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 在当今数字化时代，家庭照明设备不再仅仅承担提供光源的基本职责，它们还被赋予了更多的智能功能和节能环保的特点。为了适应这种市场需求，本文介绍了一种基于PWM（脉冲宽度调制）调光技术的多功能LED台灯电路设计。这种设计以AT89S51单片机为核心，配合PT4115大功率LED恒流驱动方案，不仅实现了对LED台灯的PWM调光控制，还集成了时间日历、温度检测、液晶显示、声光闹钟等多项实用功能。 文档指出，LED因其高效节能、绿色环保、使用寿命长等特点，已经成为照明技术发展的未来趋势。全球能源危机和气候变暖问题的加剧，使得绿色节能照明研究愈发受到重视。在这种背景下，LED作为固态冷光源的代表，正逐渐取代传统照明光源，成为普通照明领域的首选。 然而，目前市场上多数台灯产品存在效率低下、能耗高、调光困难等问题，无法满足现代家庭对多功能、智能化的需求。本设计的多功能LED台灯在解决这些问题的同时，还考虑了环保和节能，提供了创新的解决方案。 在硬件电路设计方面，该系统主要由20只5mm高亮度白光LED灯珠作为光源，AT89S51单片机作为主控芯片，以及LED恒流驱动系统、时钟系统、测温系统、液晶显示系统、蜂鸣系统和按键系统组成。系统结构框图清晰展示了各子系统之间的连接关系。 单片机主控系统采用高性能的AT89S51芯片，通过多个端口与外围设备相连，实现了对台灯多种功能的控制。例如，P0口用于连接时钟芯片和液晶屏数据接口，P2和P3口则负责与各种传感器和控制模块的连接。其中，PWM调光信号通过P1.1口输出，与PT4115的DIM端相连，实现了对LED亮度的精确控制。 恒流驱动系统的核心是PT4115芯片，它是一款性能优异的恒流源芯片，具有宽电压输入和高转换效率的特点。这使得它能够稳定地驱动20只LED灯珠，提供稳定、高效的照明效果。 此外，系统还具备声光闹钟功能。当闹钟设定时间到达时，台灯会自动点亮并发出蜂鸣声，有效地唤醒用户。同时，用户还可以通过按键系统轻松设定和修改闹钟时间，调整LED的亮度，以及查看液晶显示屏上实时显示的时间、日历和环境温度信息。 整个设计不仅在硬件上巧妙布局，软件设计也同样重要。软件程序的编写保证了系统的稳定运行和各功能的正确实现。例如，系统需要能够准确地读取时间信息、监控环境温度，并根据用户需求调整亮度。 实验结果表明，这款多功能LED台灯不仅实现了稳定高效的照明，还提供了丰富的功能，满足了家庭实际应用的要求。它不仅是一个照明工具，更是一个集时间管理、环境监测于一体的智能设备。 本文介绍的PWM调光的多功能LED台灯电路设计，体现了现代照明技术与智能化的完美结合。它不仅符合国家提倡的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求，而且具有很高的实用价值和广阔的市场前景。随着未来照明技术的不断进步和人们环保意识的增强，这种类型的LED台灯必将逐步取代传统台灯，成为家庭照明设备的新选择。