多功能台灯 - 图文

1、设计的总体要求及方案选择

本次设计制作一基于PWM的智能多功能台灯的控制系统，能够通过STC89C52单片机编程实现台灯亮度的调节，并通过显示装置显示出时间，日期，星期，台灯亮度，并且能够进行闹钟定时，能够进行环境温度的检测。功能要求：台灯能够自动调整光强亮度，检测环境温度，显示日历，红外控制等。硬件要求：整个系统的硬件部分包括单片机，键盘、显示和信号输出等。

1.1 调光技术的选择

目前常见的调光技术主要有：1采用直流电源LED 的调光技术。2采用脉宽调制（PWM）来调光。3用可控硅对LED 调光[2]。

方案一：采用直流电源LED 的调光技术

LED 的亮度是取决于通过它的电流，在一定范围内电流越大其亮度越亮，反之则越小。调节LED 的亮度只需要调节电流大小，而LED工作电流很小通常需要串接限流电阻，所以当我们改变其限流检测电阻就能实现改变其电流大小从而改变LED的亮度。但是通常限流检测电阻阻值非常小，用一个很小阻值的电位器来调节电流，操作起来很难实现电流调节。而调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题。长时间工作于低亮度有可能会使降压型恒流源效率降低温升增高而无法工作。调节正向电流无法得到精确调光。

方案二：采用脉宽调制（PWM）来调光

脉宽调制（PWM）调光法利用改变电源脉冲宽度的方法，改变其亮度[1]。假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比D（或称为孔度比）就是ton/tpwm.改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED 的亮度。其优点：1、不会产生任何色谱偏移。2、PWM调光具有极高的调光精确度。3、可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM 信号。4、PWM调光能够通过软件的方式比较容易实现，使用范围广阔。

方案三：可控硅调光

通过纯阻器件的电流和电压波形是完全一致的，所以不管电压波形如何偏离正弦波，所以改变输入纯阻器件电压的有效值，就可以调光。但是可控硅却不能对以LED为照明器件的照明系统进行调光。因为LED并不是一个纯阻性的器件。

综上所述，LED调光最好采用的技术是PWM调光。采用PWM 调光时，

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可以运用微控系统，例如单片机，通过程序可以预先设置好灯光的亮度等级，然后通过调节等级就能实现对灯光的亮度的调节。PWM 调光是可以直接应用于调光型台灯的[5]。因此最终选择PWM调光。

2 硬件系统电路设计

2.1 整体电路系统模块

该多功能 LED 台灯系统采30只5mm 高亮白光LED 灯珠为光源，以STC89C52 单片机为主控芯片[15]，由LED 恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统、按键系统、电源系统组成。系统结构框图如图2.1 所示。

该台灯系统可具体实现LED 台灯的10 级PWM 调光控制；液晶屏实时显示时钟、日历与环境温度信息；闹钟功能采用声音报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED 台灯能够出蜂鸣声报警，以唤醒用户；用户则可以通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、LED 亮度的调节以及闹钟报警的解除。

HX1838红外接收 DS1302时钟系统 STC89C52 DS18B20测温系统 蜂鸣系统 按键系统 1602显示系统 Pt4115恒流驱动 图2.1 系统结构框图

电源系统 2.2 单片机主控系统

本设计主控系统采用高性能STC89C52 芯片实现，其P0 口外接10K 的上拉电阻，P0.0~P0.7 连接液晶1602 的数据接口[17]。P2.6~P2.7 则需要分别连接液晶1602 的使能端EN、数据/命令选择端RS。P1.2 作为蜂鸣器控制端。P1.1 作为DS18B20 的信号输入端。P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 与P2.4 作为S2~S6 按键

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系统。单片机的P1.0作为PWM 信号的输出端并连接PT4115 芯片DIM 端，用于PWM 调光控制[8]。系统晶振电路由11.0592MHZ 晶振与两个22PF 电容组成；复位电路则由S1 按键、1K 电阻、10K 电阻与10uF 电解电容构成。

3．各模块分析

3.1恒流驱动系统

本设计LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驱动。PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源IC，能将直流电压直接转换成稳定的恒流输出

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接灯

。PWM 脉冲调光信号由单片

机P1.0 产生，单片机P1.0口的输出的高电平和低电平决定

LED 是否通断。将定时器T0溢出中断定为1/2500 秒（即400μ S），每10个脉冲信号作为一个周期，即频率为250HZ.这样，在每1/250 秒的周期中，通过改变方波的高低电平的个数，即改变占空比从而实现LED 灯的10级亮度调节，即LED亮度等级是由每个周期内的高电平脉冲的数目所决定的。当高电平脉冲个数为1时，占空比为1/10，亮度最低，当在一个周期中10个脉冲全为高电平时，占空比为1，LED亮度最高。其调光原理如图2.4 所示；

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图2.4 PWM 调光原理图

3.2时钟系统

时钟系统采用DS1302时钟芯片。此芯片通过程序的读写提供年月日，时间，星期，达到显示时间日历的目的。此芯片引脚，X1, X2接32.768KHZ的晶振。VCC1接备用电源以保证系统电源断电时，能够正常的进行计时。VCC2接主电源。DS1302的工作电压在3.5V到5.5V之间。复位引脚RST接单片机的P1.5引脚，时钟引脚SCLK接单片机的P1.7引脚，I/O接口接单片机的 P1.6引脚[9]。时钟系统和单片机系统连接图如图2.5。

图2.5 时钟系统电路图

3.3 液晶显示系统

本系统 1602 液晶采用并行操作方式，P0.0~P0.7 通过借助10K 的上拉电阻连接其数据端口DB0~DB7，这样就能保证单片机和液晶显示1602之间进行数据通信，进行数据读写[14]。由于各自片选信号不同，选中时操作对应芯片将不会造成操作冲突。P2.5连接1602液晶的使能端E，P2.7

连接1602液晶的数据/命令选择端RS，液晶显示1602的数据读写RW接地。第3 引脚为液晶显示对比度调节端，通过10K 滑动变阻器接地，用于调节液晶的显示亮度。该液晶接口电路如下图所示。

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