大学生电子设计大赛-PWM调光的多功能LED台灯电路设计.pdf

PWM 调光的多功能 LED 台灯电路设计 LED（发光二极管）作为一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源 无法比拟的优点，代表着未来照明技术的发展方向。本文设计了一种以 AT89S51 单片机 为核心的家用多功能白光 LED 台灯系统，采用 PT4115 大功率 LED 恒流驱动方案， 可实 现对 LED 台灯的 PWM 多级调光控制；同时，系统兼有时间日历、温度检测、液晶显示、 声光闹钟等多项功能。 本文详细给出系统的硬件与软件设计过程。 实验证明， 该多功能 LED 台灯稳定高效，功能丰富，能够满足家庭实际应用的要求。 0 0 0 0 引言 随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话 题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗 中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的 照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED 作为一种固 态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光 源。基于白光 LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、 环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的 "建设资源节约型和环境友好型社会"的要求。可以预见不久的将来，LED 必然会进入普通 照明领域取代现有的照明光源。 目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、 不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；而且部 分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活 的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以 AT89S51 单片机为核心的多功能白光 LED 台灯系统，采用 PT4115 大功率 LED 恒流驱动方案，可实现对 LED 台灯的 PWM 调光 控制；同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的 同时，为家庭使用提供了极大的便捷。 1 1 1 1 系统硬件电路设计 该多功能 LED 台灯系统采用20 只5mm 高亮白光 LED 灯珠为光源，以 AT89S51 单片机为主控芯片，由 LED 恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系 统、按键系统组成。系统结构框图如图1 所示。 该系统可具体实现 LED 台灯的10 级 PWM 调光控制；液晶屏实时显示时钟、日历与 环境温度信息；闹钟功能采用声光报警方式，即一旦到达闹钟时间，LED 台灯自动点亮， 并发出蜂鸣声报警，以唤醒用户；用户可通过按键系统实现对时钟日历与闹钟参数的设置、 LED 亮度的调节以及闹钟报警的解除。 图1 系统结构框图 1.1 1.1 1.1 1.1 单片机主控系统 本设计主控系统采用 ATMEL 公司的高性能 AT89S51 芯片实现，其 P0 口外接10K 的上拉电阻，P0.0~P0.7 同时作为 DS12C887 的数据接口与液晶1602 的数据接口。 P2.0~P2.3分别连接 DS12C887 芯片的片选端 CS、地址选通输入端 AS、数据选择端 DS 与读/写输入端 R/W,P3.2 连接其闹钟中断请求输出端 IRQ.P2.5~P2.7 分别连接液 晶1602 的使能端 EN、数据/命令选择端 RS、读/写选择端 RW.P2.4 作为蜂鸣器控制端。 P3.0 作为 DS18B20 的信号输入端。 P3.1、 P3.4、 P3.5、 P3.6 与 P3.7 作为 S2~S6 按 键系统。P1.1 作为 PWM 信号的输出端并连接 PT4115 芯片 DIM 端，用于 PWM 调光 控制。系统晶振电路由12MHZ 晶振与两个30PF 电容组成；复位电路则由 S1 按键、10K 电阻与10uF 电解电容构成。主控系统电路如图2 所示。 图2 单片机主控系统电路图 1.2 1.2 1.2 1.2 恒流驱动系统 本设计 L ED 光源采用相互并联方式，共由20 只5mm 高亮度小功率 LED 灯珠组 成；每只 LED 灯珠的压降约3.1V,工作电流约20mA.由白光 LED 的正向伏安特性可知， 当 LED 端电压超过其正向导通电压后，较小的电压波动都会导致工作电流的的剧烈变化， 从而影响 LED 的正常使用，固 LED 宜采用恒流驱动方式。因此，本设计 LED 采用高性 能 PT4115 恒流芯片驱动，PT4115 是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源芯片， 能 将直流电压直接转换成稳定的恒流输出；其采用6~30V 宽电压输入，输出电流可达1.2A, 转换效率高达97%,输出电流精度达 该文档介绍了一个基于PWM调光技术的多功能LED台灯电路设计，主要应用于大学生电子设计大赛。这个设计采用了LED作为光源，因为LED具有高效节能、环保、寿命长等优点，是未来照明技术的趋势。系统的核心是AT89S51单片机，配合PT4115大功率LED恒流驱动方案，实现对LED亮度的多级调光控制。 系统还集成了多个实用功能，包括时间日历、温度检测、液晶显示以及声光闹钟。这些功能使得台灯不仅能满足基本照明需求，还能提供时间信息和环境监测。系统结构由LED恒流驱动、时钟、温度检测、液晶显示、蜂鸣器和按键等子系统组成。其中，单片机的P0口同时连接DS12C887和液晶1602的数据接口，P2和P3口分别负责连接不同外围设备，如时钟芯片、温度传感器、液晶屏和蜂鸣器的控制。PWM调光通过P1.1口输出，与PT4115的DIM端相连，实现亮度调节。 恒流驱动系统使用了PT4115芯片，它可以将输入的直流电压转换为稳定的恒流输出，适用于驱动20只5mm高亮度的LED灯珠。PT4115具有宽电压输入范围、高转换效率和多种保护机制，确保了LED光源的稳定工作。 整个设计充分考虑了节能和实用性，通过集成多种功能，提高了台灯的使用价值，同时满足了现代家庭对于绿色节能和智能化的需求。实验表明，该系统稳定高效，适用于实际应用，为未来家庭照明提供了一种创新解决方案。