輸出口與液晶LCD1602、LED驅(qū)動(dòng)芯片SN3350的控制引腳之間。此外，由于LM324、BISS0001、DS18B20等芯片的工作電壓為5 V，小于LED照明系統(tǒng)15 V的工作電壓，測(cè)試時(shí)需另接5 V電源，而實(shí)際制作成品時(shí)則需增加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，將統(tǒng)一的15 V供電電壓轉(zhuǎn)換為5 V穩(wěn)壓輸出給相關(guān)芯片。
在編寫程序時(shí)需考慮各個(gè)傳感器傳送的信息被單片機(jī)處理的優(yōu)先級(jí)。根據(jù)實(shí)際需要，本系統(tǒng)接收信號(hào)的參考優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椋簻囟刃盘?hào)、紅外信號(hào)、光強(qiáng)信號(hào)。

6 結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)的LED照明系統(tǒng)，利用單片機(jī)C8051F020作為控制核心，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)、紅外輻射、溫度條件變化而自動(dòng)開關(guān)、調(diào)節(jié)亮度等功能，突出了LED節(jié)能照明的優(yōu)勢(shì)，因而具有較好的實(shí)用參考價(jià)值。本系統(tǒng)的最大特色是功能集成度高，集測(cè)量、控制、顯示為一體，包括光強(qiáng)、紅外輻射、溫度3種傳感器。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同需要設(shè)置相關(guān)閾值或突出某一功能。例如，應(yīng)用在樓道、洗手間照明時(shí)主要用到紅外輻射傳感功能，無人時(shí)燈不亮，有人時(shí)燈才亮，達(dá)到了節(jié)約電能的效果；應(yīng)用在辦公室、教室照明時(shí)主要用到光強(qiáng)傳感器及調(diào)光功能，使環(huán)境光強(qiáng)穩(wěn)定在某一設(shè)定值，白天燈不亮或較暗，夜晚燈亮，從而提高電能利用率；應(yīng)用在智能臺(tái)燈、工件加工臺(tái)照明時(shí)還可以監(jiān)測(cè)工作溫度(比如超過80℃時(shí)燈滅)；等等。