设计分析・ 基于ＰＷＭ的ＬＥＤ调光系统设计 魏 雅（陕西工业职业技术学院信息工程学院，陕西咸阳 ７１２０００） 摘 要：作为一种新的、最有潜力的光源，ＬＥＤ照明以其节能、环保等的优势越来越受到人们重视。本文设计了一套ＬＥＤ光源调光系统，主要 包括Ｍｃｕ微处理器控制模块、输出调光控制模块等。采用微控制器输出ＰｗＭ控制信号实现ＰｗＭ全数字调光，进而使大功率ＬＥＤ亮度全范围调 光，可有效实现节能减排的目的。 关键词：ＬＥＤ光源；ＰＷＭ调光；微控制器；节能减排 ＬＥＤ Ｄｉｍｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｅ ＰＷＭ Ｗｅｉ Ｙａ（Ｓｈａｎｘｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｓｈａｎｘｉ Ｘｉａｎｙａｎｇ ７１２０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａ ｎｅｗ，ｍｏｓｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｓｏｕｒｃｅ，ＬＥＤ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｆｏｒ ｉｔｓ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｂｙ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｅｏｐｌｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｄｉｍｍｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ＭＣＵ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ，ｏｕｔｐｕｔ １ｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ＰＷＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ ｆｏｒ ＰＷＭ ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｍｍｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＬＥＤ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｆｕｌｌ ｒａｎｇｅ ｄｉｍｍｅ￣ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ；ＰＷＭ ｄｉｍｍｉｎｇ：ＭＣＵ：Ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ＬＥＤ作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放 调光驱动电路 电灯之后的第四代新光源，是一种典型的绿色照明方式，与传 从以上两点的问题分析，此方案是采用一个专业的ＬＥＤ恒 统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特 流芯片去给ＬＥＤ灯供电，采用的芯片型号为ＢＰ１３６０。ＢＰ１３６０采用 点。ＬＥＤ作为一种光源，调光是很重要的。为了进一步实现节能 专利技术的恒流控制方法使得ＬＥＤ电流精度高达±３％。ＢＰ１３６０ 减排的目的，所以更应该在各种类型的ＬＥＤ灯具中加上调光的功 内置功率开关，根据不同的输入电压，ＢＰ１３６０以驱动多颗１瓦或 能。本系统主要采用脉宽调制（ＰＷＭ）来调光。 单颗３瓦的ＬＥＤ。而其额定功率可以达Ｎ３ｗ，可以满足普通照明 １系统的硬件设计 的需要。如图２所示，因ＢＰ１３６０的ＤＩＭ为ＰＷＭ的调光端口，可以直 ＬＥＤ调光系统的组成框图如图１所示。 接接受ＰＷＭ信号，再输出控制ＬＥＤ。ＰｗＭ调节方式使得驱动电路更 简单，降低了制造成本，并可以获得较精确的亮度步进调节。 单片机卜＿＿ ＬＥＤ驱动电路卜＿—叫ＬＥＤ 图１ ＬＥＤ调光系统组成框图 硬件设计考虑到以下两点脉宽调频的问题： 因为ＬＥＤ是处于快速开关状态，假如工作频率很低，人眼就 会感到闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留现象，它的工作频率 —＝＝ 应当高于ｌＯＯＨｚ，最好为２００Ｈｚ。虽然２００Ｈｚ以上人眼无法察觉， 图２调光驱动电路 可是一直￣Ｏ２０ｋＨｚ却都是人耳听觉的范围。这时候就有可能会 听到丝丝的声音。解决这个问题有两种方法，一是把开关频率 ２微控制器输出ＰＷＭ控制信号实现ＰＷＭ调光电路 提高￣２０ｋＨｚ以上，跳出人耳听觉的范围。但是频率过高也会引 本系统采用ＰＷＭ软件法控制充电电流。该方法的基本思想 起一些问题，因为各种寄生参数的影响，会使脉冲波形（前后 就是利用单片机具有的Ｐｗ＾ｌ端口，在不改变ＰＷＭ方波周期的前提 沿）产生畸变。这就降低了调光的精确度。另一种方法是找出发 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 声的器件而加以处理。实际上，主要的发声器件是输出端的陶 占空比，从而控制充电电流。 瓷电容，因为陶瓷电容通常都是由高介电常数的陶瓷所做成， 本系统目前采用的是一个以ＡＴｍｅｇａ８微控制器芯片为核心 这类陶瓷都具有压电特性。在２００Ｈｚ的脉冲作用下就会产生机 的最小系统，如图３所示。ｈＴｍｅｇａ８是一种非常特殊的单片机，它 械振动而发声。解决的方法是采用钽电容来代替。不过，高耐压 具备ＡＶＲ高档单片机ＭＥＧＥ系列的全部性能和特点。由于采用了小 的钽电容很难得到，而且价钱很贵，会增加一些成本。 引脚封装（为ＤＩＰ ２８和ＴＱＦＰ／ＭＬＦ３２），再加上ＡＶＲ单片机的系统 内可编程特性，使得无需购买昂贵的仿真器和编程器也可进行 作者简介：魏雅（１９７３．３－），女，陕西人，硕士，副教授，研究方 单片机嵌入式系统的设计和开发。因其具有丰富的外部接口， 向：电子信息。 可实现任意＜１６位、相位和频率可调的ＰｗＭ脉宽调制输出，所以 （下转第１１５页） 品圜日圈１１ ３ 设计分析・ ３．１．３电流检测 在电台加电，检测阻抗电压时，比较器Ｎ５输出需要维持低 电台接入＿个１ｋ欧姆的电阻。首先通过检测，Ｋ１自动闭合， 电平，故需要在Ｎ４输出上进行电压切换。开始时，为Ｎ５保证输入 提供出２４Ｖ电压。当接入后，通过的电感ＩＪｌ的电流约为０．０２４Ａ， 一个高电平，使Ｎ５输出低，使此路不会触发ＪＫ触发器。这样在 而电感Ｌ１两端的取样电压差将很小，不会使比较器Ｎ４输出较 保证初始检测时，ＪＫ触发器只有阻抗电压检测一路可以触发。 高电压，继而Ｎ５输出高，触发ＪＫ触发器，使其输出低，切断Ｋ１供 ３．２．２高频干扰问题 电。 由于采用一根电缆给天线调谐器供电、通信，并且射频功 若接入的是天线调谐器，首先通过检测，Ｋ１自动闭合，电台 率信号也通过电台输出接口。所以，在发射时，射频功率可能会 给天线调谐器提供２４Ｖ电压，而天线调谐器上电后，其工作电流 对电流取样造成影响，进而触发ＪＫ触发器，造成继电器断开， 一般约为０．５Ａ，导致电感ＩＪ１两端的取样电压差将增大，进而使 使天调断电。工程上，一般在电流取样处，加适当滤波，可解决 Ｎ４输出高电平，Ｎ５输出低电平，无法触发ＪＫ触发器，触发器输出 此问题。 维持原来状态，可为天线调谐器可靠稳定地提供２４Ｖ电压。 ４结束语 ３．２需要注意点 本文设计的短波天线接口电路，经过分析并通过工程测 ３．２．１电流取样中比较器Ｎ５初始状态 试，可以满足工程应用需求。 （上接第１１３页） 本系统就用ＡＴｍｅｇａ８微控制器控制输出ＰＷＭ波来调光，同时用 制灯光的亮度。 ＣＣ２４３０的串口与Ｍｅｇａ８微控制器进行通信，通过串口命令去控 在灯光底板的ＡＴｍｅｇａ８上固化好ＰＷＭ输出控制程序，然后 Ｕ１ 让ＣＣ２４３０上得串口能够按照这个协议和波特 率发出相应的数据，再用命令去控制和调节 ＰＢ０（ＩＣＰ） Ｐｃ０（ＡＤＣ０） ＰＣｌ（ＡＤＣＩ） ＬＥＤ灯的亮度。 ＰＷＭ Ｐ丑１（ＯＣｌＡ） ＰＢ２（Ｓ＆ＣＯＣｌＢ） ＰＣ２（ＡＤＣ２） ＭＯＳ１０ ＰＢ３（ＭＯＳＩ船Ｃ２） ＰＣ３（ＡＤｃ３） ３结论 ＭＩＳＯ０－４ ＰＢ４（Ｍ￣ＳＯ） Ｐｃ４（＾Ｄｃ Ｄ ＳＣＫＯ— ＰＢ５（ＳＣＫ） ＰＣ５（ＡＤＣＳ￣ 通过程序控制单片机输出ＰＷＭ，再经过 ＰＢ６（ＸＴＡＬｌｆｆＯＳＣ１） ＡＤＣ６ ＰＢ７（ＸＴｇ￣ｒＯｓｃ２１ ＡＤＣ７ ＢＰＩ３６０直接加到ＬＥＤ上，可以实现频率很宽 Ｐ０ ３ ＴＸＤ ＰＤ０（Ｐ，ＸＤ） ＰＣ６（Ｒ筋ＥＴ） Ｉ｝ＥｓＥＴ 的ＬＥＤ调光。经实验，采用微控制器输出ＰｗＭ Ｐ０ ２ ＲＸＤ ＰＤ１ｆＴＸＤ） ＰＤ２（ＩＮＴ０） Ｖ 控制信号实现ＰｗＭ全数字调光，进而使大功率 Ｘ ＰＤ３（ＩＮＴＩ） ＶＣＣ ＰＤ４（ＸＣＫｉｆ０） ＡＶＣＣ ｌ８ 一ＬＥＤ亮度全范围调光，调节精度高，可有效 ｌ ３ ＰＤ５（ＴＩ） ＡＩｌＥＦ ２０ 实现节能减排的目的。 ＰＤ６（ＡＩＮ０） － ＰＤ７（ＭＮＩ） ＧＮＤ ２１ ＧＮＤ ＧＮＤ ［参考文献］ Ｃ１０ ＡＴｍｅｇ￣ＬｇＡＣ ［１］宋健，姜军生．基于单片机直流电动机ＰＷＭ调速 ２２ｐ １６Ｍ ２２ｐ 系统［＿『］．农机化研究，２００６．Ｌ ： ［２］江世明．脉宽调制技术中ＰｗＭ波形程序设计方法 图３微控制器输出ＰＷＭ控制信号电路 ［Ｊ］．邵阳学院学报，２００６．４． （上接第１０８页） 才能有效地提升集团企业的管理水平。借助先进的管理工具、 大，提高核心竞争力，为集团公司改革发展和建设具有国际竞争 运用科学的信息化管理不失为一个较好的方法，它首先有效地 力的大型公司打下坚实的信息化基础。 解决了管理中存在问题，并提高了管理的透明度，缩短集团企业 ［参考文献］ 和子公司之间的空间距离和时间跨度，简化管理流程，形成业务 ［１］罗涓．关于财务战略体系的信息化落地解决方案的探讨一一以“中海 系统集成，从而达到集团企业财务运用信息化进行科学管理子 油服财务战略管理系统”为例［ＩＩ］．中国总会计师，２０１１（８）：１４０－１４１． 公司、有效监督运营情况、财务信息准确、及时等目的。另外，它 ［２］中国建筑一局（集团）有限公司．实施集团财务战略提升企业整体价 值一中建一局财务信息化系统的研发与实践［Ｊ］．中国总会计师，２００６ 对于加快集团企业发展、促进管理水平的提高也发挥着重要作 （１１）：１１９—１２０． 用。 ［３］刘德三．基于企业竞争战略的企业信息化与财务核算模式［Ｊ］．商场现 ４结论 代化，２００５（９中）：２４－２６． 随着信息化的不断完善和提升，海投集团信息化在管理中 ［４］吴婉丽．广州市第二公共汽车公司探究企业集团战略型财务信息化模 的管理效应己经显现。展望未来，海投集团将继续推动信息化 式［Ｊ］．财经界，２００９（６）：８８－８９． ［５］刘洪波．信息化视角下的战略型集团企业财务管理研究［－『］．财经界， 与业务化的融合，实现信息化向整个集团公司集成、共享、协同 ２００９（６）：１２６—１２ 转变，建成集团公司统一集成的信息系统，为海投集团做强做 ［６］丘创．以信息化助力财务战略转型［Ｊ］．新理财，２０１１（６）：８８—９Ｏ．