一种多功能LED台灯设计方案

1、.一种多功能LED台灯设计方案2012年05月02日 10:45 本站整理 作者：秩名 用户评论（0）关键字：LED台灯(7)引言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

2、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，P0.0P0.7 同

3、时作为DS12C887 的数据接口与液晶1602 的数据接口。P2.0P2.3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.P2.5P2.7 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S2S6 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

4、 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

5、成稳定的恒流输出;其采用630V 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

6、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。PT4115 恒流驱动输出的电流值计算公式为：IOUT =(0.1×D)/ Rs (D 为方波信号占空比，Rs 为限流电阻。本设计 LED 光源采用20 只小功率白光LED 灯珠并联方式，且每只LED 灯珠额定电流为20mA,则PT4115 恒

7、流驱动输出最大电流IOUT 应为400mA,因此Rs 选取0.25 电阻。L1 为镇流电感，选取68 H,用于稳定通过LED 的电流。D1 是续流二极管，当芯片内部MOS 管截止状态时为储存在电感L1 中的电流提供放电回路;由于工作在高频状态，D1 选用正向压降小且恢复速度快的肖特基二极管SS24.PWM 脉冲信号则由单片机P1.1 产生，其高低电平决定LED 的通断状态。将定时器T0溢出中断定为1/2500 秒(即400 S)，每10 次脉冲作为一个周期，即频率为250HZ.这样，在每1/250 秒的方波周期中，通过改变方波的输出占空比，从而实现LED 灯的10 级亮度调节，即LED 亮度等

8、级由每个周期内的高电平脉冲数目决定。当高电平脉冲个数为1 时，占空比为1/10,亮度最低，其调光原理如图4 所示;当高电平脉冲为10 时，占空比为1,LED亮度最高。图 4 PWM 调光原理图2 系统软件设计该系统控制程序主要包含系统初始化程序、实时时钟芯片处理程序、温度传感器芯片处理程序、液晶显示程序、键盘检测与处理程序、闹钟中断以及定时器产生PWM 程序构成。2.1 系统主程序系统主程序主要包括系统初始化程序(包括I/O 口初始化、DS12C887 时钟芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中断0 与定时器T0 设置)、按键检测和处理程序、时钟数据的读取与处理程序、温度数据的读取与处理程

9、序、液晶显示程序、闹钟报警的判断和处理程序、PWM 调光处理程序等。程序中设置闹钟标志位Flag_ri,一旦闹钟时间到达，时钟芯片IRQ引脚触发外部中断0,进入中断程序则置Flag_ri=1,用于主程序中闹钟报警的判断与处理。系统主程序流程图如图10 所示。图10 主程序流程图2.2 按键检测和处理程序按键控制系统由S2S6五个按键组成，分别为S2时间设置键、S3数值增大键、S4数值减小键、S5闹钟设置键以及S6亮度调节键。S2用于选择需要调整的时钟以及闹钟参数，根据S2按下次数，依次选择秒、分、时、星期、日、月、年，液晶屏上被选参数下方以光标闪烁状态提示，再通过按下S3或S4调整被选参数值的

10、大小，S2按下累积8次时，则退出选择功能并保存当前数据至时钟芯片。S5用于闹钟时间的查看与设置;首次按下S5,1602液晶屏第二行显示已设置的闹钟时间;可通过S2、S3与S4重新设置闹钟时间;再次按下，则退出闹钟查看功能并保存当前设置的闹钟参数至时钟芯片。同时，S3与S4还可独立作为闹钟产生时的取消键与LED灯光的关闭键。S6实现LED灯光亮度的10级调节，每按一次，LED亮度增大一级;当达到亮度最大时，再次按下则关闭LED灯光。每次有按键按下，蜂鸣器都以短'滴'声提示。按键检测与处理流程图如图11所示。图11 按键检测与处理流程图2.3 闹钟中断程序系统到达设置的闹钟时间，D

11、S12C887 时钟芯片IRQ 引脚输出由高电平变为低电平，作为单片机P3.2 口INT0 中断的申请输入，并可通过读取DS12C887 芯片的C 寄存器来清除IRQ 引脚输出。因此，将外部中断INT0 设置为负跳变沿触发中断，并设置闹钟标志位Flag_ri,闹钟时刻到达时设置Flag_ri=1,用于主程序中的闹钟报警处理。闹钟中断程序如图12 所示。图12 闹钟中断流程图2.4 定时器中断程序为产生调节 LED 灯光亮度的PWM 信号，定时器T0 设置为工作方式0,即13 位计数器定时，最多装载数值为213=8192 个。因为系统晶振采用12MHz,赋值使TH0=(8192-400)/ 32

12、 与 TL0=(8192-400)%32,即可实现400 S 的定时中断。10 次中断(即4mS)作为一个周期，通过调节每个周期内单片机P1.1(该控制口名称定义为LED_PWM)输出的占空比来产生PWM 脉冲信号，以控制PT4115 恒流驱动芯片实现LED 灯的10 级亮度调节。程序设置对T0 中断次数(即定义为T0_num)进行计数，以便判断一个周期到否;同时判断比较高电平脉冲个数(即定义为scale 值，由调光键S6 按下次数设置)用于实现不同亮度等级的调节。在定时器T0 中断服务程序中，首先T0 重新装入定时为400 S 的初值;定时器中断次数T0_num 加1,判断一个方波周期到否，若到达，令T0_num 归零，并将P1.1口输出电平置高(即LED_PWM=1);如果一个方波周期还没到，则与亮度等级scale 值作比较，判断高电平脉冲个数scale 到否，若到达，令P1.1 口输出电平置低(即LED_PWM=0)，否则继续保持P1.1 口输出高电平(即LED_PWM=1);而后中断返回，等待下一次定时中断。这样，P1.1 口就产生了所需的PWM 调光信号。定时器生成PWM