基于单片机C8051F020的自动测控LED节能照明系统

3 软件设计

软件设计的思路是先分模块独立设计，然后对各个模块进行综合整理。本系统程序设计的流程框图如图6所示。

程序主要分为5个模块：亮度控制模块、温度探测处理模块、光照度探测处理模块、红外无线探测处理模块、液晶显示模块，下面对前3个较为复杂的模块分而述之。

1)亮度控制模块根据给定的LED驱动电路芯片SN3350的引脚特性，可以通过控制ADJ脚的信号的电压来控制LED的亮度。单片机80C51F020能够自行产生Vpp=5 V的PWM信号，因此可以通过控制该PWM信号的占空比来控制LED灯的亮度。依据图4的光照度-电压关系直线设定判定程序，得出对应的占空比，就能实现对于亮度的控制。

2)温度探测处理模块由于DS18B20芯片的信号输出脚输出的是数字信号，本模块的内容主要是对从DS18B20获得的数字信号进行译码，从而获得实际环境温度数值。

3)光照度探测处理模块使用图3光电转换电路探测环境光强度输出电压信号。该信号是模拟信号，因此，需要对此信号进行模数转换之后才能够用单片机进行处理。使用80C51F020自带的A／D转换模块，可以实现模数转换。光照度对应的电压信号在0～2．4 V之间，因此某一特定的电压值转换成8位的数字信号，然后通过与温度信号类似的处理从而对光进行控制。

根据本文2．2部分所述的SN3350驱动芯片控制端ADJ引脚特性，程序设计的具体方案如下：

LED灯随外界环境照度的自动调节和控制：当测得实际光照度大于2 000 lx(照度值可依据需要自行设定，下同)时，令ADJ引脚的输入电压为0，LED灭；当测得实际光照度小于1 000 lx时，令ADJ引脚的输入电压为0．3 V，LED亮；当测得实际光照度大于1 000 lx且小于2 000 lx时，令ADJ引脚的输入电压在0．3～1．2 V之间做相应变化。
LED灯随外界环境温度的自动调节和控制：当LED的温度大于80℃(温度值可依据需要自行设定，下同)时，令VADJ=0；当LED的温度小于50℃时，令VADJ=1．2 V。

LED灯随外界红外辐射信号的自动调节和控制：当热释电红外无线传感器传来感应信号时，令VADJ=1．2 V，没有信号传来时，令VADJ=0。

4 系统测试

4．1 基本工作测试

电源供电15 V；实测三盏LED灯两端的工作电压为14V；驱动电路输出电流为320 mA；过压保护测试调节输入电压大于24 V时，LED两端电压很快下降；当输入电压升至27V时LED两端电压已降至0V。
测试结果表明本系统能在低压条件下正常稳定工作，具有过压保护功能。

4．2 功能测试

1)测量与显示功能

能否显示环境光照强度：能，LCD显示环境光强可精确到1 lx；
能否显示环境温度：能，LCD显示环境温度可精确到0.1℃；

2)自动控制功能

光强改变时能否开关灯：能，光强大于2 170 lx时自动关灯；光强小于1 040lx时自动关灯(设计阈值分别为2 000lx和1 000 lx)；
温度改变时能否关灯：能，温度高于82．5℃时自动关灯；
温度低于49．3℃时自动开灯(设计阈值分别为80℃和50℃)；
能否维持环境光强的基本稳定：能，环境光强减弱但不小于1 000 lx时，自动提高LED的发光强度；环境光强增强但不超过2 000 lx时，自动减弱LED的发光强度；
能否感应红外辐射并开关灯：能，在有人进入LED灯一定距离(最大半径3．5 m处)时，自动开灯，并维持10 s后逐步减弱灯光亮度直至关闭。

测试结果表明，本系统具备随环境光强、温度、红外辐射变化而自动控制开关、调节光强的功能，实测数据与理论设计值符合得比较好。

5 设计过程需要注意的问题

本系统的特点是硬件模块电路较多，设计时应注意共地与接口匹配。具体来说，单片机C8051F020、LED驱动电路的SN3350芯片、光电转换电路中的集成运放LM324、热释电红外无线感应器电路的核心BISS0001芯片、DS18B20温度传感器电路和过压保护电路6个模块都要与直流电源共地。接口匹配问题主要存在于光强、红外辐射、温度3个传感器的输出口与单片机的输入口，以及单片机的输出口与液晶LCD1602、LED驱动芯片SN3350的控制引脚之间。此外，由于LM324、BISS0001、DS18B20等芯片的工作电压为5 V，小于LED照明系统15 V的工作电压，测试时需另接5 V电源，而实际制作成品时则需增加一个电平转换电路，将统一的15 V供电电压转换为5 V稳压输出给相关芯片。

在编写程序时需考虑各个传感器传送的信息被单片机处理的优先级。根据实际需要，本系统接收信号的参考优先级顺序为：温度信号、红外信号、光强信号。

6 结束语

本文设计的LED照明系统，利用单片机C8051F020作为控制核心，实现了根据环境光强、红外辐射、温度条件变化而自动开关、调节亮度等功能，突出了LED节能照明的优势，因而具有较好的实用参考价值。本系统的最大特色是功能集成度高，集测量、控制、显示为一体，包括光强、红外辐射、温度3种传感器。在实际应用中，可以根据不同需要设置相关阈值或突出某一功能。例如，应用在楼道、洗手间照明时主要用到红外辐射传感功能，无人时灯不亮，有人时灯才亮，达到了节约电能的效果；应用在办公室、教室照明时主要用到光强传感器及调光功能，使环境光强稳定在某一设定值，白天灯不亮或较暗，夜晚灯亮，从而提高电能利用率；应用在智能台灯、工件加工台照明时还可以监测工作温度(比如超过80℃时灯灭)；等等。