基于单片机控制LED灯亮度调节 邓宇锋

基于单片机控制LED灯智能亮度调节

系部：机电工程系

学生姓名：邓宇锋

专业班级：电气 11C3 班

学号： 6

指导教师：茅阳

2014年3月10日

声明

本人所呈交的基于单片机控制LED灯亮度调节，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期： 2014年3月10日

摘要

本文介绍LED灯智能亮度调节驱动电路设计，智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，既可减少由于过压所造成的照明眩光，使灯光所发出的光线更加柔和，照明分布更加均匀，又可大幅度节省电能，智能照明控制系统节电率可达20%-40%。智能照明控制系统它可在照明及混合电路中使用，适应性强，能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作，同时还将有效地延长灯具寿命和减少维护成本。

【关键词】：智能控制；LED；智能光补

目录

引言 (1)

一、智能的概述 (2)

（一）智能的定义 (2)

（二）智能的分类 (2)

二、LED发光二极管的认识 (2)

（一）LED的构造 (2)

（二） LED的发光原理 (3)

（三）LED的优势 (3)

三、LED亮度控制系统 (3)

（一）脉冲宽度调制 (3)

（二）调制LED的驱动电流 (3)

（三）线性调光法 (3)

四、单片机及程序设计 (3)

（一）概述 (4)

（二）单片机STC89C51芯片简介 (4)

（三）程序 (7)

此套控制分主程序与子程序，截取主程序代码在附件中。 (7)

五、控制系统电路设计 (7)

（一）LED驱动电路 (7)

（二）光电传感器的选择 (8)

（三）电气原理图 (9)

六、实物调试 (9)

总结 (1)

参考文献 (2)

谢辞 (3)

附件 (4)

引言

智能一词最早出现在手机上，早在2001年，世界著名手机制造商诺基亚就发布了搭载塞班系统的智能手机。当时掀起一股智能热，人们纷纷感叹道科技的力量，能将之前的“大哥大”，做的如此小，并且功能也更加丰富。2007年苹果公司发布iPhone手机更是将智能科技推向潮流。到现在2014年，科学家们将智能科技带入人们生活的步伐从来没有停止过。我却在使用智能手机的过程中发现，智能手机的屏幕会随着外界环境亮度改变而改变，已达到节能的作用。我想利用把这一技术用在灯光只能控制下，让灯光能随着外界的变化而变化，始终给人们一个舒适的光照，来达到护眼的目的。

一、智能的概述

（一）智能的定义

智能及智能的本质是古今中外许多哲学家、脑科学家一直在努力探索和研究的问题，但至今仍然没有完全了解，以致智能的发生与物质的本质、宇宙的起源、生命的本质一起被列为自然界四大奥秘。

近些年来，随着脑科学、神经心理学等研究的进展，人们对人脑的结构和功能有了初步认识，但对整个神经系统的内部结构和作用机制，特别是脑的功能原理还没有认识清楚，有待进一步的探索。因此，很难对智能给出确切的定义。而在仿生和模拟、超级计算机方面也有其特定含义。

（二）智能的分类

根据霍华德·加德纳的多元智能理论，人类的智能可以分成七个范畴：1.语言(Verbal/Linguistic) 2.逻辑 (Logical/Mathematical) 3.空间 (Visual/Spatial) 4.肢体运作 (Bodily/Kinesthetic) 5.音乐 (Musical/Rhythmic) 6.人际

(Inter-personal/Social) 7.内省 (Intra-personal/Introspective)

二、LED发光二极管的认识

（一）LED的构造

发光二极管简称为LED。如图2-1，由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）、氮（N）、铟（In）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，铟镓氮二极管发蓝光。

图2-1

（二）LED的发光原理

LED是一种能发光的半导体电子元件，可以把电能转化为光能。发光二极管是由一

个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N

区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近与N区的电子与P区的空穴复合，

产生自发辐射的荧光。

（三）LED的优势

由于LED只能往一个方向导通，当电流流过时发光，这叫做电致发光效应。具有寿

命长、不易破损、能耗低和体积小等优点，所以我将LED作为教室光源的主要材料。

三、LED亮度控制系统

控制LED灯管亮度是我此次毕业设计的核心内容，目前为止，控制LED灯管亮度的方法有以下几种

（一）脉冲宽度调制

经过调节使驱动电流呈方波状，其脉冲宽度可变，经过对脉冲宽度的调制转变为调

制LED灯管连续点亮的时间，也同时转变了输入功率，从而到达节能、调光的目标。频

率跟平常一样大概在200Hz~10KHz。因为人的眼睛视觉的滞后性，不会感觉得到光源在

调光过程中产生的闪耀现象。能改善LED的散热性能，缺陷是驱动电流的过冲对LED芯

片的寿命肯定有一定的影响。

该方法很有效,但是,相对一个被测物需进行两次耐压测试,增加了接触时间。

（二）调制LED的驱动电流

由于LED芯片的亮度与LED驱动电流成一定的比例关系，我们调节LED驱动电流就

可以控制LED灯管的明暗。

（三）线性调光法

当驱动电流线性增长或减小时，减小了驱动电流过冲过程中对LED芯片寿命的影

响，而且调光电路的抗滋扰性较强。

以上介绍了三种方法,我最能够理解的是第二种通过调制LED的驱动电流来调节，

但后来我查阅了一些资料，发现通过调节LED驱动电流来达到调节LED亮度会造成能耗

过大且这不是一种常用的方法，而通过调节脉冲宽度则是一种比较好的选择。

四、单片机及程序设计

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的

中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计

数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器

等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广

泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单

片机。