基于单片机的LED自适应调光系统的设计与实现

随着经济的快速发展，全球的能源消耗增长越来越快，伴随而来的后果则是大量的环境被污染和生态遭到破坏，现在人们正在寻找新的节能方式。

人类消耗能源的比较重要的方面其中之一就是照明，根据我国调查，中国每年照明的用电量达到3000亿度以上。如果全部的白炽灯有LED照明灯取代，可节省的用电量将达到1000亿度。开发和推广应用节能系统，成为迫在眉睫的任务。LED作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯之后的第四代新光源。基于单片机的LED自适应调光系统，是一种典型的绿色照明方式，与传统照明相比，具有智能、节能、环保、寿命长、安全可靠等这些优点，这是代表着照明技术的未来。基于此本文设计了一种LED灯光自动调光系统，可以根据环境的亮暗自动调节光的强弱。该系统成本低廉，有很强的现实意义和广泛的应用前景。

1、系统硬件方案设计

硬件系统的各个组成部分和其应该实现的功能是：

1）主控单元。整个系统装置的核心部分，所有采集到的信号、数据要经过CPU的处理，并进行判断，发出控制信号。

2）光信号采集模块。实时测量环境光强度，然后进行光电转换和A/D转换，送入主控单元进行处理，作为判断光强度信息和监控的目标。

3）电源模块。为装置提供需要的电源，包括各种集成芯片需要的数字电源，采集单元需要的模拟电源和LED驱动电路的电源。电源要能够保证其稳定性，使各个单元能够正常工作。

4）按键电路。用于设置环境光报警值。

5）报警、显示电路。报警电路用于当环境光低于设定的环境光报警值时自动报警提示。显示电路用于显示环境光强度大小。

6）LED灯驱动电路。驱动芯片ULN2003接收单片机发出的PWM信号来驱动LED灯亮、调节其亮度大小。

2、系统设计方案

2.1、单片机的选择

STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60KFLASHROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。其中写入单片机内的程序可以进行加密处理，可以保护你的劳动成果不受侵犯。重要的一点STC12C5A60S2目前的售价与传统51差不多，市场供应也很充足。是一款高性价比的单片机。考虑到MCS-51单片机具有较强的代表性以及该系列单片机资料较多，本设计采用STC12C5A60S2单片机来实现。

2.2、LED灯调光方案

采用脉宽调制（PWM）来调光。通过STC12C5A60S2产生的PWM波来调节驱动芯片，来实现调光的目的。PWM调光具有精度高，节能，易于实现智能控制的等特点。

本系统拟采用STC12C5A60S2单片机作为主控模块，由光电转换电路采集外界光强信号，经A/D转换送单片机处理，单片机根据处理结果智能调节输出PWM来控制驱动电路的电流大小，并以此来调节LED的亮度大小。

2.3、光信号采集电路

光线检测电路是比较重要的一个部分，其中关键的元件有两个，一个是光敏电阻，一个可调电阻。光敏电阻通过对当前环境光线的强弱来改变自己的阻值，从而改变其两端的电压，来达到控制LED灯亮暗的效果，还可以根据实际情况再加一个可调电阻，通过改变电阻的大小来改变光敏电阻的灵敏度。如果认为天色还挺亮的，灯就开了，那就把电阻变大些，光敏电阻的灵敏度就下降了，这样就可以等到天暗下来时再开灯，同样的，天已经很暗了，灯还没亮，那就把电阻调小点，这样反复多调几次，就可以把LED灯调到一个最理想最合适的状态了。下图为光信号采集电路。