基于STC單片機LED智能照明系統的設計

賈冬穎 王巍

(天津工業大學，天津 300160)

1 引言

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，LED的發光器件是冷光源，具有節能、環保、壽命長、體積小等特點。白熾燈，鹵鎢燈的光效為12～24lm/W，熒光燈50～70lm/W，鈉燈90～140lm/W，而且大部分的耗電變成了熱耗。LED可達到50～200lm/W，而且單光的單色性好，光譜窄，無需過濾，可直接發出有色可見光。在相同照明效果的情況下，耗電量約為白熾燈的十分之一，熒光燈的二分之一。同樣效果的一支日光燈40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦。LED的平均壽命達10萬小時，安全可靠性強，不含汞，鈉元素等可能危害健康的物質，有利于環保，被稱為“綠色照明光源”。［1］

2 智能照明控制方案設計

總體設計:

利用光敏電阻檢測室內光線的強弱，被動熱釋紅外探測器可探測人體的特征，傳感器將檢測數據傳送給控制核心——單片機，根據處理結果去控制照明設備的開啟、關閉和照度。圖1為智能照明控制方案原理框圖。

該系統主要由三部分組成:傳感器部分，控制器部分和LED驅動電路和照明系統，見圖1。

3 系統硬件設計

3.1 傳感器部分

3.1.1 被動式熱釋電紅外探測器［2］

圖1 照明控制方案原理框圖

該探測器有三個關鍵元件:菲涅爾濾光晶片，它通過截止波長8～12μm的濾光晶片，起帶通濾波器的作用，使環境的干擾受到明顯的控制;菲涅爾透鏡，聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射 (反射)在熱釋電紅外傳感器上，第二個作用是將警戒區內分為若干個明區和暗區，使進入警戒區的移動物體能以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產生變化熱釋紅外信號，這樣熱釋電紅外傳感器就能產生變化的電信號;熱釋電紅外傳感器將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉換成電信號，即熱電轉換。

人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發出特定波長10μm左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10μm左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾波片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通過采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射穩定發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經檢測處理后就能產生電平的變化。

根據此原理應用性能穩定的紅外模塊，當有人走動時模塊輸出3.3V電壓，沒人時為低電平。模塊有可調的延時，最多可達到18秒。［3］

3.1.2 環境亮度傳感模塊［4］

此傳感模塊的核心器件是光敏電阻。光敏電阻利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器;入射光強，電阻小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換 (將光的變化轉換為電的變化)，見圖2。

3.2 控制部分［5］

STC12C5628AD系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期 (IT)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051，但速度快 8～12倍，內部集成MAx810專用復位電路。4路PWM，8路高速10位A/D轉換，針對電機控制，強干擾場合。

圖2 光敏電阻值與光強的關系

圖3 環境亮度模塊的電路圖

選擇這個型號的單片機主要考慮到具有PWM和AD轉換的作用，使得外圍電路得到了大大的簡化，同時產生的PWM信號可直接與驅動芯片相連，使得這個系統的成本降低了很多。

由于采用的是PWM調光的方式，為了減少不必要的外圍的電路，選擇的驅動芯片可直接由DIM管腳輸入PWM方波。

LM3407是一款集成了N溝道功率MOS場效應管的脈沖寬度調制的浮動式降壓轉換器，其設計是為提供精準的恒定電流輸出，以驅動高功率發光二極管 (LED)。LM3407的顯著特色是脈沖電平調制(PLM)控制方案，這一方案在使用一個外部1%精度的電流設定厚膜電阻時，能確保在整個輸入電壓和工作溫度范圍內恒定電流輸出精度好于10%。轉換器的另一個特點是具有一個可接收標準邏輯脈沖，控制LED陣列亮度的DIM引腳，使得LM3407成為精密功率LED驅動器或者恒流源的理想器件。

4 軟件設計

本程序采用模塊化設計思想，以主程序為核心設置了2個功能模塊子程序，使一些功能在子程序中實現，簡化了設計結構。運行過程中通過主程序調用個功能模塊子程序。［6］

圖4 控制模塊的原理圖3.3 led驅動模塊

圖5 驅動模塊的原理圖

該系統有2個功能模塊:1是AD轉換模塊;2是PWM產生模塊。在主函數中直接調用就可以了，大大簡化了設計結構。其系統的流程圖見圖6。

5 結論

經過實驗驗證，此系統達到了很好的節能和改善照明環境的效果。既消除了居民樓道聲控燈的擾民問題，又解決了能及時關燈大大節省能源的問題，選取的LED燈更是被稱為“21世紀的綠色光源”。

圖6 系統的總體流程圖

該系統結構簡單，實用性強。可適用于公寓，辦公樓的樓道燈，衛生間的照明燈等，可以達到很好的照明，節能，環保的效果。

［1］LED光源與白熾燈的對比 http://www.cnledw.com/knowledge/detail-6517.htm(中國LED網)

［2］趙玲，朱安慶.智能 LED節能照明系統的設計 ［J］.半導體技術，2008 33(2):137～140

［3］超小型智能熱釋電紅外檢測器組件 http://www.xiegang.com/HWZ.htm

［4］陳虹頤.室內燈光智能控制的一種可行性方案 ［J］.綿陽師范學院學報，2007 26(2):49～52

［5］姚永平，STC125628AD單片機系列1T 8051單片機中文指南http://www.mcu-memory.com

［6］ONAYGIL S，GULER O.Determination of the energy saving system with an example from istanbul［J］.Peragmon Building and Environment，2003，38:9732977