1、基于AVR单片机的自适应调光系统设计本科生毕业论文(设计)基于AVR单片机的LED自适应调光传感系统 院系名称： 姓 名： 学 号： 专 业： 指导教师： 年4月27日摘要随着LED照明技术的发展，对LED自适应调光技术的需求更加强烈。本文以AVR单片机中的ATmeage16作为控制器，利用基于I2C（Inter Integrated Circuit）总线的光传感芯片TSL2561采集室内环境光照度，采用脉宽调制(Pulse Width Modulation-PWM)方式调节LED恒流驱动IC（BP2808、LM3404HV、LM3402HV等可根据功率需要选择），进而调节LED的发光亮度，最
2、终维持室内环境光照度在一个设定的水平。同时利用红外人体感应模块采集室内人体信号，实现LED灯开启和关断的智能控制。使用LCD1602液晶屏实现室内照度，再加按键实现LED亮度的手动控制，最后使用串口通信实现与上位PC的实时通信与控制。本文完成了整套系统的硬件设计和软件编程，重点介绍了ATmeage16通过I2C总线读取光传感器芯片TSL2561数据、传感器数据转换为实际的室内环境照度、PWM信号生成和输出。关键词：ATmeage16 TSl2561 PWM LED调光IABSTRACTWith the development of LED lighting technology，adaptiv
3、e LED dimming technology for the needs of even more intense. In this paper, the ATmeage16 AVR microcontroller as a controller，based I2C (Inter Integrated Circuit) bus, light sensing chip TSL2561 acquisition indoor illumination。Using pulse width modulation (Pulse Width Modulation-PWM) LED constant cu
4、rrent drive mode regulator IC (BP2808, LM3404HV, LM3402HV so can the power to choose), then adjust the LEDs brightness, final light intensity of the indoor environment to maintain a specified level. The human body using infrared sensor module also collected indoor body signal, LED lights turn on and
5、 off the intelligent control. Reuse of single-bus technology DS18B20 temperature sensor acquisition and use of the indoor temperature LCD1602 LCD indoor illumination and temperature to achieve real-time display, together to achieve LED brightness button manual control, and finally use the Serial Com
6、munication with the host PC for real-time communication and control. This complete package of hardware and software design, focusing on the ATmeage16 through the I2C bus to read optical sensor chip TSL2561 data, sensor data is converted to the actual illumination of the indoor environment, PWM signa
7、l generation and output.Key Words：ATmeage16 TSl2561 PWM LED dimming1 目 录1 引言11.1 LED的国内外研究现状11.2系统流程图22 LED自适应调光传感系统的硬件设计32.1 自适应调光系统硬件设计3 2.2 TSL2561光强传感器的硬件连接及介绍42.3 PWM波形的发生及恒流IC的输出62.3.1PWM波形发生62.3.2恒流ICBP280882.4 LCD1602液晶显示的链接及介绍102.5 红外人体感应模块介绍132.6 串口通讯及外部控制中断153 LED自适应调光传感系统的软件设计193.1 TSL25
8、61的I2C通讯及照度的计算193.2 LCD1602的通讯及显示223.3 系统条件判断软件编写234 系统总体设计介绍244.1 系统性能特点说明244.2 系统总体电路图24参考文献25致谢26III1 引言LED光源是21世纪光源市场的希望，众多优点预告其未来将逐步取代传统光源，奥科委指出高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后，最伟大的发明之一，当前全球能源危机的时候，能源是一种宝贵的资源，所以节约能源是我们未来面临的问题。 LED作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。1.1 LED的国内外研究现状在照明领域的技术革新中，LED的应用毫无疑问是最令人振奋的
9、，它改变了整个照明市场的结构。LED的发光强度很高，但它发出的热量很少。白炽灯会浪费大量的热能，霓虹灯容易破损，荧光灯会产生有毒气体 1。LED已被全球看成一种新型的高科技环保的节能光源。近几年来，LED的发光效率已增长了100倍，而成本下降了10倍。在目前LED光源及市场开发中，极具发展与应用前景的是照明用LED，其用作固体照明器件的经济性显著，且有利于环保，正逐步取代传统的白炽灯2。目前，照明LED的应用每年发展的速度超过20%，世界上的许多发达国家都开始大量应用LED照明。由于LED产业不断涌现新技术、新产品、新应用，呈现出了朝阳工业的欣欣向荣的景象，可以相信，半导体技术不仅不会被其他技
10、术取代，而且会继续沿着原来的轨道向前发展。半导体照明技术由于技术的先进性和产品使用的广泛性，已经被广泛认为是最具发展潜力的高科技领域之一6。半导体照明产业具有明显的节能和环保效果，也被认为是一个战略性的高技术产业。LED是一种新型半导体固态光源。它是一种不需要钨丝和灯管的颗粒状发光原件7。LED光源凭借环保、节能、寿命长、安全等众多优点在打造节能、环保型社会的大环境下当仁不让地成为照明行业的新宠，许多国家都开始推广LED的应用。LED的应用在照明领域是最令人振奋的，它将开创一个新的照明市场，很快会成为市场的主打产品。其实LED的技术不是刚出现的，在许多年前就已经出现，但是那个时候LED只是被用
11、作仪器和设备的指示灯8。近些年随着科技的突破，材料和芯片性能上都有新的改善和突破，使得LED的亮度和寿命都有了极大的改进，从而也推动了LED更为广泛的使用。普通白炽灯的寿命只有1000小时，而LED的寿命则高达50000小时，而且消耗的电量要少得多。根据美国Sandia国家实验室的研究，如果白光二极管系统能够普及，全世界照明用电的消耗将减少509。影响白光二极管系统普及的主要障碍还是它的亮度和价格，目前白光二极管的亮度不足以照亮整个房屋，而且其价格大约是白炽灯泡的10倍。LED照明技术的发展将带来更加明亮的光线和更少的能源消耗。随着经济发展，我国的照明用电还将有大幅度的提高，国家对绿色节能科技
12、的投入越来越大，LED照明是借助着这个大环境下才得以发展的。据中国绿色照明工程促进项目办公室专项调查，我国照明用电每年在3000亿度以上，用LED取代全部白炽灯和部分荧光灯10，可节省13的照明用电，相当于三峡工程全年的发电量。LED的应用十分广泛，应用在路灯照片、汽车尾灯、景观灯、液晶显示.本系统应用ATmeage16单片机作为总控制器，应用TSL2561照度芯片对室内的照度事实检测，通过LCD1602液晶对照度实时显示。当红外人体传感器检测到室内有人体信号且室内照度低于下限值时，LED灯会自动亮起并通过调节LED灯的亮度使室内的照度保持在一个人眼较为舒适的范围内，当人体信号消失时系统在延时
13、一段时间后如未再次检测到人体信号LED等将自动关闭。当室内照度达到系统设定上限时不管室内是否有人体信号，LED灯将自动关闭。同时通过外部按键和上位PC可对LED灯的开关和亮度实现调控。1.2系统流程图系统启动系统初始化TSL2561照度传感器红外人体感应PC串口通信外部按键传感器数值读取环境条件判断人为控制PWM信号输出BP2808恒流ICLED灯室内环境2 LED自适应调光传感系统的硬件设计2.1 自适应调光系统硬件设计LED的亮度与正向流过它的电流成正比， 可以调节正向电流小来调节 LED的亮度。 现在一般采用调节工作电流方式或者脉宽调制方式调节 LED的亮度。调节工作电流方式调节的范围大
14、、 线性度好， 但是功耗很大， 所以很少采用。脉宽调制方式是用较高的频率开关LED， 开关频率超出人一般能够察觉的范围， 给人一种 LED总亮的假象V= W， 现在普遍采用脉宽调制方式调节 LED的亮度。 实现 LED 自适应调光，需要实时自动采集室内环境照度，反馈给控制器，控制器根据现在室内环境照度调节 PWM 的占空比，进而调节 MOS 栅 I源电压控制流过 LED 的正向电流，使室内环境照度近似等于设定值，最终达到LED自适应调光。LED自适应调光原理如上图1所示。 图 1 LED 自适应调光系统主要包括控制器 aTmega16. 光传感器芯片 TSL2561、 LED调光电路和 LED 灯具这四个部分。 （1） 控制器 控制器 ATmega16 是 AVR系列中最具有代表性的一款单片机。它采用精简指令集结构、 运行速度快， 并且包含 PWM 信号输出、I2C 总线等多种功能。 (2) 传感器AVR单片机的硬件连接及介绍 高性能、低功耗的8位AVR 微处理器。采用先进的RISC 结构，具有131条指令且大多数指令执行时间为单个时钟周期，32个8位通用工作寄存器，全静态工
