一种基于单片机的LED护眼台灯设计

摘 要：台灯是普遍使用的灯具。随着LED光源制造技术的迅猛发展，生产成本迅速下降，从而成为高亮度、高效率、省电、无碳排放的理想照明光源。本文提供了一种基于STC90C52单片机控制的LED护眼台灯设计制作方法。

关键词：单片机；LED；PWM

中图分类号：TM923.34；TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-02

LED是国家绿色照明推广使用的产品。市面上护眼台灯的原理都差不多。本文提供了一种基于STC90C52单片机控制的LED护眼台灯设计制作方法，采用PWM波来改变电流的大小来控制台灯的亮度，应用简单效率高、精度高且调光效果好，不会产生色度漂移，达到护眼的目的。

一、LED台灯总体方案设计

LED光源具有纯度高、发热量小、超长寿命、节能环保的特点。是低电压、直流恒流源的发光器件。本方案以单片机为核心与高亮度LED、电源、LM317等组成控制电路。编写软件实现亮度可调的LED护眼台灯设计。

本设计采用数字调光既脉冲宽度调制（PWM）。PWM调光原理是保持LED导通电流恒定，通过设置电流周期和占空比，改变电流的平均值使LED产生亮暗变化。而开关的频率相对于人眼识别能力来说足够高，利用人眼视觉暂留效应，当灯亮度变化频率大于120HZ时，人眼就不会感到闪烁，而看到的是LED平均亮度。PWM调光的优势是LED正向导通的电流是恒定时LED的色度就不会像模拟调光时产生变化。采用此调光方式可以保护青少年的视力。本例护眼台灯有五种亮灯模式。利用单片机内部定时器产生占空比不同的PWM波，驱动恒流源控制LED，实现亮度可调。本设计产生的PWM波占空比固定在20%、50%、80%、100%，分别对应睡眠、背景、照明、阅读四种亮灯模式。单片机通电后，每按一下键，程序控制LED台灯在睡眠背景照明阅读关灯五种模式下循环，控制产生不同亮度，实现亮度可调的LED护眼台灯设计。编写程序时通过对外部中断0的控制，实现对单片机的掉电与唤醒，实现节能。

二、LED台灯硬件电路设计

（一）单片机系统

本设计实现的功能为LED台灯在五种模式下循环工作。以STC90C52单片机为主控核心，复位电路、时钟电路等构成单片机最小系统。再与按键、驱动、电源等模块组成控制模块。电路构成简单可靠。单片机的接按键电路和PWM波输出。

（二）LED恒流驱动及调光模块

本设计利用PWM波控制恒流源，驱动LED发光。恒流源可采用集成IC，如SN3350等。为简化设计本方案采用通用的LM317集成IC自制。LM317内阻小噪声低，具有过热、过流、短路保护功能。用LM317设计恒流源简单稳定，能满足设计要求。

（三）电源

本设计LED采用3×1W的大功率白光流明型。1W的白光LED标准工作电流为350mA。3个LED光源串联工作电流也是350mA。为延长LED寿命设计电流为300-330 mA。所以LM317恒流驱动的输入电压可采用市面上常见的DC15V，电流为750 mA的电源适配器。单片机供电可再用一块7805来解决，这样可以简化电源的设计。

（四）电路原理图

本设计采用的原理图如下：

图1

三、系统软件设计

本设计采用C语言编程，可仿真，确保设计稳定可靠。为保护视力以及考虑单片机的运算速度，PWM波的频率定为200HZ。控制恒流源时，LED灯流过的电流就比较恒定，不会造成眼部不适，达到保护视力的目的。软件运行时 PWM的周期通过定时器进行控制，设置定时器的定时时间为50us，当定时时间到时，对每个定时时间进行计数，pnum最大计数值为100，所以PWM的周期为100*50us=5ms，频率为200Hz。PWM占空比的控制，通过在每个PWM计数周期中，用定时计数值pnum与已知占空比p（通过按键设置）进行比较，当p小于pnum计数值时，输出高，否则输出低。通过每次按键来实现占空比的循环切换。通过对外部中断0的控制，实现对单片机的掉电与唤醒，实现节能。源程序如下：