【灯光综合控制系统设计（论文11000字）】

灯光综合控制系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u203571绪论 绪论在全球经济快速发展，能源需求不断增加，电力供应日益紧张的环境下，节能减排已成为各国积极推动的政策措施。目前，中国照明用电量占总用电量的比例不断增加。城市广场，舞台表演艺术，家居装饰等都需要点缀灯饰。因此，采用合理有效的照明方案是缓解电力负荷应力的主要途径之一[1]。此外，作为日常消耗品，照明灯具也正在发生翻天覆地的变化，都朝着节能和环保的方向发展。从19世纪的白炽灯到目前使用的各种类型的荧光灯的照明装置，灯的效率和经济性非常低。其中，白炽灯效率最低，其消耗的电能以大量热能释放，只有10％转换为光能，而使用低压汞蒸汽电弧放电的荧光灯增加电力利用率，但为时尚早。老龄化问题的出现。与传统光源相比，LED（Light-EmittingDiode）照明光源具有体积小，效率高，寿命长，环保等优点。它被认为是新一代绿色照明光源[2-4]。虽然经济发展带来了公众生活水平的提高，但也带来了心理压力，然后灯光开始在日常活动中占据越来越重要的地位。对浅色的需求反映了现代生活中不断增长的精神需求。人们对照明的感知不再是纯粹的照明工具，而是一种增强氛围和增添色彩的艺术表达。起初，LED灯只有红色，绿色和蓝色原色的照明模式，但随着技术工艺的改进，LED的颜色开始明亮，公众的色彩情感也得到了丰富[3-5]。1.2.1国内外对灯光优化技术的研究照明优化问题的基本原理是提高电光转换率，有效利用电能而不降低照明质量，同时，根据视觉操作要求，可以有目的地在不同的条件下进行照明。环境环境。LED作为照明灯具，呈现出五彩缤纷的灯光魅力，大众不仅仅局限于灯光舞台，而且更注重合适的灯光强度和精心打造的环境空间带来的美感，所以灯光在另一种方式反映精神和文化需求。当今技术的发展导致了照明技术的不断完善。随着流行文化的推动，LED产品的推广如雨后春笋般涌现。柔性LED灯条在许多LED灯中使用最方便。它是一种柔性印刷板。电路）组装电路板并将其与实际所需量的贴片LED组装在一起，因为产品的形状与皮带的形状相似。柔性电路板根据LED的工作特性配备限流电阻，由12V恒压直流开关电源驱动。室内设计和大气装饰可根据实际需要进行切割和扩展。在现代生活的照明工程中，其RGB全彩特性可以实现照明与艺术的完美结合，因此适用于各个舞台和室内装饰行业。截至崭露头角。近年来，许多国家都大力支持LED产业的发展。在美国，日本和欧盟等发达国家和地区也建立了照明技术专项基金。开发计划如表1.1所示。在国家和地方政府政策的支持下，中国的LED技术被广泛应用于各个领域。表1.1世界主要国家和地区制定的LED发展计划国家和地区发展计划名称美国二十一世纪照明研究发展计划日本国家半导体照明研究计划欧盟LED彩虹计划中国国家半导体照明工程通过逐步的多功能应用，设计师和制造商积累了宝贵的经验，使半导体照明应用迅速走在世界的前列。未来，LED技术将继续发展。工业制造商不仅将对LED驱动器结构进行更深入的研究，还将扩大对超亮和全彩技术的投入，以进一步提高产能。中国也将成为世界的LED。主要产区，随着LED结构的优化和完善，LED必将成为未来的主流光源。1.2.2国内外对灯光控制策略的研究网络照明灯具的前提是解决控制兼容性问题。在20世纪90年代，美国影院技术协会（USITT）提出了512通道调光的FPGA协议标准，只要在控制系统控制太多照明电路的情况下使用一对传输线。尽管USITT不是设定行业标准的官方机构，但它得到了全世界照明制造商和用户的广泛认可，因为其提出的协议标准解决了控制兼容性等问题并且非常实用。如今，市场生产的调光器几乎完全兼容FPGA协议标准。从最早研究国外FPGA照明技术和进口FPGA可控照明设备开始，中国开发并制造了各种电脑灯，如摇头灯，激光灯和FPGA灯具，具有不同的功能规格。照明控制技术不断完善。完美，FPGA信号在公共场所的照明控制系统中也起到了决定性的作用。随着智能控制的发展，出现了许多专注于智能照​​明解决方案的组织，这导致了ACN，Art-Net和DALI等网络协议的发展。DALI协议是数字可寻址的照明接口，其与其他照明协议的不同之处在于系统中的每个照明设备具有单独的地址，并且设备的地址由主机主动分配。当系统运行时，可以通过寻址单独控制所需设备，也可以获得反馈信息数据。此外，DALI协议由于其出色的开放性和结合智能硬件模块技术的能力，逐渐应用于智能家居系统。根据控制技术的不断发展，未来的照明控制将充分利用电力电子技术，通信技术和计算机网络技术发展到以下几个方面：（1）数字化：数字控制取代传统的模拟控制，物理量和开关量用二进制数表示，可实现数据的存储，转换和处理。同时，数字化具有可靠性高，抗干扰能力强的优点，可为照明控制系统提供良好的通信环境。（2）组网：在网络信息时代，主控系统具有各种信息资源，每个子系统通过网络调用相关信息。网络节点可以实现点对点控制和多点控制，并使用网络来修改和升级数据。（3）智能：随着网络协议的不断发展，它提供了照明软启动，场景记忆，蓝牙和FPGA控制，以及无需人工监视即可调整灯光模式的功能。科学技术的发展增加了公众对生活质量的需求，对照明效果的需求也在增加。为了满足日常生活的基本照明要求，市民还需要增加一个美丽的舞台灯光艺术，还需要合理的灯光控制，以降低功耗，更方便的操作，以降低管理成本。在国家推广节能减排的情况下，各种低压LED灯也投入市场。大多数剧院房间都采用LED灯作为大气渲染灯。为适应室内大气结构，现代照明技术不断发展，同时照明控制系统不断更新，市场设计使不同灯具的控制方式和照明效果多样化。目前，照明灯具种类繁多，强弱电灯的控制方法也不同。传统的照明系统控制方法比较简单，控制效率和可靠性急剧下降。不可能形成一个完整的系统来控制各种复杂的LED。灯光。为了在各种场合实现各种灯的集中管理，优化和实现照明分配尤为重要。综上所述，如何解决现有灯具的控制问题，提高控制系统的功能，能够统一合理地管理各种普通照明和LED灯具，以满足公众对照明的各种需求，一直是重要的照明市场研究方向。通过本课题的研究和设计，可以集中管理普通照明的所有供电终端，通过舞台灯控制信号管理普通灯的供电状态，解决了繁琐的施工和后期维护造成的问题。通过每个区域的单灯开关控制。耗时的问题。当需要LED灯条进行照明气氛调节时，一般照明灯具的开关电极不方便，导致灯具长期耗电，系统可实现断电和节能在实时调暗舞台灯信号的同时灯的亮度。此外，虽然有多种类型的低压灯，但在提供12V恒压直流电源后，只能根据固定的照明模式进行照明，这受到照明效果的限制，系统克服了现有灯条控制效果不足的问题。能够直观地调整LED灯条以创造色彩氛围。

2灯光综合控制系统的总体设计方案本文设计的集成照明控制系统采用单片机技术，通信技术，电子技术和自动控制技术，根据环境需求和公共需求，实现对舞台或公共区域照明的实时统一管理和控制。该系统实现了节能高效的目标，同时满足了市场对照明舒适性和实用性的要求。2.1系统的总体结构本文设计的集成照明控制系统是基于FPGA协议实现的。它具有在同一信号下实现现有灯具的相应开关控制和调光控制的双重功能，实现了灯开关和LED亮度调节的组合。系统的整体架构如图2.1所示。图2.1灯光控制系统总体方案架构图根据总体方案架构图，照明集成控制系统由三部分组成：PC主机，照明电源开关控制单元和LED调光控制单元。PC主机：通过信号总线在两大照明控制板之间建立通信，通过人机交互界面操作FPGA通道实现照明编程。开关控制单元：实现总线信号分析，控制继电器的开关状态，并对照明灯具的主端进行开关控制。调光控制单元：实现总线信号分析，通过脉冲宽度调制（PWM）对RGB三路LED灯进行电压传导控制，从而达到混合彩色光的目的。控制系统中的信号以总线的形式传输。整个实现过程如下：FPGA信号通过主机通过连接电缆（PC操作软件）发送到两个功能板，然后信息获取和转换后的信号传输到MCU。每个单元中的MCU接收信号并执行实时数据处理。因此，管理员可以根据室内场地环境的实际需要，通过主机接口进行相关操作，最后将命令发送给执行单元进行相应的处理，实现对相应灯的开关和亮度调节的控制。时间。减少由于开关的分散分布引起的不便以及由特定环境中的LED颜色和亮度匹配引起的不适。2.2LED灯带结构及工作原理LED灯条由5050或3528封装的RGB灯珠串联而成，在柔性电路板上具有不同的电阻限制电阻。灯条通常是1米30的LED灯珠或60个LED灯珠。实现照明和氛围渲染。图2.2显示了贴片灯的物理图片。图2.2贴片灯珠实物图当生产LED灯条时，根据LED的电气和热特性采用不同的串联和并联电路组合。串联连接可以解决LED灯珠通过限流电阻从稳定的恒压直流电源获得额定电流的问题，可以避免并联。串联电路中的某个灯损坏并影响整个电路，并且还避免了串联支路引起的过大的电压降。FPC材料柔软，因此用户可根据实际用途将其切割至焊点所需的长度。随着LED技术的不断改进，通过在半导体中加入不同的元素材料，LED已经从仅发射弱红光的初始阶段演变为彩色单色或彩色效果的主流阶段。LED是一种具有单向导电性的非线性器件，只有在施加适当的正向偏置电压时，LED才会导通。图2.3显示了LED的伏安特性曲线。图2.3LED伏安特性曲线RGB灯珠中红，绿，蓝的开启电压降不同，红灯一般为2V，绿灯和蓝光一般为3V，柔性灯条电路中限流电阻的目的是提供合适的LED有效工作电流。图2.4显示了RGB灯珠系列电路图。图2.4RGB灯珠串联电路图在图2.4中，盒子的内部是修补的彩色灯珠芯片的内部结构。根据红色，绿色和蓝色三路的不同电压降，柔性电路板是红色LED电路中串联的330欧姆电阻器，蓝色和绿色电路中串联一个130欧姆电阻器，这样它在20mA的标准电流下工作，因此规格是30个灯的RGB条带由10个并联的系列组成，功率为7.2W。因此，市场上广泛使用的LED灯条使用具有更好电压调节性能的开关电源，以提供12V的稳定电压。灯条处于稳定电压，LED灯珠通过限流电阻达到额定电流，以实现工作。2.3脉冲宽度调制(PWM)调光技术脉冲宽度调制（PWM）是使用MCU重复连续输出数字信号来控制模拟电路。通常，当电源的输出电压保持恒定时，晶体管或MOS晶体管通过晶体管基极的偏压或MOS晶体管的栅极导通，以控制电源电压的输出。PWM调光时，信号源至关重要。许多微控制器芯片和数字信号处理器现在都配备了PWM控制器，使得该技术广泛应用于各个领域。当通过PWM接通和断开开关装置时，在输出端获得相同幅度的脉冲序列，其中脉冲的占空比与信号的瞬时采样值成比例。当开关频率大于100Hz时，由于视觉持续存在，人眼看不到LED的频繁关闭，并且开启和关闭时间的概念平均看到亮度由占空比决定。本文实现的PWM调光是通过开关电源为LED灯供电。PWM信号通过逆变器连接到与RGB灯的负极串联连接的MOS晶体管的漏极，并且通过上位机软件中的FPGA通道的灰度值调节开关电源。输出电压的导通比达到LED灯条的照度变化，即当通道值降低时，LED灯条变暗;否则，LED灯带变亮。PWM调光的使用使LED灯始终在全宽和关闭状态下工作，效率极高，调光范围高达255级，颜色看起来不会失真。图2.5显示了PWM调光和模拟调光波形的比较。图2.5PWM调光与模拟调光波形对比从图2.5可以看出，通过改变占空比D可以改变LED的平均电流。当通过模拟信号调光时，可以直接控制调光数据值，并且不限制时间和幅度。当PWM信号变暗时，调光值只能在预定的数值范围内进行，尽管模拟信号似乎实用且简单，但它有许多缺点，例如严重的发热和失真干扰。本文采用PWM技术实现调光，不仅降低了系统功耗，而且大大提高了系统的稳定性。2.4上位机控制软件概述在控制系统中，上位机执行信息的编辑、修改等操作指令，经系统总线与下位机相连，实现与下位机之间的通信。上位机主要由人机交互界面、数据处理单元和与下位机通信的收发单元组成。一般情况下，系统的控制端都通过安装上位机PC软件让用户经由软件的可视化人机界面，能够在Windows的操作系统下简洁直观的对系统中各通道值进行编辑。在本系统中，PC机安装了Nicolaudie公司设计的DMX灯光控制软件EasyStandAlone，用户可通过友好的人机交互界面中的512个通道中每通道的0～255级灰度值来编写FPGA信号程序，实时控制灯光系统，操作界面如图2.6所示。在软件中，新建一个dlm格式文件可添加255个场景，每个场景可包含1000个步骤，每个步骤都提供渐进时间和等待时间。另外，软件的最大特点是可将DMX信号存储在配备的USB-DMX调试盒中，在脱机状态下也能将信号通过USB-DMX转换器发送调光数据和控制命令到系统的供电管理模块和LED灯具调光模块来实现对整个灯光系统的控制。图2.6上位机软件界面

3灯光综合控制系统的硬件设计3.1调光控制器的硬件设计调光控制器主要通过总线接收主机软件设置的FPGA调光信号，并根据设定的单元地址获取与自身地址匹配的数据帧，以便主机的PC软件对LED进行PWM调光。灯和调光控制器硬件结构框如图3.1所示。图3.1调光控制器的硬件结构框图根据结构图，为实现调光控制功能，硬件设计需要包括以下部分：控制电路，电源电路，通信电路和PWM输出电路。主控制模块使用拨号地址和数据处理作为调光控制器的核心部分。MCU由ATmega48PA芯片操作;电源电路由LM2575集成稳压器为单片机提供5V电源;通信电路由SN75176B芯片实现。功能;输出电路为RGB共阳极LED灯提供3个PWM输出。图3.2控制电路原理图如图3.2所示，ATmega48PA上的两个VCC引脚都连接到5V电源。此外，AVCC是A/D转换器的电源引脚。当MCU使用ADC功能时，需要使用低通滤波器将AVCC引脚连接到VCC。如果未使用ADC，则直接连接到VCC。连接5V电源时，应在VCC和GND之间增加一个0.1μF去耦电容，以消除耦合到电源端子的元件噪声，以获得稳定的电源。3.2电源电路设计在本文设计的调光系统中，有两种类型的电压，5V和12V，包括系统中MCU芯片正常工作所需的5V电压和LED控制负载所需的12V电源电压，因此选择高效的AC/DC开关电源。为调光控制器整体提供12V稳压直流电源。鉴于市场上开关电源的低价格和成熟技术，该设计不能独立开发开关电源，并使用所购买的产品为系统提供稳定的12VDC电压。所需开关电源的具体功率选择将在系统测试章节中介绍。本节设计的电源电路由LM2575-5输出稳定的5V电压供电，用于调光系统的主控芯片。LM2575-5集成稳压器是一款开关稳压器，内置保护电路，包括放大器，比较器，振荡器和限流电路，参考电路和热关断电路。最大输入电压为45V，最大输出电流为1A，54KHz的振荡频率仅为调节误差的4％，转换效率高。在本文中，LM2575-5选择TO-220的弯脚封装。五个引脚是：未调节电压输入端子（VIN），开关电压输出端子（OUTPUT），接地端子（GND）和反馈输入端子（FEEDBACK），控制输入（ON/OFF）。电源电路原理图如3.3所示。图3.3电源电路原理图12V电压通过二极管1N4007（M7）整流和50V/470μF极性电容与0.1μF电容滤波并联连接到输入端。输出根据最大输入电压和输出电压电平选择330μH电感，以降低输出电压的纹波输出。25V/100μF极性电容和0.1μF电容用于抑制干扰。由于LM2575输出高频脉冲电压，因此选择具有良好高频性能的肖特基二极管1N5819（SS14），以便在输出关闭时通过使用二极管释放能量来降低电磁干扰。通过反馈输入将输出电压与内部参考电压进行比较。如果它低于参考电压，则通过集成电路芯片内的放大器控制振荡器增加输出占空比，以实现输出电压的精确控制。控制输入​​和GND引脚同时接地，使稳压电路正常工作。3.3PWM输出电路设计本文设计的输出电路负载为共阳极LED全彩色条带，即常见的正极连接为+12V，红色，绿色和蓝色线连接到PWM三路输出。AVRMCU输出PWM信号，最后通过以不同的占空比控制灯的电压来执行调光。在负载布线条件下，当主机发送PWM调光数据时，高电平占空比越高，负载导通比越低，照明亮度越低，照明亮度越低，因此输出电路设计三极管逆变器用于输出负矩形脉冲，上位机的调光数据越大，单片机的输出占空比越大，占空比越低。反向，LED导通率越高，光强度越高。为了实现主机输出信号的分散和输出负载灯的调光，本章设计了三极管反向，MOS管开关和自恢复保险丝保护，考虑到MOS的散热问题。管。输出电路原理图如图3.4所示。图3.4输出电路原理图逆变器的实现使用三极管的开关特性。此外，NPN晶体管的基本结构是两个反向连接的PN结。它是一种电流控制的电流半导体器件，其中发射极（发射极，E）作为固定参考接地。点，控制集电极（C）通过基极（Base，B）电流的电流。三极管工作条件有三种类型：（1）关断状态：当基极偏置电压不足时，没有电流流过集电极和发射极。（2）放大状态：在基极的合适偏压下，集电极电流根据基极电流和放大系数的变化以倍数变化。（3）饱和导通状态：当基极偏压超过放大要求时，CEI不再随BI的变化而变化，集电极和发射极直接导通。如果三极管仅在截止和饱和导通之间切换，则三极管用作开关。采用S8050三极管构建的逆变器如图3.5所示。当IN端子的输入为5V高电平时，NPN晶体管的基极和发射极导通，OUT端子的输出为低电平;当IN端子的输入为低电平时，晶体管处于关断状态，OUT端子输出高电平。图3.5三极管反向器电路图I/O端口输出5V，三极管导通压降为0.7V，基极电阻为1000欧姆。同时，该电阻器还可以用作限流功能，以防止器件在晶体管导通时由于过电流而烧毁。集电极电阻的目的是当基极电流改变时，集电极输出端（OUT）的电压也随着晶体管输入端（IN）的电压而变化，输入端为正矩形。脉冲，输出为负矩形脉冲，实现PWM波形的反向动作。MOSFET是金属氧化物场效应晶体管，电流模式控制器件和三极管之间的主要区别在于MOS晶体管是电压控制的电流器件，源极和漏极之间的导通电阻由栅极电压。与三极管的工作状态一样，FET也有三种工作状态：截止，放大和饱和。MOS晶体管开关电路关断，晶体管关断，集电极不吸电流;当晶体管饱和时，它导通，发射极和集电极之间的电压差接近0V。本文选择的IRF3205是一个N沟道FET，其栅极导通电压为4V，连续漏极电流为110A。由于导通状态损耗，开关损耗，关断状态漏电流损耗和驱动损耗，功率器件将释放热量。为了使MOS管正常稳定地工作，需要在其后面增加散热器，因此应考虑散热器的耐热性。选择方法。计算散热器的热阻Rr公式：其中，TCM是功率器件可承受的最高温度;Ta是环境介质温度，应选择相对较差的散热环境;Pd是功率器件的功率损耗值。MOS晶体管漏极与30V/8A自恢复保险丝串联连接，以便在负载电流过大时保护硬件电路。当电路正常工作时，保险丝的电阻非常小。当电流上升时，内部电阻迅速上升，电流下降到正常范围值以下，然后自动返回到低电阻值。3.4主控电路设计电源开关控制器需要同时接入三个电源：220V主电源，12V和5V直流电源，其中220VAC用于普通照明电源，12V电源用于继电器控制线圈，5V控制器电源ATmega48PA芯片正常运行的电源。本文的低压启动电源由购买的12V开关电源统一提供，因此在为单片芯片供电时，需要经过电源降压电路。将12V电压转变为5V电压。本章设计的电源电路使用LDO稳压器AMS1117-5作为电源转换芯片。内部集成的过热保护和限流电路确保了电源系统的稳定性。工作结温范围为-20°C~+120°C，输出电压精度高达1％。此外，价格低于DC-DC电源管理IC，外围设计简单，电路占用面积小。图3.6电源电路原理图外部12V电压输入到AMS1117-5稳压器，该稳压器由芯片内部降压调节，输出5V。为了提高电压质量，必须在调节器的输入和输出端对滤波器进行滤波。调节器输出端的220μF/16V电解电容的主要功能是滤除低频纹波分量。并联0.1μF电容主要用于滤除高频纹波分量。输入端的低频滤波器的电容通常比输出滤波电容器大50％。由于输入端子12V的电压在切断电源后消失，AMS1117输入端的电压在输出端子之前降低，电压反转。调节器芯片烧坏，因此本文使用容量为470μF的电解电容来解决这个问题。

4灯光综合控制系统的软件设计4.1主程序结构设计该系统设计用于PWM调光和继电器切换。主程序是独立提出的，它可以随时调用所需的子程序，不会被任何子程序调用。可以看出，主程序是整个程序的核心部分。系统初始化是将变量分配给默认值，将控件设置为默认值，并在启动系统之前准备系统，以便系统开始以良好的启动状态工作。软件初始化主要是程序软件变量的初始化，而硬件初始化涉及MCU寄存器的设置，为良好的硬件资源分配提供了依据。AVR微控制器与51，PIC和其他微控制器的I/O端口完全不同。所有端口引脚都具有与电压无关的上拉电阻，每个引脚包含一个数据方向寄存器（DDRx）和一个数据寄存器（PORTx）。）和只读功能输入引脚寄存器（PINx）。DDxn的作用是选择引脚的方向。当“0”时，端口配置为输入;当“1”时，端口配置为输出。当DDxn为“0”（输入）时，PORTxn的动作为“1”以使能上拉电阻;当DDxn为“1”（输出）时，当PORTxn为“1”时输出为高电平。当它为“0”时，它输出低电平。当表示上拉禁止的MCUCR上的PUD置1时，即使寄存器DDxn和PORTxn配置为上拉电阻，也会禁止所有引脚的上拉电阻。使用AVRMCU时，B，C和D端口的输入和输出特性最初根据实际需要进行配置。根据前一章中调光控制器和开关控制器的硬件电路设计，I/O端口在各自的程序中初始化：调光控制器中I/O具体配置为：DDRB=0x1f;PORTB=0xef;//PB7～5为输入，PB4输出低电平，PB3～PB0输出高电平DDRC=0x00;PORTC=0xff;//C端口输入状态，使能上拉电阻DDRD=0xe2;PORTD=0x1f;/*PD7～5输出低电平，PD4～2输入上拉使能，PD1输出高电平，PD0输入上拉使能*/开关控制器中I/O具体配置为：DDRB=0x00;PORTB=0xff;//B端口输入状态，使能上拉电阻DDRC=0xfe;PORTC=0×01;//PC6~PC1输出低电平，PC0输入上拉使能DDRD=0x1e;PORTD=0xe1;/*PD7~5输入上拉使能，PD4~1输出低电平，PD0为RXD引脚输入上拉使能，可保持无数据干扰无干扰*/作为MCU的一个组件，看门狗定时器电路有一个馈电输入端口，其输出端子连接到MCU的RST端口。目的是在MCU的正常操作期间以指定的时间间隔提供狗终端。清除计数器的信号。当程序运行时，如果狗没有按照指定的时间进给，即计数器没有被清除，看门狗定时器将超时并溢出，从而给MCU一个复位信号，将MCU复位到系统通电状态，以防止崩溃。因此，消除运行程序的不工作循环是看门狗的作用，这增强了程序的可靠性和抗干扰性。看门狗的初始化主要基于看门狗的启动，其中WDTCR寄存器的WDE位为1，看门狗溢出复位周期由WDP2/WDP1/WDP0设置。WDTCR=0x1F的;WDTCR=x00f;//确定看门狗定时器的时序和工作模式在主程序的while循环中，根据指定的2秒WDR指令馈送狗。如果内部循环语句在超过2秒的情况下仍未执行进给指令，则表示程序已经失控或崩溃。根据开关控制器和调光控制器，接收FPGA信号。在主程序设计中，需要打开全局中断，主循环模式用于检测是否存在中断请求。所以主程序流程如图4.1所示。图4.1系统中主程序流程图4.2调光控制器PWM功能的实现在调光控制器中，需要输出三个PWM波形以调暗RBG条带。ATmega48PA主芯片可以轻松生成PWM信号。具有PWM的8位定时/计数器0和具有PWM的16位定时/计数器1和具有PWM和异步操作的定时/计数器2可以输出总共6个PWM通道的通道，并且内部快速PWM模式和相位。纠正PWM模式以调整输出频率和占空比。快速PWM模式具有与其他PWM模式不同的单侧斜坡操作，因此快速PWM模式的速度是相位校正PWM模式的两倍，因为快速PWM模式是单侧斜坡，相位为纠正到双坡道。该单侧斜率的高频操作特性也更适合于功率调节。在快速PWM模式下，每个周期的计数器值累加到一个固定值，然后在即时时钟周期内清零。当计数器值达到TOP时，T/C溢出标志TOV1置位。图4.2显示了设置TOP值后的快速PWM模式的时序图。图4.2快速PWM模式时序图本文使用硬件实现PWM功能，它使用内部16位T/C1产生两个PWM信号，OC1A在PB1引脚上，OC1B在PB2引脚上;8位T/C2用于产生一个PWM信号，OC2A用于PB3引脚。在本文中，ATmega48PAMCU的外部晶体振荡器为16MHz，除以64.一般来说，当频率高于100Hz时，LED在PWM信号的作用下不会闪烁。PWM功能的实现首先由16位定时/计数器1设计。在T/C1控制寄存器A（TCCR1A）中，Bit7~6和Bit5~4可分别设置通道A/B的比较输出模式。如果Bit7~6/Bit5~4中的一个写为“1”，则OC1A/OC1B输出功能将取代I/O端口功能。在T/C1控制寄存器B（TCCR1B）中，Bit2~0可以执行时钟选择。WGM13~0可以设置波形发生模式。特定模式可以通过TCCR1A中的Bit1~0和TCCR1B中的Bit4~3来选择。定时器/计数器单元的16位计数器可由TCNT1H和TCNT1L组成的T/C1数据寄存器直接读写。输出比较寄存器1A和1B将寄存器中的16位数据与TCNT1寄存器中的计数值进行比较。数据匹配后，将生成输出比较中断或更改0C1x的输出逻辑电平。PWM初始化过程如下：TCCR1A=0xa1;/*设置快速PWM模式，比较匹配时清零OC1A/OC1B，OC1A/OC1B在TOP时置位*/TCCR1B=0x0b;//模式5，8位快速PWM，时钟选择64分频TCNT1H=0;TCNT1L=0xff;OCR1A=0;OCR1B=0;当通过8位定时/计数器2来设计PWM功能时，初始化程序如下：TCCR2A=0x83;TCCR2B=0x04;TCNT2=0xff;OCR2A=0;在调光控制器的软件设计中，通过使用FPGA信号中的通道的8位数据作为TOP值来实现单片机的RGB三路PWM的波形输出。在MAX的值为255的条件下，计数器从BOTTOM开始计数。FPGA信号中通道的数据值被赋予TOP。将PWM计数器与TOP值进行比较，以输出相应的高电平和低电平，从而获得所需的PWM。波形。PWM信号产生流程图如图4.3所示。图4.3PWM信号产生流程图在FPGA通道调光过程中，如果通道中的灰度值为n，则计数器为0~n低，n~255为高电平，然后采用调光控制器硬件设计。接通三极管反相器和MOS晶体管以实现调光控制器的PWM波形输出，从而控制电压传导速率。4.3开关控制器继电器功能的实现在开关控制器的主控制电路中，通过判断数据中的信道切换量是否达到预设切换量来实现中继功能，包括判断和执行数据。当MCU接收到正常的FPGA数据时，根据通道号中的值是否大于128来判断。也就是说，如果通道中的值大于128，则MCU通过I执行输出电平状态。/O端口，使输出电路接通继电器控制端子线圈，最后控制照明灯具的带电端的关闭。继电器开/关实现的程序流程如图4.4所示。、图4.4继电器通断实现的程序流程图

5结论在现代社会中使用照明，提高照明装置的功率利用率和调整LED灯的颜色转换对于当前的照明应用具有重要意义。