第一篇：光照控制自动调光台灯工作原理及设计
工作原理 ：该灯电路见图1。当开关S拨向位置2时，它是一个普通调光台灯。RP、C和氖泡N组成张弛振荡器，用来产生脉冲触发可控硅VS。一般氖泡辉光导通电压为60－80V，当C充电到辉光电压时，N辉光导通，VS被触发导通。调节RP能改变C充电速率，从而能改变VS导通角，达到调光的目的。R2、R3构成分压器通过VD5也向C充电，改变R2、R3分压也能改变VS导通角，使灯的亮度发生变化。
当S拨向位置1时，光敏电阻RG取代R3，当周围光线较弱时，RG呈现高电阻，VD5右端电位升高，电容C充电速率加快，振荡频率变高，VS导通角增大，电灯两端电压升高、高度增大。当周围光线增强时，RG电阻变小，与上述相反，电灯两端电压变低，高度减小。
这个自动调光台灯能根据周围环境照度强弱自动调整台灯发光量。当环境照度弱，它发光亮度就增大；环境照度强，发光亮度就减暗。
调试时，将RP调到阻值为零位置，S置于位置2，用万用表测电灯两端交流电应在200V以上，如低于200V可略减小R1或增大R3阻值，使之达到要求。光敏电阻RG应安装在台灯底座侧面台灯光线不能直接照射的地方，用来感受周围环境照度。调光台灯的灯泡宜用40W的白炽灯。调整好的电路即可投入使用；S拨向2为普通调光台灯，调RP可选择适当的高密度；S拨向1为自动台灯，先调RP选择好适当亮度，如环境照度变暗时，台灯亮度会逐渐变亮，增大照度。
第二篇：五年级科学《调光小台灯》教学设计及反思
五年级科学《调光小台灯》教学设计及反思
一、教学目标： 知识与技能
1、初步了解“利用铅笔芯使调光小台灯实现调光”的技术手段。
2、进一步学习电路的连接、组装等。方法与过程
1、观察台灯的组成部分，培养学生善于观察、善于提问的能力。
2、讨论、交流设计方案，明确调光台灯的制作步骤和方法。
3、拓展延伸，主动探究便于调节台灯亮度的方法。情感态度与价值观
1、通过观察生活中常见的调光开关，引导学生善于观察、善于发现，培养他们善于提出问题、善于解决问题、善于反思的能力。
2、在设计和制作活动中，培养学生良好的劳动习惯。
二、教学准备： 教师材料、工具
基本电路模型、木板、吸管、小电珠、电池、电池夹、自攻螺丝、导线、回形针、铅芯、导线、剪刀、十字螺丝刀等。
学生材料、工具
调光小台灯模型材料包（木板、吸管、小电珠、电池、电池夹、自攻螺丝、导线、回形针、铅芯、导线）
剪刀、十字螺丝刀。
三、教学过程：
一）复习旧知、导入新课
1、复习旧知(P2)
2、揭示课题。
3、回忆旧知 二）设计调光装置
普通电路、铅芯、回形针、实物投影仪。
1、出示普通小台灯模型的电路，引导学生观察其结构。
2、加入铅芯和回形针，变成调光开关，引导学生观察变化。
3、组织大组交流。
1）观察普通小台灯模型电路，了解其结构组成和开关。2）仔细观察调光开关的变化及调光的效果。
能够通过观察了解普通小台灯和调光小台灯的电路结构组成、开关的结构。在讨论交流过程中，学会表达、倾听 三）绘制草图
调光小台灯学习单、实物投影仪。
1、观察调光小台灯结构，组织学生讨论填写学习单。
2、引导学生尝试摆弄，设想调光小台灯模型的结构，组织学生进行讨论。
3、组织学生绘制设计草图。
1、分析调光小台灯结构，填写学习单。
2、尝试摆弄，设想调光小台灯模型结构，并讨论交流。
3、绘制设计草图。
能够设想调光小台灯的电路连接步骤，并通过尝试摆弄，预想制作过程中的困难，并在互助学习中培养勇于克服困难的习惯。
四）组织竞赛、开展制作
十字螺丝刀、剪刀、木板、吸管、小电珠、电池、电池夹、自攻螺丝、导线、回形针、铅芯、导线。
1、组织学生开展制作竞赛。
2、巡视指导。
1、开展调光小台灯制作竞赛。选择合适的工具、方法开展加工制作。五）欣赏作品相互评价 书本、实物投影仪。
1、组织学生欣赏各自完成的调光小台灯模型，根据评价表上的指标开展自评和互评。
2、组织学生推荐优秀作品，并交流对作品的评价。
1、欣赏各自完成的调光小台灯模型，根据评价表上的指标开展自评和互评。
2、展示各组优秀作品，并交流对作品的评价。学会客观评价自己和他人的作品 能大胆表达自己对优秀作品的评价 六）反思作品、改进创新
调光小台灯模型范作等。
1、组织学生反思作品，开展创新改进设想。
2、组织学生交流设想。
3、出示调光小台灯模型范作，拓展小结。
1、反思作品，开展创新改进设想
2、交流设想图纸
学会反思，并通过文字、图片等形式开展创新改进设想 学会交流设想意图 小台灯教学反思
《调光小台灯》一课是五年级第二册教材中的第七课，本课围绕调光小台灯的调光开关设计、电路连接设计、外观改进展开教学活动，旨在引导学生了解调光开关的结构与材料，讨论其加工及组装程序，并开展制作、评价和改进，以此培养学生良好的设计制作习惯：了解结构——了解材料——设想步骤——开展制作——试用评价——改进创新。
由于调光开关的结构和铅芯可以用作控制电流大小的材料是学生之前没有的知识。所以本课的设计思路是由调光小台灯与普通台灯的灯光对比入手，让学生观察灯光的不同，从中获得调光开关可以控制灯光这个现象，并引出设计一个调光小台灯模型这个想法。随后在充分讨论的基础上引导学生认识调光开关的结构，利用提供的材料设计调光开关，小组讨论调光小台灯模型电路和基本结构的设计，然后按步制作。制作过程中，个别学生可能会提出铅芯无法与木板连接这个问题，可请学生根据这个问题进行思考解决。完成作品后，由各小组开展自评和互评，并针对各自的调光小台灯开展反思，提出改进设想，并大组交流。
因为吸管与木板的连接，吸管与小电珠的连接等是本课的教学难点，所以学生在连接上还存在着一定的困难，加上用铅芯来作为台灯的调光设计，学生不是很能理解，所以没能在课内把这个调光台灯做完。
通过本课学生的实际，发现在今后的学生实际操作上，将每一步的操作过程事先分析清楚，免得学生做错了再修改。对于学生在劳技上所需要的劳动工具将及时和学校联系，进行一定的补充，以便更好地完成教学任务。
第三篇：电力电子技术调光台灯的设计报告
目录
调光台灯的设计........................................2 1.设计目的...........................................2 2.调光灯电路.........................................3 3.元器件选择.........................................3 4.元器件认识.........................................4 4.1 单向晶闸管......................................4 4.1.1 单向晶闸管的工作特点：......................4 4.1.2 单向晶闸管的主要参数........................4 4.1.3 单向晶闸管简易检测..........................5 4.1.4触发电路...................................6 5 电路仿真............................................9 6 总结：..............................................9
调光台灯的设计
1.设计目的
电力电子技术是研究应用电力半导体开关器件实现电能的变换及控制的一门技术，又称为功率电子技术。它有4种电能转换方式：AC→DC，DC→AC，AC→AC，CD→DC。电力电子技术的创新已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域投入了大量的人力、物力和财力进行研发。电力电子技术的作用及发展：
(1)优化电能使用。
(2)改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。
(3)电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破 工频传统，向高频化方向发展。
(4)电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。2.调光灯电路
各组成部分作用如下：
• 整流电路——将交流电变成单方向的脉动直流电。• 触发电路——给晶闸管提供可控的触发脉冲信号。
• 晶闸管——根据触发信号出现的时刻（即触发延迟角α的大 小），实现可控导通，改变触发信号到来的时刻，就可改变灯泡两端交流电压的大小，从而控制灯泡的亮度。
3.元器件选择
表1 调光台灯电路元件明细表 序号123分类VD1～VD4VUVTR1、R3R2名称整流二极管单结晶体管晶闸管电阻器电阻器电阻器灯泡电容器带开关电位器型号规格IN4007BT333CT151100Ω470Ω1kΩ220V、25W0.1μF100kΩ实验板（万能板）、导线数量41121111145678R4HLCRP其他
4.元器件认识
4.1 单向晶闸管
4.1.1 单向晶闸管的工作特点：
1）单向晶闸管的导通条件是阳极与阴极间加正向电压，同时在门极与阴极间也加上正向电压。
2）晶闸管一旦导通后，门极即失去控制作用。要使导通后的晶闸管关断，可将阳极电压降低到一定程度或改变阳极电压的极性。3）晶闸管具有以弱电控制强电的作用，即利用弱电信号（即触发信号）对门极的控制作用，就可使晶闸管导通去控制强电系统 4.1.2 单向晶闸管的主要参数
（1）断态重复峰值电压UDRM ：结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压URRM ： 结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的反向峰值电压。
（3）通态平均电流IT(AV)：在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值，允许通过的工频正弦半波电流的平均值。（4）通态平均电压UT(AV)：结温稳定，通过正弦半波额定的平均电流，晶闸管导通时，阳极A和阴极K间的电压平均值，习惯上称为导通时的管压降，一般为1V左右。
（5）维持电流IH ：在规定环境温度下，门极断开时，维持晶闸管继续导通所必需的最小电流。4.1.3 单向晶闸管简易检测
1）极性的判断
将万用表置于“R×1k”或“R×100”挡，如果测得其中两个电极的正向电阻较小，而交换表笔后测得反向电阻很大，那么以阻值较小的一次为准，黑表笔所接的就是门极G，而红表笔所接的就是阴极K，剩下的电极便是阳极。
2）质量的判断
将万用表置于“R×10”挡，黑表笔接阳极，红表笔接阴极，指针应接近∞，如图1所示。当合上S时，表针应指很小的阻值，约为60～200Ω，表明单向晶闸管能触发导通；断开S，表针回不到∞，表明晶闸管是正常的（有些晶闸管因为维持电流较大，万用表的电流不足以维持它导通，当S断开后，表针会回到∞，也是正常的）。如果在S未合上时，阻值很小，或者在S合上时表针也不动，表明晶闸管质量太差或已击穿、断极。
4.1.4触发电路
单结晶体管等效电路图
(1)单结晶体管的基本特性 A、B1间的电压为：
UARB1RB1RB2UBBUBB 式中，η称为分压比，其值一般在0.3～0.9之间。(2)单结晶体管的导通条件是：
UE﹥η UBB + UD(UD为PN结的正向压降)结论：只要改变UE的大小，就可以控制单结晶体管的导通与截至。从而获得从RB1输出的脉冲电压。(3)单结晶体管触发电路
工作原理：
电源接通后，通过可调电阻RP和电阻R3给电容C充电，当电容充电电压UE上升到大于ηUBB + UD时，单结晶体管导通，C迅速放电，在R2上形成一个很窄的正脉冲。此 图7-21 单结晶体管触发电路时电容C两端的电压几乎为零。第一个周期过后，由于UCC继续通过RP和R3给电容C充电，这样连续不断重复上述过程，从而获得晶闸管所需要的触发脉冲电压调光灯电路结构及工作过程
工作过程：
接通电源后，交流电经桥式整流后给单向晶闸管阳极提供正向电压，并经过R2、R3加在单结晶体管的基极上，同时经过电阻R1、RP和R4给电容器C充电，当C两端的电压大于单结晶体管的导通电压时，单结晶体管导通，给晶闸管提供一个触发脉冲信号，调节电位器RP，就可以改变单向晶闸管的触发延迟角α的大小，改变单结晶体管触发电路输出的触发脉冲的周期，从而即改变输出电压的大小，这样就可以改变灯泡的亮暗。5 电路仿真 总结：
这次设计我们完成了对于设计的基本要求，但由于对一些元器件的了解甚少，一些地方的连接方式是参照典型连接方式的，或许不是本设计最为理想的连接方式！为此，我认识到基础知识十分重要，往后的应进一步努力巩固和理解基础知识和基本原理。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
第四篇：基于PWM调光的智能多功能台灯设计文献综述
本科毕业设计（文献综述）
题 目 基于PWM的智能多功能台灯设计 姓 名 韦 洋
专 业 自动化 学 号 201042004 指导教师 曹 卫 锋
郑州科技学院电气工程学院 二○一四年五月
文献综述
基于PWM的智能多功能台灯设计文献综述 前言
台灯是每个家庭的生活必需品，而普通的台灯功能简单，用途单一。随着电子科技的发展，台灯作为人们经常使用的生活必需品也有着很大的发展。逐步朝着多功能化，智能化的方向发展。根据自身所学知识结合实际情况制作一种智能台灯，主要实现台灯的基本照明功能功能，能够智能的调节台灯亮度，能够显示室内温度，拥有万年历时钟功能。随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化多功能化。台灯的发展的发展背景
虽然按键式的台灯还是台灯市场的主体。但是，随着现代电子技术的发展和人们的需求变化，传统的台灯已经感受到产品更新换代的威胁。与其他的智能化家用电器一样，智能化台灯有许多普通按键台灯所无法比及的优势，智能化台灯一方面可以更节省电能，有利于环保。现今台灯种类样式繁多，灯泡分为：节能灯，白炽灯，LED灯泡。控制方式有：开关控制，触控式，亮度可调式，甚至声控。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[1]。基于白光LED 的固态照明，是一种典型的绿色照明方式[2]。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。基于PWM调光的智能LED台灯的发展现状
自LED光源进入通用照明领域，逐渐取代传统光源，日益占据照明的核心领域。其除了耗能少、无污染、不含汞、寿命长等优点外，可控性强是LED光源区别于传统光源的鲜明特点。因此，充分发挥LED的先天优势，让LED按
文献综述
照人们的照明需求，随时“可控可调”，将使LED更为快速的占据照明领域的核心地位。而如何实现成本可接受的“可控可调”，将非常关键。
调光的需求可以大体分为三类：一是功能型调节光线的需要，如进门的玄关、会议室等；二是家居生活中舒适性和生活格调的体现，比如对灯光的明暗搭配，色温冷暖，既可以根据环境的需要进行调节，也可以起到烘托氛围的作用；三是环保节能的需要，比如公共场所的节能需求。比如停车场照明、商场照明、道路照明等。
目前常见的调光技术主要有：1采用直流电源LED 的调光技术。2采用脉宽调制（PWM）来调光。3用可控硅对LED 调光。按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择。
方案一：采用直流电源LED 的调光技术
如果需要要改变LED 的亮度，实现起来相对来说比较容易。发光二极管具有单向导电性是由电流驱动的器件，因为LED 的亮度是取决于通过它的电流，在一定范围内电流越大其亮度越亮，反之则越小。调节LED 的亮度只需要调节电流大小，而LED工作电流很小通常需要串接限流电阻，所以当我们改变其限流检测电阻就能实现改变其电流大小从而改变LED的亮度。但是通常限流检测电阻阻值非常小，用一个很小阻值的电位器来调节电流，操作起来很难实现电流调节。所以一般不采用调节电阻大小来实现调节电流。因此为了实现电流调节，有些芯片提供一个控制电压接口，通过改变输入的控制电压就可以改变其输出恒流值。这样实现起来就比较容易。然而用调正向电流的方法来调亮度会产生一些问题，那就是在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温。调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题。长时间工作于低亮度有可能会使降压型恒流源效率降低温升增高而无法工作。调节正向电流无法得到精确调光。
方案二：采用脉宽调制（PWM）来调光
LED 是一个发光二极管，它可以快速实现开关。这一特点是其他的发光器件所无法比拟的。因此，我们需要把供电源改成脉冲恒流源，改变电源脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度[3]。种方法称为脉宽调制（PWM）调光法。假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比D（或称为孔度比）就是ton/tpwm.改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED 的亮度。简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法[4]。通过高分辨率计数器的使用，文献综述
方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的[5]。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。脉宽调制调光的优点：
1、不会产生任何色谱偏移。
2、PWM调光具有极高的调光精确度。
3、可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM 信号。
4、PWM调光能够通过软件的方式比较容易实现，使用范围广阔。
方案三：可控硅调光
普通的照明灯具通常采用可控硅来调光，例如白炽灯和卤素灯。因为他们基本是一个纯阻器件，以这样纯阻器件为照明工具的灯光系统对输入电压没有要求，输入电压是否是正弦波交流电对其没有任何影响。通过纯阻器件的电流和电压波形是完全一致的，所以不管电压波形如何偏离正弦波，所以改变输入纯阻器件电压的有效值，就可以调光。但是可控硅却不能对以LED为照明器件的照明系统进行调光。因为LED并不是一个纯阻性的器件。
香港理工大学电子与资讯工程系研究人员最近开发出高性能LED驱动器，可使LED灯更亮更节能。这种新驱动器采用创新的多级PWM技术为LED灯供电，与当下LED产品采用的PWM和线性驱动器相比，这种技术显著改善了光质量和能效。这种方式不局限于LED驱动器，并可提供比PWM或恒流模式更多的好处和选择。采用传统的PWM方式，LED接受的电流是脉冲式的，而不是直流。这种驱动电流以人眼所无法察觉的速度快速开关。以脉冲电流为LED供电使得光输出更容易控制。由Lai Yuk Ming博士、Loo Ka Hong博士以及MichaelTse教授所成立的研究团队，他们对PWM方式进行了转变。脉冲式操作是以最大化光输出同时最小化热能耗的方式进行的重新设计。从而得到更高光效(lm/W)。Loo Ka Hong博士认为，他们的技术可以再节能15%。
综述来说LED调光最好采用的技术是PWM调光。采用PWM 调光时，可以运用微控系统，例如单片机，通过程序可以预先设置好灯光的亮度等级，然后通过调节等级就能实现对灯光的亮度的调节。PWM 调光是可以直接应用于调光型台灯的[6]。因此最终选择PWM调光。
文献综述 基于PWM智能多功能台灯的设计要求和方法
4.1设计要求
功能要求：台灯能够自动调整光强亮度，检测环境温度，显示日历具有闹钟定时功能。
硬件要求：整个系统的硬件部分包括单片机，键盘、显示和信号输出等。
具体要求如下：台灯功率1.8W。能够用按键调节台灯亮度，总共分为十级亮度。能够显示时间日期，星期，台灯亮度，温度，能够进行闹钟定时，能够修改时间日期。
4.2 基于PWM调光的智能LED台灯设计的实现
通过查阅资料，图书馆中的文献，以及一些刊物，了解别人的设计思想和方法，借鉴一些别人的好的思想方法和一些应用比较成熟的电路。进行自己的构思。单片机作为现在许多电子产品的微控制[7]，虽然单片机的品种，规格越来越多。但是52系列单片机仍然是八位单片机应用领域的主要机型。其功能也越来越强大。用52单片机作为智能台灯的控制器，也具有很多优势。通过单片机系统将各个电路模块有机的结合起来。形成一个完整的电路系统。从而实现智能台灯的操作。
此次设计的智能台灯将有以下几个电路模块组成：时钟系统，测温系统，显示系统，恒流LED驱动系统[9]，蜂鸣系统，主控系统，按键系统。硬件电路的设计当然少不了软件的支持。Proteus,keil C51等仿真软件的出现为单片机和硬件电路的仿真提供了很大的便利。Proteus软件能够非常逼真的进行单片机的仿真。为电路的设计提供了理论保障。
硬件电路的实现需要软件的支持单片机的编程可以用汇编语言或是高级语言。而C语言是常用的一种高级语言。程序的设计需要考虑硬件功能的实现。掌握设计程序的思路，学会用计算机语言编写程序，以实现所需处理的任务：
1、重点掌握单片机的基本知识，工作原理，能够掌握用单片机作为微处理器的电路设计。
2、熟悉DS1302时钟芯片的特性和工作原理。
3、熟悉DS18B20温度集成模块的特性和工作原理，掌握其应用。
4、熟悉字符型液晶显示模块1602 的[8]
文献综述
使用，了解显示模块的各个引脚的用途，接法[10]。
5、LED灯采用恒流驱动芯片PT4115的工作原理作用，以及各个引脚的接法[3]。
6、熟悉了解PWM的原理，明白如何通过脉宽调制来进行调光[4]。
7、能够熟练掌握用C语言进行程序设计进行编程。
8、硬件电路的实现。研究手段：本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。
9、在论文写作工程中尽量做到贴近现实在大量资料的基础上做到真实可靠，发现问题解决问题。在做作品的时候尽量做到多练习，电路做到尽量简单可靠，设计美观，节约成本，实用。总结
随着科技的发展，将来所有的家用电器都将在一个智能控制系统下工作。通过主控系统将家庭所有电器，电子产品有机的联合起来，形成一个智能化的网络。通过互联网实现远程监控。使生活变得更加方便快捷。所以我们认为家居生活的发展方向是：应用简单可靠的系统，通过高智能的精准控制和协同，让生活变得更简单更舒适更节约。LED台灯是家常电器之一，随着现代科技的进步，LED台灯的类型也越来越多。LED台灯的构造、技术等更加符合广大用户的使用，能起到环保、省电、护眼、耐用多功能等，适合于的场所包括有酒店、酒吧、房间、咖啡厅、客厅、办公室、书桌。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。而具有智能调光功能多用途的LED照明系统将会拥有更加广阔的前景。
文献综述
参考文献
[1] 赵国强.智能台灯[J].科学启蒙，2007，第Z1期
[2] 陈宜建.智能发光二极管照明控制器设计[J].光源与照明，2012，第三期
[3] 黄建华，侯建国.一种节能型LED驱动电路的设计[J].照明工程学报，2008，第三期 [4] 王雁.基于PWM控制的LED亮度调节方法[J].科学与财富，2011，第五期 [5] 位永辉,杨威.基于BISS0001的智能台灯设计[J].电子元器件应用，2010，第7期 [6] 周航慈.单片机应用程序设计技术[M].北京航空航天大学出版社,2011，37~48 [7] AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999.dec [8] Vizimuller, P.: ‘RF design guide-systems, circuits, and equations’(ArtechHouse, Boston，MA,1995)[9] 程安宁，王晋.白光LED的PWM驱动方式分析[J].电子设计工程,2010(2)[10] 赵亮.液晶显示模块LCD1602应用[J].电子制作,2007，17（3）
第五篇：基于C51单片机和PWM调光的LED台灯设计
摘要
LED台灯作为LED绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品。在实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费；在周边亮度小时LED灯不能提供足够和恰当的光度。本文介绍了以STC89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
关键词
LED台灯 光度 PID PWM调光 自动调节
原创性声明
本设计所用到的程序代码和电路均是来自本团队，如没有经过允许，不得复制和转载。
目录
前言··············································4 总体方案设计······································5 硬件设计··········································5 软件设计··········································9 总结·············································12 附录1：作品照片··································13 附录2：程序·······································15
前言
LED照明又称固态照明，作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术，具有节能、环保、安全可靠的特点，固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源，代表照明技术的未来。发展新固态照明，不仅是照明领域的革命，而且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。
LED台灯就是以LED(Light Emitting Diode)即发光二极管为光源的台灯，LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED台灯是典型的绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品，具有广阔的应用前景。
在实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费。另外一方面，因为LED的发热量和电流存在正相关的关系，发热影响了LED的寿命，所以在不必要的亮度下也减少了LED的寿命。然而，当LED在周边亮度小时，LED灯不能提供足够和恰当的光度，这样又影响了阅读，造成视觉疲劳。
PWM方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。
本文介绍了以STC89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
一、总体方案设计
基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制和自动控制。在手动控制时，分为三档，输出不同的PWM占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的手动调节。
在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的自动调节。总体框图如下（图1.1）:
图1.1
二、硬件设计
硬件设计总体框图如下：
图2.0
1、主控电路： 主控电路采用STC89C51作为主MCU。STC89C51是一款八位，片内有ROM/EPROM的单片机，其硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。这种芯片构成的最小系统简单、实用﹑可靠。用STC89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如下图（图2.1）所示。本设计所选用的晶振为12MHZ，晶振电容为30PF。
图2.1
2、LED驱动
LED的亮度受电流控制，通过控制电流调节LED灯的亮度。利用公式ILtONTI可知，利用调整PWM不同的占空比就可以控制电流的大小。电流通断的变化用NMOS管K2717实现，三极管9014提供驱动K2717的电流，PWM由P2.0输出，低电平有效。如下图（图2.2）所示：
图2.2
2、手动控制
KEY4变化控制的方式，KEY4为自锁按键，按下为手动控制，弹起为自动控制。手动控制时可以分为三档，对应与KEY1~3三个按键。如下图（图2.3）所示：
图2.3
3、自动控制
<1>光敏电阻反馈部分
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。因此，不断采集光敏电阻对地的电压便可以获知台灯周边光强的变化。如下图（图2.4）所示：
图2.4 <2>ADC0809模数转换部分
ADC 0808和ADC 0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
如下图（图2.4）所示，ADC0809的参考电压设置成5V，时钟信号通过单片机P3.3口利用定时器中断输出。光敏电阻的对地电压从IN3口输入，ADC0809将其转换成数字量后通过OUT1-7输出，以便单片机进一步处理。
图2.5
三、软件设计
1、总体框图
图3.1 8
2、主要程序
<1>按键扫描
不断扫描按键判断是手动控制和自动控制。程序代码：
void keyscan(){
ad();
if(key==1)
//key4松开，a恒为0 ,通过读c的值确定b的值
{
if(c<0.40)
last=0;
else if((c>=0.40)&&(c<2.0))
last=2;
else if((c>=2.0)&&(c<3.0))
last=5;
else if((c>=3.0)&&(c<4.0))
last=7;
else
last=10;
}
if(key==0)
//key4按下，{
if(key1==0)
{
delayms(10);//去抖
if(key1==0)
last=1;
}
if(key2==0)
{
delayms(10);
if(key2==0)
last=6;
}
if(key3==0)
{
delayms(10);
if(key3==0)
last=10;
}
}
}
手动控制 9
<2>AD转换
定时器1产生CLK信号，定时时间为2us,亦即CLK周期为0.4us。程地址为011，即IN3口输入。利用公式getdata*1.0/255*VREV+对数字量进行变化。程序代码如下：
void ad(){
} ST=0;//关闭转换 OE=0;//关闭输出 ST=1;//开启转换 ST=0;//关闭转换 P34=1;//选择通道0 P35=1;P36=0;while(EOC==0);//判断是否转换结束:是则执行以下语句,否则等待 OE=1;//开启数据输出允许
getdata=P0;//将数据取走,存放在变量getdata中
OE=0;//关闭输出
c=getdata*1.0/255*4.85;//电压值转换,5V作为参考电压,分成256 <3>PWM调节
定时器0控制PWM周期和占空比。程序代码如下： void into(void)interrupt 1 { TH0=(65536-500)/256;TL0=(65536-500)%256;
count++;if(count>CIRCLE)
{ count=1;}
if(count<=last)pwm=0;//占空比,使用反相器应为1 else
pwm=1;
四、总结
基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制和自动控制。在手动控制时，分为三档，输出不同的PWM占空比实现了对光度的手动调节。在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比实现了对光度的自动调节。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读。
同时，在本次课程设计中，主要有以下体会：
1、对LED的驱动有进一步的了解，明白了如何对LED进行规定电流驱动，并通过输出不同的占空比来调节LED的亮度，从而对LED的耗电进行相应的管理；
2、进一步掌握了AD转换原理以及相关芯片的应用，通过ADC0809对外界的模拟量进行转换。
3、培养了自己的团队意识，能够比较好的和队员就项目进行及时的沟通，在分工和整合方面做的不错。附录1：作品照片
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