家庭智能LED照明燈具的軟件設計

常廣志

摘 要：家庭智能LED照明燈具的軟件設計直接關系到該系統能否正常運行。利用匯編語言，合理地分配和利用AT89S52單片機的各種資源，是實現各項功能的重要保障。

關鍵詞：LED照明燈具；單片機；色溫；智能照明

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.075

家庭智能LED照明燈具具有自動探測人體，自動根據環境光和時間決定燈光亮度，自動根據季節、溫度調節色溫等功能。所以，除各種傳感器、時鐘芯片、驅動單元的支持外，設計一套合理、高效的軟件系統是本系統成功與否的關鍵。此軟件以12 MHz晶振為基準，利用AT89S52單片機的定時器產生一個基準節拍，從而產生調光所需的PWM控制脈沖。

1 LED驅動脈沖

本系統的LED驅動采用帶PWM調節功能的恒流源驅動模塊，它可以通過1 kHz左右的脈寬調制脈沖實現對電流的調節，從而實現調光的作用。單片機晶振為12 MHz，最小定時周期為1 μs，該設計以125 μs為定時周期，一個周期使端口狀態翻轉一次，作為外部并入串出芯片74LS165的時鐘信號，8個周期組成4個時鐘節拍，形成一個PWM脈沖周期，即脈沖頻率正好為1 kHz，可以滿足驅動模塊的要求。在自動模式下，該燈具亮度分為兩個等級，每個等級又可分為高、中、低三種色溫狀態，所以兩組LED發光組件一共有6種狀態。本設計對每組燈的驅動脈沖占空比從0%～100%分成了4個等級，分別為0、1/4、3/4和全周期。驅動模塊采用負邏輯，所以正常亮度時，三種色溫狀態對應的PWM脈沖波形如圖1所示。低亮度時，各輸出下調一檔即可。

2 系統軟件設計

此系統自定義了多種狀態寄存器，用于控制各項輸出。例如照明波形寄存器選用2個可位尋址的寄存器，分別儲存白光和黃光的PWM脈沖波形狀態。各寄存器低四位和高四位內容相同，便于簡化輸出程序。時間、月份、溫度信息和來人、遙控中斷等都是通過判斷，對此寄存器內容進行適當調整來改變照明狀態。照明輸出端口也是讀取此寄存器數據，并發送給外部芯片74LS165的串行輸入端，接它自己的串行輸出，形成數據循環，控制各自發光驅動模塊的PWM輸入端，從而組合出不同的亮度和色溫。

另選用一可位尋址寄存器，定義了來人標志位、晝夜標志位、環境亮暗標志位和顯示內容標志位等幾個標志位。溫度、時間、遙控器值都有各自的寄存器相對應。另外還定義了多個計數器，例如顯示周期計數器、顯示位置計數器和來人延時計數器等。

該軟件系統利用單片機定時器產生的中斷為基礎，使各輸出產生定期變化。通過自定義的各項狀態、數據寄存器決定輸出的變化。來人判斷和遙控通過外部中斷實現。時鐘信息、溫度信息由主程序定時讀取，明暗判斷通過查詢方式檢測。

2.1 主程序設計

本系統主程序簡化流程如圖2所示。系統上電復位后先設定定時中斷優先級為高，啟動定時器，通過定時中斷產生節拍，作為74LS165的時鐘信號，來形成LED驅動所需的PWM脈沖。DS1302是典型的時鐘芯片，它使用起來非常方便，讀取的時間信息和月份信息分別放在各自的寄存器中。時間信息用于判斷是否為睡眠時段，從而決定光強輸出是否減半；月份信息用于判斷季節，然后影響色溫值。讀取溫度信息后要進行閾值判斷，在不同季節，閾值有所不同，當超過一定閾值時，將改變色溫值。例如，初秋色溫偏高，給人涼爽的感覺；但是在陰雨天，天色昏暗，溫度降至18 ℃以下時，色溫會轉為偏低狀態，使人感覺溫暖。照明輸出由送往74LS165的數據決定，顯示信號輸出由顯示子程序負責完成，鍵盤輸入和來人檢測分別作為兩個外中斷來處理。

2.2 子程序設計

顯示輸出子程序通過讀取顯示周期計數器值來決定是否改變輸出內容。顯示周期計數器由定時中斷執行加1操作，顯示輸出每2 s轉換一次溫度和時間值，轉換后計數器清零。顯示內容取自溫度寄存器和時間寄存器，它們的數據都以BCD碼存放，只要對每一位進行查表譯碼，形成相應七段顯示碼，再與顯示位寄存器數據一起輸出即可，每次顯示一位，四位數碼輪流顯示。

定時中斷子程序負責產生74LS165時鐘，它每125 μs就會重復執行一次，所以中斷程序要盡量小，指令在8字節以內，就可以放在特定的中斷響應地址區。本設計定時中斷只有3條指令，占用4個字節，需要4個機器周期即可完成，且不影響其他程序的運行，無需現場保護。

來人中斷子程序是一個外部中斷，它由人體感應模塊產生的高電平觸發，為消除干擾，觸發后軟件通過查詢再確認一次，然后查詢光敏探測端電平，判斷環境光的亮暗，決定是否亮燈。

例如環境較暗，軟件查詢時間信息，看是否為睡眠時段，以決定亮燈的強弱。上述操作調節了照明狀態寄存器，隨后將數據寫入74LS165并口，即可改變燈光狀態。燈光開啟后還要啟動來人延時，延時結束恢復數據。

使用遙控器時，遙控接收端收到的是一串行數據，該數據

觸發另一個外中斷源，且此中斷源優先級高于來人中斷，中斷響應后將關閉來人中斷，然后讀取按鍵值，作出相應處理，同時調用顯示子程序查看遙控結果。遙控按退出鍵后，打開來人中斷。各中斷響應程序簡化流程如圖3所示。

3 總結

目前本系統仍在試驗階段，白光和黃光的發光狀態僅有6種組合，各色光的波形寄存器都是8位，還可繼續拓展，今后需進一步研究，增加雙色光的組態，并請體驗者實際體驗色溫和亮度的影響，使系統更加合理。另外，測光組件也有待多級化，遙控器還可以進一步開發定時照明等功能。

參考文獻

[1]陳宜建.一種智能LED驅動器設計[J].信息化研究，2015（01）.

[2]文皓.多路LED調光電路的研究與設[D].成都：電子科技大學，2012.

[3]楊程凱，唐緒偉.一種電子萬年歷的設計與實現[J].電子技術與軟件工程，2014（03）.

〔編輯：王霞〕