基于C8051F020的自动测控LED节能照明系统的设计

2011-04-06 12:42:44来源:互联网

摘要: 提出了一种可根据环境光强、红外和温度变化而实现自动开关、调节亮度的LED照明系统的设计方案。采用单片机C8051F020为系统控制核心,设计了由硅光电池和集成运放组成的光强传感器,选用热释电模块作为红外无线感应器,采用DS18B20为温度传感器,还利用液晶实现了工作信息显示。实验结果表明,系统在光强大于2 170 lx或温度高于82.5 ℃时能自动关断,当光强小于1 040 lx或温度低于49.3 ℃时能自动开启;当光强在1 000~2 000 lx变化时,LED亮度能自动调节,以维持环境照度基本稳定。

  LED号称“绿色照明的第四代光源”,目前已开始逐步应用于电信、交通、农业、医学、军事等领域。LED(Light-emitting Diode,发光二极管)是一种固态的半导体组件,能够把电能直接转化为光能。作为一种固体照明光源,LED具有长寿命、高光效、多光色等特性,可在安全低电压下工作,也可连续开关闪断,能实现0%~100%调光。

  本文阐述一种基于单片机C8051F020自动测控LED节能照明系统的设计方案。该系统能够对LED灯的发光强度进行调控,当环境光强减弱时自动提高LED的发光强度,当环境光强变强时自动减弱LED灯的发光强度,维持环境光强值的稳定并达到节能的效果。同时,系统还具有光强、温度、红外3种感应开关控制LED灯的开与关,再加上过压、过流保护措施,进一步提高节能效率并保证照明系统的正常工作。此外,系统还使用液晶实现LED照明工作信息的外部显示。该系统可应用于如楼道照明、工作照明、设备照明等很多场合。

  1 总体设计方案

  本系统采用单片机C8051F020为核心来实现LED照明灯的自动测控,系统的整体框架如图1所示。


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图1 系统的整体框架

  整个系统的设计分硬件设计和软件设计,硬件设计又可分为供电驱动模块、自动测控与显示模块3部分。

  供电驱动模块实现的过程为:12~24 V的直流供电输入,经过过压保护电路后向SN3350芯片构成的LED驱动电路提供安全电压,驱动电路驱动LED照明灯正常工作。自动测控与显示模块主要包括光强传感器、温度传感器、红外无线传感器和液晶显示器。光强传感器采用了硅光电池和集成运放组成光电转换电路,将环境中光照强度转换为电压信号,经过单片机的A/D转换,依据实测电压和光照的关系曲线,将相应电压值转化为照度并经由LCD1602液晶显示;温度传感器采用了DS18B20芯片电路,将实时的环境温度转换为电信号传递给单片机分析处理,同样经LCD1602液晶显示;红外无线传感器采用以BISS0001为核心的热释电红外无线感应器电路,感应电路接收到信号后传给单片机控制LED照明灯的开关。
  系统实现节能和自动测控的功能由单片机C8051F020实现。软件编程的思路是:由单片机内部产生PWM信号控制SN3350驱动芯片的ADJ引脚。通过改变PWM的占空比,实现对ADJ输入任意电压,进而控制LED照明灯的开关及亮度调节。

  2 硬件电路设计

  2.1 单片机C8051F020

  本系统采用单片机C8051F020,其片内含CIP-51的CPU内核,指令系统与MCS-51完全兼容。含有64 kB片内Flash程序存储器,4 352 B的RAM、8个I/O端口共64根I/O口线、1个12位A/D转换器1个8位A/D转换器以及1个双12位D/A转换器、2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉/比较模块的可编程计数/定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分。C8051F020单片机支持双时钟,其工作电压范围为2.7~3.6 V(端口I/O、RST和JTAG引脚的耐压为5 V)。
  2.2 LED驱动电路