智能LED照明系统-职业学院毕业论文

1 湖北仙桃职业学院湖北仙桃职业学院 智能智能 LEDLED 照明系统照明系统 论文论文 专业：应用电子技术专业：应用电子技术 科目：电路设计与制造科目：电路设计与制造 指导老师：张联指导老师：张联 成员成员: :宋磊宋磊刘玉红刘玉红 班级：应电班级：应电 09020902 2 智能 LED 照明系统文挡整理 摘要： LED 智能照明系统设计一个智能控制系统，强光采集系统闭环控制照 明系统，该系统具有自动和手动工作模式，采用强光采集系统调理经 数模模数转换，从而控制电流输出，LED 驱动采用电流驱动，电流步 进可调，经多次运行与检测实践该电路照明控制方便可靠稳定性强， 节能环保，可广泛使用于生活照明和商用照明 关键词：LED、节能环保、性能稳定、智能、成本低 方案比较与论证方案比较与论证 智能智能 LED 照明控制系统照明控制系统从原理上讲就是通过手动或自动模式通过单片 机控制 led 系统的亮暗，单片机系统在程序中进行电流大小的计算，最后将计算 的结果输入到液晶屏上进行显示。以下对这几个模块进行论证和分析。 1.MCU 选用 方案一：STC89C51：价格便宜，性能稳定，技术成熟，其内存为 4KB 方案二：STC89C52：价格便宜，性能稳定，技术成熟，其内存为 8KB 选用：因该程序超过 4KB，STC89C51 不能允许其容量的大小，故选用 STC89C52。 2.A/D 转化 方案一：ADC0809：传输速度快，并行输入，程序简单，价格相对较 昂贵 方案二：AD1543：传输速度快，串行输入，程序简单，价格便宜 选用：因 STC89C52 I/O 口仅 32 个，资源相对较少，I/O 口不足，故 采用 AD1543 3 3.D/A 转化 方案一：DA0832：传输速度快，并行输入，程序简单，价格相对较昂 贵 方案二：DA5615：传输速度快，串行输入，程序简单，价格便宜 选用：因 STC89C52 I/O 口仅 32 个，资源相对较少，I/O 口不足，故 采用 DA5615 4.显示模块 方案一：数码管显示：价格便宜，驱动简单，程序简单，显示信息量 小 方案二：led 点阵：价格昂贵，要求电压电流很大，驱动复杂，程序 复杂 方案三：LCD1602：价格适中，程序简单，显示信息量大 选用：因数码管不能满足显示信息，而 LED 点阵对电流电 压要求较高，不能满足，而 LCD1602 对其供电仅 5V 电源，显示信息 相对较多 5.LED 照明系统 方案一：串联驱动：要求电路输出较高的电压，通过每颗二极管的电 流相同，亮度一致，但某个二极管因品质不良断开后，串联一起的二 极管都无法工作 方案二：并联驱动：要求电路输出较大的电流，若驱动电路输出电流 不变，当某颗断开时，其他二极管电流将增大，容易损坏其他二极管 方案三：串并混联：能提供相对稳定的电流，若其中一颗损坏并不会 影 响其他二极管正常工作。当系统需要多个 LED 时，如果将所有 的 LED 串联，将需要 LED 驱动器输出较高的电压，如果将所有的 LED 并 联，则需要 LED 驱动器输出较大的电流，将所有的 LED 串联或并联， 不但限制着 LED 的使用量，而且并联 LED 负载电流较大，驱动器的成 本会增大，这种情况可采用混联方式。 选用：因系统需要较多的 LED 时，如果将所有的二极管串联，则需要 较高电压，若并联驱动，要求电路输出较大的电流，所以串、并联不 但限制了 led 的使用，而且还会使驱动电路成本增大，故采用串并混 联 6.按键输出 4 方案一：矩阵键盘：I/O 口资源占用仅 4 个，按键能达到 16 个 方案二：单个按键：一个按键占用一个 I/O 口，程序简单 选用：因本系统中仅需要 3 个按键，综合分析，选用单个按键 7.MCU 芯片的比较 方案一,AT89C51,实用，简单，驱动简，价格便宜，内存小，实用于小程序的使 用。 方案二。AT89C52,实用，驱动简单，价格便宜，内存比 AT89C51 的内存大，性能 好。 经比较。写入的程序使用 AT89C5。内存不够，所以采用 AT89C52. 二、系统设计 1 总体框图设计 （1）系统总体方案 a.测量系统结构图 通用的测量系统结构图如下，外界的被测对象通常为非电信号， 通过传感器转化为数字量，开关量或者模拟量，以上信号在幅度、频 率等方面满足 MCU 处理要求， 后级需经过处理单元对信号进行处理以 满足 MCU 的处理要求。 b.智能 LED 照明控制系统总体框图 测量系统是一个开环系统，而智能 LED 照明控制系统要构成一 个闭环系统，总体框图如下所示： 被测对象 光强采集 调理 LED照明系统 ADM C U 显示 传感器 数字 量 开光 量 模拟量 处理 M C U AD 显示 按 键 5 三、单元电路设计 1MCU 系统制核心，采用 51 单片机作为整个系统的控制核心。 2LED 照明系统 系统采用 12 只高亮白光 LED，12 只 LED 需要合理的配合设计才 能保证 LED 正常工作。常见的驱动方式有串联驱动，并联驱动以及混 联驱动。 （1） 串联驱动 要求 LED 驱动电路输出较高的电压， 通过每颗 LED 的电流相同， LED 的亮度一致。 当每颗 LED 品质不良断开后，串联在一起的 LED 将全不亮。 （2） 并联驱动 要求驱动电路输出较大的电流，若驱动电路电流不变，当某颗断 开时，非配在其他 LED 上的电流将增大，容易损坏所有的 LED。 （3） 混联 当系统需要较多 LED 时。如果将所有 LED 串联，将需要 LED 驱 动器输出较高的电压，如果将所有 LED 并联，则需要 LED 驱动器输出 较大的电流，将所有 LED 串联或并联，不但限制着 LED 的是用量，而 且并联 LED 负载电流较大，驱动器的成本增大，这种情况可采用混联 方式。 调理AD 按 键 6 3 2 1 84 U1:A LM358 R1 10k D1 LED-RED D2 LED-RED D3 LED-RED D4 LED-RED D5 LED-RED D6 LED-RED D7 LED-RED D8 LED-RED D9 LED-RED D10 LED-RED D11 LED-RED D12 LED-RED Q1 NPN R2 10k （1-1） ：LED 灯的连接方式。 3LCD1602 液晶显示模块基本技术 （1）主要功能 A、40 通道点阵 LCD 驱动。 B、可选择当作行驱动或列驱动。 C、输入/输出信号：输出，能产生 20*2 个 LCD 驱动波形；输入，接 受控制器送出的串行数据和控制信号，偏压（V1V6） ； D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来 （2）光照强度采集电路 光敏电阻：电阻阻值通常随亮度的增大电阻减小，亮电阻大约为 10K， 暗电阻为 8M。 光敏电阻与已知阻值电阻串联分压即实现光强的采集。 若 R=10K,输出点电压为：02.5V. （3）调理电路 将输出信号调整到合适的电压范围以便后级 A/D 进行采样。 由于本系 统中光强采集电路的输出电压范围为 02.5V，在 A/D 采样范围内， 因此系统中不可用调理电路。 4.A/D 转换模块 模数转换单元，将转换的模拟电信号转话为数字量，A/D 转换单 7 元主要参数： （1） 分辨率：D/A 转换器能够转换的二进制的位数，位数多分辨率 也就较高。 （2） 转换速率：指完成一次从模拟转换到数字的 DA 转换所需要的 时间的倒数。 （3） 量化误差：由于 DA 的有限分辨率而引起的误差，通常是 1 个 或半个最小数字量的模拟变化量，表示为 1LSB、1/2LSB. 5.D/A 转换单元 数模转换单元。用于将控制信号转变为模拟量控制 LED 照明系 统。 主要参数有： （1） 分辨率：指 D/A 转换器能够转换的二进制数的位数，位数多分 辨率也就越高。 （2） 转换时间指数字量输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为 止所需的时间。电流型 D/A 转换较快，一般在几 NS 到几百 NS 之间。电压型 D/A 转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。 根据数据输出形式分为：串行 A/D，并行 A/D。 系统中采用串行 DA 。 6.系统单元 系统显示内容主要有：系统的工作模式，测试点的电压或者电流 值大小。考虑到成本，系统中才用 LCD1602 7.按键输入单元 系统需要的输入信号主要有；功能切换信号，光线增强信号。光 线减弱信号。只需要三个按键即可完成，为了节省 I/O 口，采用独立 按键。 8TLC5615 串行数模转换器简介 TLC5615 为美国德州仪器公司 1999 年推出的产品，是具有串行 接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的 两倍。带有上电复位功能，即把 DAC 寄存器复位至全零。TLC5615 性 能价格比高，目前在国内市场很方便购买。 TLC5 615 的特点： (a)10 位 CMOS 电压输出; (b)5V 单电源供电； (c)与 CPU 三线串行接口； (d)最大输出电压可达基准电压相同极性； (e)建立时间 125US； (f)内部上电复位； (g)低功耗，最大仅 175MW。 TLC5615 引脚说明： 8 TLC5615 有小型和塑料 DIP 封装， DIP 封装的 TLC5615 芯片引脚排 列如图一所示。 引脚功能说明如下： 脚 1DIN：串行数据输入端； 脚 2SCLK：串行时钟输入端； 脚 3CS：芯片选用通端，低电平有效； 脚 4DOUT：用于级联时的串行数据输出端； 脚 5AGND：模拟地； 脚 6REFIN：基准电压输入端； 脚 7OUT：DAC 模拟电压输出端； 脚 8VDD：正电源端。 TLC5615 的时序分析 由时序图可以看出，当片选 CS 为低电平时，输入数据 DIN 由时 钟 SCLK 同步输入或输出，而且最高有效位在前，低有效位在后。输 入时 SCLK 的上升沿把串行输入数据 DIN 一如内部的 16 位以为寄存 器,SCLK 的下降沿输出串行数据 DOUT，片选 CS 的上升沿把数据传送 至 DAC 寄存器。 当片选 CS 为高电平时，串行输入数据 DIN 不能由时钟同步送入 移位寄存器； 输出数据 DOUT 保持最近的数值不变而不进入高阻状态。 由此要想串行输入数据和输出数据必须满足两个条件： 第一时钟 SCLK 的有效跳变；第二片选 CS 为低电平。这里，为了使时钟的内部馈通 最小，当片选 CS 为高电平时，输入时钟 SCLK 应当为低电平。 串行数模转换器 TLC5615 的使用有两种方式， 即级联方式和非级 联方式。如不使用级联方式，DIN 只需输入 12 位数据.DIN 输入的 12 位数据中，前 10 位为 TLC5615 输入的 D/A 转换数据，且输入时高位 在前，低位在后，后两位必须写入数值为零的低于 LSB 的位，因为 TLC5615 的 DAC 输入锁存器为 12 位宽。如果使用 TLC5615 的级联功 能，来自 DOUT 的数据需要输入 16 位时钟下降沿，因此完成一次数据 输入需要 16 个时钟周期，输入的数据也应为 16 位。输入的数据中， 前 4 位为高虚拟位，中间 10 位为 D/A 转换数据，最后 2 位为低于 LSB 的位即零。 9 子流程图如下： （1）da5615开 始 初始化 i 左移六位 cs=0;sclj=0 j=0 i12 取 i 的最高位传送到 TLC5615 Sclk=1 i 左移一位 sclk=0 10 j+ cs=1 sclk=1 返回 LCD1602 初始化流程图 11 开始 工作方式设置 显示状态设置 清屏 输入方式设置 结束 字符串显示子程序设计 12 开始 初始化 Flag=1 将字符串显示第一行 Flag=2 将字符串显示第二行 结束 Y Y N N TLC1543AD 转换 13 开始 cs=0, clock=0 构造 4 个时钟送地址 构造 6 个时钟采样 cs=1 等待 cs=0 构造时钟读数据 返回 将 TLC1543 转换结果显示到 LCD1602 14 开始 初始化 Shu=tle(0) 数据转换 b0存放百位 b1存放”.” b2 存放十位 b3存放个位 b4存放“V” 字符显示 手动 15 开始 h=P1 sbit rw=#include P11; sbit e=P12; 22 sbit dat=P14; sbit add=P15; sbit cs=P13; sbit clk=P16; sbit sclk=P30; sbit sc=P31; sbit din=P32; sbit S3=P22; sbit S2=P21; sbit S1=P20; unsigned char a=A,u,0 x74,0 x6f, , ; unsigned char b=0 x35,0 x30,0 x6d,0 x41; unsigned char c=0 x30,0 x6d,0 x41; unsigned int u=0; unsigned char k; void da5615(unsigned int i); unsigned char aa6=M,a,n,u,a,l,; unsigned char key(); void xianshi(unsigned int f); delay() int j; for(j=0;j=80;j+) ; /*void busy() rs=0; rw=1; e=1; do ; while(P07=1); */ void wra(int dat) /busy(); rs=0; rw=0; e=1; P0=dat; e=0; delay(); void init( ) 23 wra(0 x38); wra(0 x0c); wra(0 x01); wra(0 x06); void wrd(int dat) /busy(); rs=1; rw=0; e=1; P0=dat; e=0; delay(); void str(unsigned char flag,unsigned char a) unsigned char i; if(flag=1) for(i=0;i6;i+) wra(0 x80+i); wrd(ai); if(flag=2) for(i=0;i6;i+) wra(0 x88+i); wrd(ai); void da5615(unsigned int i) unsigned char j; i=i6; sc=0; sclk=0; 24 for(j=0;j12;j+) din=(bit)(i sclk=1; i=i1; sclk=0; sc=1; scl