一种智能电子调光灯的设计

李亚文

(商洛学院 电子信息与电气工程学院,陕西 商洛　726000)



一种智能电子调光灯的设计

李亚文

(商洛学院 电子信息与电气工程学院,陕西 商洛726000)

摘要：采用STC89C51RC为主控芯片,通过ADC0809来采集光源信号,设计了一种智能的电子调光灯,利用PWM调光技术来实现灯光的自动调节,主要包括自动、手动和呼吸模式;无线红外模块可以实现根据外界环境的自然光情况,自适应的调节电子灯的亮度。实物调试与仿真分析表明,该设计性能稳定,操作简单,既可以保护人的视力,又可以较好的节省能源,具有一定的推广价值。

关键词：STC89C51RC; Proteus; PCB封装; 调光技术

调光技术主要有三种[1-3]:一是采用直流电流LED的调光技术;二是采用脉宽调制的调光技术;三是可控硅对LED调光的调光技术。现在的调光系统是由附加诸多的电磁兼容措施的强电控制部分和弱电控制部分组成[4],强电部分大多数还运用SCR斩波调压技术;而弱电部分则不仅在国内有了发展,在国外也有了长足的发展[5]。本文设计一种以STC89C51RC单片机为控制核心,集多种功能于一体的智能电子调光灯,该调光灯光亮度调节具有自动、手动两种方式,具有呼吸模式功能和外遥控等功能。

1智能电子调光灯的方案设计

选用STC89C51RC作为单片机主控芯片,选用三种不同颜色的LED来指示不同的工作模式,工作模式和LED的亮度通过按键块调整,照明模块用白光LED,光敏模块对光敏信号的采集通过ADC0809芯片来实现,LED的光度自动调节通过利用PWM调光技术来实现。主要的模块包括:指示灯模块、按键模块、LED驱动模块、红外无线遥控模块、自锁开关和AD/DC模块以及主控芯片STC89C51的接口分配情况如图1所示。

图1　电子调光灯系统组成框图Fig.1　The block diagram electronic of dimming light system

2硬件设计

2.1主控芯片

STC89C51具有 8K可编程Flash存储器的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器[6-7],它所拥有的灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案并具有以下标准功能:8k字节Flash、512字节RAM、32位I/O口线、看门狗定时器、内置4KBEEPROM、MAX810复位电路和三个16 位 定时器/计数器等。

2.2外围模块

各部分外围模块与主控芯片的连接情况如图2所示。

图2　硬件设计电路原理图Fig.2　The designning schematics of hardware circuit

(1) 指示灯模块。接了一个5V的电源,绿灯D1、黄灯D2、红灯D3各串联了一个电阻,这个电阻为分压电阻,绿灯的驱动电流大,串联电阻R1比较小,同理因为黄灯和红灯的驱动电流比较小,所以串联的电阻R2、R3比较大。

(2) 按键模块。3、4脚内部导通,K1、K2、K3串联并接地。

(3) 模数转换模块。电阻103和光敏电阻串联分压,光敏电阻感应光的强度的变化,光越强,阻值越小,C4起到了滤波的作用。ADC0809的10脚和单片机的30脚相连,10脚是时钟信号脚,普通情况下,通过单片机的中断来输出时钟信号,本设计是通过与30脚相连来实现,因为30脚在正常工作下输出时钟信号,程序简单,节省I/O端口。

(4)LED驱动模块,其三极管为PNP型,在低电平时导通,并给整个LED驱动模块提供驱动电流。

(5) 红外接收模块,C4、C5并联起到了滤波的作用,R8是分压作用,R4是上拉电阻使输出信号稳定。

对电子调光灯的亮度控制与光敏控制主要程序如下:

while(1)

{∥读取亮度AD值

LL=ADC0809();

∥亮度控制

∥光敏控制

if(Mode==2)

{if(LL>50)

{X1=0;}

else{if(LL-1>0xf0)

LL=1;

X1=1020-LL*20;}}

3软件仿真设计

3.1设计流程

先进行系统的初始化,之后读取AD值来判断当前的工作模式,工作模式分为三种,即手动模式、自动模式、呼吸模式等,根据当前的工作模

式进行工作,然后判断按键是否按下,若按下则重新判断当前的工作模式,否则则继续当前的工作模式,如图3所示。

图3　设计流程图Fig.3　Designing flowchart

3.2Protues仿真

为了较好的实现数字电路、模拟电路以及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真[8]、在Proteus进行智能电子调光灯的模拟仿真,不仅提高效率,还降低了降低成本,其仿真的原理图如图4所示。

3.2PCB封装

根据在protues的建立的智能电子调光灯仿真原理图,原理图仿真是印制板编辑的前提和基础,对于同一个电路系统来说,原理图中的元器件电气连接与印制板中的元器件的连接关系应完全相同[9]。原理图中的元器件用电气图形符号表示,印制电路板中的元器件用封装图描述,原理图中的已经包含了元器件的电气连接关系[10],将电路进行封装后布板如图5所示,即为图4原理图相对应的封装图。

图4　电子调光灯仿真原理图Fig.4　Electronic dimming lights simulation schematic

图5　PCB封装图Fig.5　PCB package diagram

4实物调试与实现

安装设计好的仿真电路并对其进行实物组装与调试,其实物图如图6所示,为了较好的测试电子调光灯的性能,实验在不同光线环境下观察调光灯的亮度变化,如图7所示为2种不同亮度情况下调光灯的亮度变化。

将图7中亮度1和亮度2两种情况下的调光灯,在电子示波器显示出来便于直观观察,如图8所示。

5结束语

本文设计了一种智能的电子调光灯,以STC89C51RC为主控芯片,外加外围模块:指示灯模块、按键模块、LED驱动模块、红外无线遥控模块、自锁开关和AD/DC模块等,实现三种工作模式:自动、手动和呼吸模式。在Protues中进行电路仿真设计和PCB封装,并完成实物组装与调试,本设计的智能电子调光灯能随着外界环境的变化自动调节光亮强度,实现真正的保护视力和环保节能。

图6　电子调光灯实物Fig.6　The physical electronic dimming lights

图7　不同环境下调光灯的亮度变化Fig.7　Brightness variation of light in different environments

图8　不同亮度的电子示波器显示Fig.8　Displaying of different brightness electron by oscilloscope

参考文献:

[1]龙凌云.单片机中断技术研究与应用[J].信息化研究,2013,39(6):57-63.

LONGLingyun.Microcomputerinterruptresearchandapplication[J].InformatizationResearch,2013,39(6):57-63.

[2]邵婷婷,樊延虎,雷文礼.基于单片机的节能LED调光系统设计[J].河南科学,2015,33(01):55-57.

SHAOTingting,FANYanhu,LEIWenli.DesignofenergyconservationLEDdimmingsystembasedonMCU.[J]HenanScience,2015,33(01):55-57.

[3]柴远波,贾宇飞,单坡.基于单片机的LED自适应调光系统[J].电子设计工程,2015,23(12):187-189.

CHAIYuanbo,JIAYufei,DANPo.DesignofLEDautomaticdimmingsystembasedonMCU[J].ElectronicDesignEngineering,2015,23(12):187-189.

[4]谭家杰,谭家腾,杜社会.基于MSP430单片机的LED调光系统研究[J].衡阳师范学院学报,2014,35(03):24-27.

TANJiajie,TANJiateng,DUShehui.LEDDimmingSystemBasedonMSP430[J].JournalofHengyangNormalUniversity,2014,35(03):24-27.

[5]MichaelD.Ciletti.AsvancedDigitalDesignwiththeHDL.PublishinghouseofElectroniesIndustry[M].NewYork:PlenumPress,2004:25-27.[6]徐阳,徐爱钧.AT89C51SND1C单片机的MP3播放器设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2015,10:65-67.

XUYang,XUAijun.DesignofMP3playerbasedonAT89C51SND1Cmicrocomputer[J].Microcontrollers&EmbeddedSystems,2015,10:65-67.[7]何敏,周永华,唐平江,等.基于蚁群算法的PCB布线优化[J].计算机工程与应用,2012,48(09):226-229.

HEMin,ZHOUYonghua,TANGPingjinag,etal.MethodofPCBroutingbasedonantcolonyoptimization[J].ComputerEngineeringandApplications,2012,48(09):

226-229.

[8]陈知红,王景兰.Proteus仿真软件在电工学中的应用[J].实验技术与管理,2014,31(2):1-4.

CHENZhihong;WANGJinglan.ApplicationofProteussimulationsoftwareinteachingofelectricandelectronicscourse[J].ExperimentalTechnologyandManagement,2014,31(2):1-4.

[9]蒋小兵.基于免疫算法的PCB布线系统优化[D].广西大学,2013.JIANGXiaobin.OptimizationofPCBroutingsystembasedonimmunealgorithm[D].GuangxiUniversity,2013.

[10]汪波涛,张珣.基于EFM32GG230单片机的红外无线自学习系统[J].单片机与嵌入式系统应用,2014,12:60-62.WANGBotao,ZHANGXun.Infraredandwirelessself-learningsystemBasedonEFM32GG230MCU[J].Microcontrollers&EmbeddedSystems,2014,12:60-62.

李亚文女(1984-),陕西华县人,讲师,主要研究方向为模式识别与跟踪、硬件电路设计。

中图分类号：TP 242

文献标识码：A

基金项目：2015年国家级大学生创新创业计划训练项目(201511396724);2015年陕西省大学生创新创业计划训练项目(2275)

n New design of Intelligent Electronic Dimming Light

LI Yawen

(Electronicinformationandelectricalcollegeofengineering,ShangluoUniversity,Shangluo726000,Shaanxi)

Abstract：A new intelligent electronic dimming light is designed by center controller based on the STC89C51RC,collecting light signal through ADC0809,it use PWM dimming lighting technology to achieve automatic adjustment,including automatic,manual and breathing pattern;wireless infrared module can be implemented according to the natural light conditions of the external environment,to adapt the brightness of electronic lamp.The debugging and simulation analysis was showed that it was stable performance and simple operation.Therefore,the design can be better to protect human vision and save energy with some promotional value.

Key words：STC89C51RC; proteus; PCB package; dimming technology