单片机的智能LED台灯设计探索范文
本站小编为你精心准备了单片机的智能LED台灯设计探索参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。
【摘要】介绍以STC89C51RC单片机为核心的集多功能于一体的智能led台灯设计方案，包含单片机控制模块、照明模块、亮度检测模块、红外人体感应模块、按键模块等多个部分。通过亮度检测模块采集环境亮度，采用PWM调光技术控制台灯功率，实现LED台灯的亮度的自动控制功能。红外人体模块感应到人离开台灯超过预设时间后，自动关灯，解决台灯浪费电能的问题。
【关键词】台灯；PWM调光；亮度检测；红外人体感应
随着社会的进步发展，家用电器的节能、环保受到了人们的日益关注。照明是现代生活必不可少的一部分。据统计，2017年我国全社会的用电量约6.3万亿度[1]。而照明用电量约占全社会用电量的13%[2]，巨大的照明用电量产生很大的能源损耗。由于忘记关灯或者灯光亮度无法随着环境亮度变化导致的过度照明，也带来很大的电能浪费[3，4]。本文以LED台灯照明节能、健康为目标，提出了智能LED台灯的设计方案。通过传感器检测环境亮度和人体信号，智能控制台灯的亮度和工作方式，避免过度照明和无用照明问题。
1系统结构
智能LED台灯系统主要包含单片机系统、LED照明模块、亮度检测模块、红外人体模块、按键、状态指示灯等部分组成。主要部分的电路原理描述如下：
1.1环境亮度检测模块
环境亮度检测电路如图2所示，主要由光电转换和模数转换电路构成。光敏电阻RO和精密电位器RD构成分压电路，把环境亮度的变化转化为电压VO的变化。RO的电阻值与环境亮度成反比。暗环境的阻值大，亮环境阻值小[4]。由式（1）可知，电压VO的大小与环境亮度成正比。可变电阻RG用来调整光线感应的阈值范围和灵敏度。VO=5RDRD+RO（1）ADC0809是8位的模数转换器，把环境亮度量化为8位的二进制数值。假设其输出的8位数字量对应的十进制数值为D。
1.2红外人体感应模块
为避免人离开时，忘记关灯，导致台灯长期亮着浪费电能，系统采用人体红外热释放感应HC-SR501模块判断是否有人在使用台灯[5]。模块采用全自动重复触发感应模式，人在台灯感应范围时，输出高电平；人离开台灯感应范围后自动延时关闭高电平，输出低电平。
1.3LED照明模块
LED照明模块采用白色草帽灯珠构成LED阵列，每个灯珠的半径为5毫米，0.06瓦。三级管Q1实现对LED灯阵列的点亮和熄灭关控制。当P13为低电平时，LED灯亮；高电平则LED灯熄灭。
1.4PWM调光原理
脉冲宽度调制PWM（PulseWidthModulation）是灯光功率控制中的常用技术[6]。PWM调光的基本原理是在确定的时间周期T内，控制灯光点亮与熄灭的时间比值，实现LED台灯功率的调节。假设在周期T内，灯点亮的时间为TL，熄灭的时间为TH，则台灯功率控制的占空比如式（3）所示。PWM灯光功率控制示意图如图4所示。左边的控制周期是高电平，台灯在控制周期内是关闭的，PWM值为0%，输出功率最小；右边的控制周期为低电平，台灯在周期内都是点亮的，PWM值达到100%，输出功率达到最大。通过控制PWM的值，可以使得台灯功率在最大值和最小值之间进行变化。在实际应用中，为避免PWM的台灯开关控制，引起台灯灯光闪烁，引起眼睛的不适，应当要注意控制周期T的数值设计。根据人眼对光的残留效应的效果，T要小于20毫秒，也就是灯光功率控制的频率要大于50赫兹。PWM=TLT%（3）
2系统软件设计流程
LED台灯的软件设计流程图，主要实现台灯手动亮度控制、自动亮度控制和智能控制三种工作模式。系统通电后，先进行参数初始化，然后判断模式选择键SET是否按下。如果按下，则修改系统工作模式计数器MODE。接着，根据工作MODE的值，选择相应的软件模式代码。在手动模式下，利用系统的ADD键和SUB键手动调整台灯的功率。自动控制模式下，利用光敏元件感应环境亮度并模数转换为数字信号，并根据环境亮度的数字值自适应控制台灯功率。同时，为了避免台灯在无人使用时常亮，浪费电能，设置了智能控制模式。该模式利用红外传感器检测人体信号，灯光的功率采用自动控制的方式。图中，P27为人体干扰信号输入引脚，Infrared为人离开系统检测范围的时间计数器，计数的时间间隔约1微秒。系统运行时，检测到P27为0，表示人离开台灯台灯，计数器Infrared加1。如果计数器计到预设时间长度后，人还没有回来，就自动将PWM值设为0%，关闭台灯。台灯在运行过程汇总检测到人，则计数器清零，并自动控制台灯的亮度。
3总结
对LED台灯的单片机控制系统结构、环境亮度采集与数字化、红外人体感应和PWM调光技术等台灯的关键硬件电路进行描述，并详细介绍了实现台灯功能的软件编程思路。完成了系统的硬件制作、软件编程和调试，实现了预期的控制功能。具有节能省电，控制可靠，结构简单等特点。
参考文献
[1]匿名.去年全社会用电量增长6.6%[N].经济日报,2018-01-23(4).
[2]沈慧.我国照明用电约占全社会用电量13%-点亮明灯开始绿之行[N].经济日报,2016-11-15(13).
[3]鲍宜帆.一种智能台灯设计[J].科学技术与创新,2018(17):158-159.
[4]陈炳飞,周朝霞.亮度自适应的智能台灯设计[J].物联网技术,2018(7):98-101.
[5]马国强,辛永田.一种智能台灯的设计与开发[J].物联网技术,2018(1):93-95.
[6]蒋雪琴.可调光智能LED台灯设计[J].电脑迷,2016(3):76.
作者:刘力齐 单位:重庆南开中学高三13班
