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多功能的PWM调光台灯设计与实现

添加时间:2019-01-25 14:16

  摘    要: 传统台灯功能单一、能耗大、亮度不可调等缺点。本设计的多功能LED台灯以STC89C52RC单片机为智能控制, PT4115恒流驱动, 10等级PWM调光, 有效保护LED灯光亮度适合, 达到绿色环保, 高效节能、实用可靠等目的。

  关键词: STC89C52R2单片机; PWM调光; PT4115恒流驱动;

  LED灯具有发光效率高、耗电量低、绿色环保等优点, 在照明行业中LED逐步取代传统光源。而LED的驱动应能够支持LED亮度的调节功能。而PWM调光更符合人们对LED调光精准、可调范围大、没色偏、没频闪的要求。因此, 以STC89C52RC单片机为控制芯片, 用PT4115恒流驱动LED, PWM调光技术等设计具有多功能的台灯以满足实际的需求。[1]
 

多功能的PWM调光台灯设计与实现
 

  1 系统总体设计

  台灯采用高亮白光LED为光源, 以STC89C52RC单片机为主控芯片, 由PT4115恒流驱动电路、DS1302时钟电路、DS18B20测温电路、1602液晶显示电路、蜂鸣电路、按键电路、电源电路组成。系统框图如下图所示。

  系统框图
系统框图

  模拟调光会产生色偏, 本设计用PWM调光方案, 通过PT4115芯片的DIM引脚加入占空比可变的PWM信号用于调小输出电流实现调光, 其亮度由PWM信号的占空比决定。为了避免调光过程中LED闪烁, 需设置PWM频率在120Hz以上。

  将单片机定时器T0溢出中断定为1/2500秒 (即400μS) , 每10次脉冲作为一个周期, 即频率为250HZ, 在每1/250秒的方波周期中, 通过编程使单片机P1.1脚产生占空比可调的PWM脉冲, 实现对LED台灯10级PWM调光控制;1602液晶屏实时显示年、月、日、星期、时、分、秒以及实时温度信息;闹钟功能采用扬声器声音报警, 闹钟时间到, 发出蜂鸣声报警, 提示用户时间;用户可以通过按键电路实现对DS1302时钟参数的设置、闹钟开与关以及LED亮度调节。

  2 硬件电路的设计

  通过30pF瓷片电容和12MHZ的石英晶体振荡器组成时钟电路接单片机的18、19引脚;通过10uF电解电容和10K电阻组成上电复位接单片机的9引脚, 20引脚接地, 31、40引脚接+5V, 组成单片机最小应用系统。[2]

  单片机的P0口通过10K上拉电阻连接1602液晶屏的数据端口D0~D7, P2.6、P2.7分别连接1602液晶屏的E、RS端, 第3引脚通过10K滑动变阻器接地, 用于调节亮度。第15管脚接+5V, 第16管接地。

  DS1302芯片引脚X1、X2接32.768KHZ的晶振, VCC1接备用电源, 防止断电能正常计时, VCC2接主电源。单片机的P1.5、P1.6、P1.7引脚分别接时钟芯片的RST、SCLK、I/O接口引脚。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。单片机P2.4引脚控制PNP型9012三极管的通断实现对蜂鸣器声音的控制, P3.1、P3.3~P3.7分别接按键, 实现日历、时间、闹钟及LED亮度的调整。

  DS18B20芯片引脚1接地GND、引脚3接电源正VCC, 单片机P3.0引脚通过4.7K电阻连接DS18B20芯片的信号输入输出DQ端, 实现实时温度数据的采集与处理, 并通过1602液晶屏实时显示。[3]

  3 系统软件设计

  系统主程序包括系统初始化程序 (I/O口初始化、DS1302时钟芯片初始化、1602液晶屏初始化、外部中断0与定时器T0、T1初始化) 、按键检测和处理程序、温度数据的读取与处理、时间数据的读取与处理、液晶显示处理、闹钟报警的判断和处理程序、PWM调光处理程序等。

  按键系统由K2~K7六个按键组成, 按键检测流程:闹钟状态→时间设置键K2→闹钟设置键K6→PWM调光键K7, 若没检测到按键按下, 则退出按键检测。根据K2按的次数, 依次选择秒、分、时、星期、日、月、年, 按第8次或按K3键, 则退出被选状态, 屏幕光标不闪烁提示。若进行闹钟设置, 则通过K2按的次数, 依次选择设置时、分、退出闹钟设置。

  DS1302芯片SCLK引脚输出高电平变为低电平, 作为外部中断0下降沿触发中断, 使闹钟标志置1, 等待闹钟中断程序处理, 然后通过读取DS1302芯片的寄存器来清除SCLK引脚输出撤销中断, 实现中断返回。

  定时器T0中断用于控制PWM, T1中断用于控制蜂鸣器发声工作。T0定时器设置为工作方式0, T1为工作方式2, 定时方式, 故TMOD=0x20, TH0= (8192-400) /32与TL0= (8192-400) %32, T0初始化400us, 累计中断10次为一个周期, 比较PWM高电平脉冲个数, 判断LED亮度等级, 由K7实现10级PWM调光。

  4 结论

  本系统设计采用单片机智能控制, 采用PT4115恒流驱动及占空比可调的PWM调光, 有效保证LED灯光亮度适合而且没色差, 达到保护眼睛、绿色环保, 高效节能、实用可靠的目的。

  参考文献:

  [1]赵伟, 任晓洁, 胡承忠, 陈君.多功能台灯系统设计研究[J].电子世界, 2018 (08) :156-157.
  [2]周媛珍.基于51单片机的智能台灯的设计[J].电子制作, 2018 (02) :8-10.
  [3]尹克岩.基于单片机的智能台灯设计[J].电子制作, 2017 (15) :34-35.