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【中心議題】

• 設計了一種智能LED照明控制系統
• 可根據外界光照強度自動調整LED的照明亮度

【解決方案】

• 以以單片機為核心單片機為核心
• 采用光敏電阻作為光傳感器

0引言

當前全球能源短缺的憂慮再度升高，節約能源是我們未來面臨的重要的問題，LED作為一種新型的綠色光源產品以其節能、環保、壽命長、體積小等特點，廣泛應用于各種顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。現在，世界上一些經濟發達國家圍繞LED的研制已經展開了激烈的技術競賽。LED采用直流驅動方式，其亮度與流經LED的電流有著直接關系。如何在不同的場景下方便有效的控制其亮度成為一項重要課題。利用單片機容易實現模擬量和數字量之間的轉變，并且通過設置可以對電路參數進行顯示，可以作為數字控制LED亮度的一種方法。

MSP430F169單片機是美國德州儀器(Texas Instruments)公司生產的16位超低功耗的混合信號處理器，特點主要有：超低功耗、強大的處理能力、高性能模擬技術、系統工作穩定、高效的開發環境等，并且具有豐富的片上外圍模塊，適合應用于一些低功耗產品，如能量表、手持設備、智能傳感器等，以及需要較高運算性能的智能儀器設備。

1系統總體設計框圖

該智能LED控制系統主要由以下幾個模塊構成：鍵盤手動控制模塊，光信號采集模塊，MSP430單片機模塊，顯示模塊，LED照明模塊等。系統總體設計框圖如圖1所示：

如圖1所示，系統運行時首先要選擇控制方式：鍵盤手動控制或者利用光信號采集模塊進行自動控制。利用單片機AD模塊和DA模塊來調節LED照明系統的電流，以達到控制并調節LED亮度的功能。顯示模塊主要用來顯示DA輸出電壓，以便于控制。

2系統各模塊分析和說明

2.1系統總體電路圖

2.2鍵盤控制模塊

鍵盤控制模塊主要實現手動控制LED亮度的功能。該模塊設置4個按鍵，功能分別為：步進1mV增大電壓，步進1mV減小電壓，步進1mA增大電流，步進1mA減小電流。鍵盤控制模塊與單片機相連實現調節功能。

2.3光信號采集模塊

自動控制系統設計目的是根據外界光照強度的變化，系統可以實現自動調節流經LED的電流，實現自動調光的功能。光信號采集模塊主要采用光敏電阻作為傳感器，實現將檢測到的不同光照強度轉化為不同的電壓，以便于單片機AD采集數據。

如圖，該模塊利用光敏電阻在不同光照下阻值不同的特性，將其與一定值電阻串聯接入電源，當外界光照強度改變時，光敏電阻的阻值發生改變，定值電阻兩端的電壓即會發生改變。

2.4 MSP430單片機模塊

作為系統控制的核心，單片機模塊主要實現AD、DA轉換等功能。如圖所示，由于MSP430單片機的工作電壓范圍為1.8～3.6V，因此在設計電路時利用TL431芯片提供3.3V基準電壓，以保證MSP430單片機正常工作。MSP430F149的AD模塊提供了4種轉換模式：單通道單次轉換，系列通道單次轉換，單通道多次轉換，多通道多次轉換。由單片機、控制電路和軟件實現采樣通道號、采樣速度，采樣時長等的控制選取。本設計需要利用AD采集一路電壓信號，需要多次采樣所以選用單通道連續采樣模式。

2.5顯示模塊

系統液晶顯示采用SMCLCD1602。SMCLCD1602字符液晶顯示模塊，可顯示192種字符（5×7點字型），32種字符（5×10點字型），可自編8（5×7）或（5×10）種字符，指令功能強，可組合成各種輸入、顯示、移位方式以滿足不同的要求，并且接口簡單方便，與8位微處理器或微控制器相連；LCD顯示的內容為DA輸出電壓。

2.6 LED照明模塊

由于LED為電流驅動，故該模塊設計時應包括電流源模塊。該模塊的輸入量為單片機DA的輸出電壓。輸入信號經過運放和NPN后，NPN的C極電流為恒流源。因此可以驅動LED實現LED照明。

3系統軟件設計與分析

系統軟件設計主要是通過程序設計使單片機能夠實現數據分析與控制電路工作。MSP430F169單片機內置有12位8外部信道連續逼近式模擬數字轉換（AD）模塊和12位數字模擬轉換（DA）電壓輸出模塊。在系統工作時，若選擇手動控制方式，則可以利用鍵盤來設置電壓，經過單片機處理，DA轉換器將數字信號轉換為模擬信號加至LED照明模塊，則照明系統正常工作。此外，還可以通過按鍵來改變LED照明系統的電流，使電流可以實現步進可調。若選擇自動控制方式，則光采集模塊將光信號強度變化轉換為電壓的變化，將此電壓輸入至MSP430單片機的AD模塊，實現數據的采集。數據經過單片機處理通過DA模塊將數字信號轉換為模擬信號加至LED照明模塊。該方式可以實現自動根據外界光強變化來改變LED的亮度。系統軟件流程圖如圖3所示：

4設計可行性分析

該智能LED照明控制系統以單片機為核心，有手動和自動兩種控制方式，且自動方式可根據外界光照強度自動調整LED的照明亮度。光敏電阻有測光強范圍寬、靈敏度高、工作電流大等特點，適合作為光傳感器。LED驅動電路為電流源，可以驅動LED照明系統正常工作。此外，MSP430單片機內置的高精度AD、DA模塊可以滿足系統的數據采集及轉換的進行。因此，該系統設計方案可行。