基于C8051F020的自动测控LED节能照明系统的设计

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。

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

　　本系统选用了SN3350芯片作为LED驱动电路的核心。SN3350是一款降压型电感电流连续模式驱动芯片，适用于电源电压高于一颗或一串LED所需电压的应用场合。芯片的输入电压范围为*0 V，输出电流可达750 mA，输出功率可达30W。图2为本系统采用的LED驱动电路。

图2 LED驱动电路