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(多图) 恒照度自适应调光的LED驱动器设计

刘珊?? 宫杰?? 鲍建宇?? 太原科技大学?? 2015年03月18日 ?? 收藏2
本文针对传统照明能效低、耗电量大等问题,设计了LED恒照度调光驱动器。系统使用恒流LED控制芯片NCL30160作为LED光源驱动电路,采用TSL2561光照度传感器采集室内光照度,通过处理器相应算法进行闭环控制,实现室内的恒照度调光。该算法实现了PWM波形平滑变化,避免因PWM突变造成闪光。同时,系统增加了人体运动控制,实现无人、有人时的不同调光方案,使设计进一步节能和智能化。

1 系统简介及工作原理

系统由PIC16F690单片机、TSL2561光照度传感器、LED光源和LED驱动电路4部分组成。由于LED的亮度与工作电流成正比,故调节工作电流即可调节LED的发光亮度。目前主要有调节正向电流和脉冲调制调光两种调光方法。由于脉宽调制调光具有不会产生任何色彩偏移、调光精度高、结合数字技术调光、调光范围宽、不闪烁等优点,故本文选用脉冲调制调光。

系统主要由TSL2561采集光照度反馈给PIC16F690处理芯片,经过PIC16F690进行相应的算法处理,输出随光照度规律变化的PWM波形,经过带有PWM接口的驱动电路驱动LED灯从而实现调光。系统框图如图1所示。

图1 恒照度调光的LED驱动器系统框图
图1 恒照度调光的LED驱动器系统框图

同时,在本系统中加入了人体运动控制以及按键控制,能够检测人体运动,实现在无人时自动关闭LED灯,进一步减少电能浪费;按键能够调节PWM波形的频率以及设定环境最大光照度,使系统更为人性化。

1.1 PIC16F690单片机

PIC16F690单片机具有高性能的RISC CPU、低功耗以及丰富的外设资源,能够满足本系统的硬件资源需求。由于该款单片机资源丰富,既满足系统需求,又不十分浪费资源,故降低了控制器成本。

1.2 TSL2561光照度传感器

TSL2561是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强度数字转换芯片。该芯片的应用能够提供最好的显示亮度并降低电源功耗。TSL2561具有以下几个特点:

①可编程配置许可的光强度上下阈值,当检测光照度超过阈值时能产生中断信号;

②数字输出符合标准的SMBus和I2C总线协议;

③可编程控制模拟增益和数字输出时间;

④超小封装和超低功耗;

⑤自动抑制50 Hz/60 Hz的光照波动。

TSL2561的内部结构如图2所示。其内部有两个光敏二极管通道,即通道0和通道1,其中通道0对可见光和红外线都敏感,通道1仅对红外线敏感。流过光敏二极管的电流经过积分式A/D转换器转换为数字量,转换完后将数字量存入芯片内部的寄存器中。积分式A/D转换器将在一个积分周期完成后自动进行积分转换过程。TSL2561可以通过对其内部16个寄存器设定来控制,该16个寄存器可通过标准的SMBus或者I2C总线协议访问。

图2 TSL2561的内部结构
图2 TSL2561的内部结构

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