基于单片机的LED灯控制器的设计..

基于单片机的LED灯控制器的设计

摘要：

LED(Light Emitting Diodes)显示技术在近几年得到越来越多的应用，LED照明产品的替代首先在商业，工业领域发生，得到良好的示范作用后．再逐步普及至家用照明领域。由于商业．工业企业对电膏成本更敏感，政府对企业节能减排要求愈加严格等原因，商业．工业领域对使用节匏型照明产品表现更积极。．随着白炽灯在各国的禁用，荧光灯对白炽灯的替代．I,ED灯对白炽灯和荧光灯的替代将会是同步进行的。

介绍了基于新型高性能的单片机，利用电力载波通信技术的一种具有调压，稳压，故障检测和上传等多功能的单灯控制器的设计方法，阐述了其工作过程并给出了其中主要硬件和软件模块的设计。

关键词：智能开关；单片机；LED；控制系统

一．引言

随着时代的发展，对LED的研究发现，LED效能转换率非常高，功耗远低于现有的传统灯具，而且比起现在的节能灯具。LED更节能、省电，在寿命、环保等方面均有不可比拟的优越性。因此设计一个智能开关控制系统，与LED 灯具相配合，将新颖、节能、低碳的新技术推广、普及到每个家庭和企业中。

城市路灯监控系统已经成为城市必不可少的公用设施，为了进一步提高监控的质量或满足具有特殊控制方式的路灯，单灯控制就显示出了它的优越性。单灯控制器具有调压,稳压, 保护,故障检测和信息上传等功能，主控器通过单灯控制器返回的故障信息可以判断出故障路灯的具体地址和故障类型，为路灯的维修带来了方便调压功能可大大节省电能。具有很高的经济效益，电力载波技术日益成熟，利用电力载波通信，不需要再铺设通信线路，降低了成本，也为控制器的安装带来了方便。

1设计的基本思想

用单片机芯片实现智能开关控制与单片机芯片技术发展有着密切相关。最早的单片机因为只能使用汇编语言进行开发．外围电路较多，所以对设．计人员的硬件、接口设计水平要求较高，造成设计和生产成本较高。现在的单片机芯片集成度高，具有CPU速度快、内有闪存、MD转换、PWM输出、16位定时器、振荡等功能，其最大优点是和以往相比外围电路极少，可以用C语言、汇编语言或两者混合编程，较大地降低了开发和生产成本。因此控制系统将基于单片机进行开发。

新颖、实用的灯具智能开关控制系统的控制面板由8051单片机、红外传感器、光敏电阻等组成．其中8051单片机对环境亮度和是否有人存在等检测信号进行控制，以有效、可靠为重点，控制与单片机相连接的节能LED灯具及其它照明电器设备，实现各种设计的功能。光敏电阻和红外传感器的组合使用，可以做到各连接电器的准确控制．并通过单片机的程序处理能扩大控制功能，例如感应开启、延时关闭等。这样大大的方便人们的日常生活，也节约了用电，提高了用电安全性。因此．在智能开关控制系统的总体设计过程中必须考虑三个注意事项和实现四个技术指标。见表1。

二．系统的组成及工作原理

系统由主控器和单灯控制器两部分组成，如图2所示。主控器通过电力线和单灯控制器进行通信，以便了解每个路灯的情，并进行统一的控制。当通信距离较长，一般超过一千米时，或者通信环境恶劣，通信效果较差时，就要指定某个或某几个单灯控制器兼做中继，以保证正常的通信效果。

单灯控制器是由单片机，电力载波模块和调压模块等几部分组成。如图3所示。单片机用来实时采集路灯的电压和电流数据，进行处理，计算出此时路灯的工作状态并存储下来。单片机通过D/A转换器来控制调压模块达到调压和稳压的作用。采样电路提取出路灯的电流值，当电流值超过设定值时，单片机通过中断立即切断电路达到保护的作用。电力载波模块由载波芯片及其外围电路组成，用于单灯控制器和主机的通信，接收主机的命令和参数，命令包括开灯（多种开灯方式如全开、隔一亮一、隔二亮一、主灯开、副灯开等多种情况）、关灯、调压（调压范围可以从180V到220V）和提取信息等，括号内功能由参数来控制。拨码开关用来确定单灯控制器的地址码，每一个灯杆具有唯一的地址码。

为了防止电压在给定值附近小范围内变化时，调压模块频繁的动作，路灯电压的控制采用带有死区的PID控制方式。带有死区PID的基本做法是当偏差较小时，即E（K）<=B时输出结果为零，偏差大于B时输出以PID的运算结构输出PID输出为：

三，系统硬件设计

3．1传感器部分

3．1．1 被动式热释电红外探测器

该探测器有三个关键元件：菲涅尔滤光晶片，它通过截止波长8～12um的滤光晶片，起带通滤波器的作用，使环境的干扰受到明显的控制；菲涅尔透镜，聚焦作用，即将热释的红外信号折射(反射)在热释电红外传感器上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的

形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号，这样热释电红外传感器就能产生

变化的电信号；热释电红外传感器将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长lOum左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的lOum左右的红外线通过菲涅尔滤波片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通过采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射稳定发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经检测处理后就能产生电平的变化。根据此原理应用性能稳定的红外模块，当有人走动时模块输出3．3V电压，没人时为低电平。模块有可调的延时，最多可达到18秒。

3．1．2环境亮度传感模块

此传感模块的核心器件是光敏电阻。光敏电阻利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。

3．2控制部分

STCl2C5628AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟／机器周期(IT)的单片机，是高速／低功耗／超强抗干扰的新一代805l单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8一12倍，内部集成MAx810专用复位电路。4路PWM，8