数控式LED高速频闪、爆闪灯的设计与实现
数控式LED高速频闪、爆闪灯的设计与实现[20200406141131]
摘 要
本文对一种用于交通路口监控与摄像的 LED照明灯具的频闪与爆闪控制系统进行设计。该系统可以很好地实现摄像拍照闪光功能与低照度下的自动补光功能。并能实时地选择工作模式以及显示工作状态。
论文的主要工作如下：
（1） 对控制器件（单片机）进行了选择，对选型的单片机的主要部件进行了简单说明。
（2） 设计了系统的外围接口电路，搭建了工作状态显示电路。
（3） 运用C语言进行了单片机控制程序设计，实现了两种工作模式的设定。运用单片机内置的 PCA/PWM 发生模块实现了系统的频闪补光的PWM控制信号的产生、调节与输出；完成了为实现补光功能所需的外部亮度检测输入的A/D转换模块的计算机编程。
（4） 与陈旺同学合作完成了控制电路与外围硬件电路的联合调试，合理设定了系统参数，实现了两种工作模式下的自适应调光与爆闪功能。达到了预想的设计效果。
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关键字:单片机LEDPWM爆闪功能补光功能
目 录
1 绪论 1
1.1 课题来源与研究意义 1
1.2 论文研究的主要内容 1
1.3 论文的章节安排 1
2 LED光源的特点与应用 3
2.1 LED光源的特点 3
2.2 LED光源的应用 3
3 系统控制电路设计 5
3.1 单片机的选型 5
3.2 STC12C5A60S2单片机的简介及应用电路 5
3.2.1 STC12C5A60S2单片机的结构简介 5
3.2.2 STC12C5A60S2单片机的应用电路 7
4 硬件电路设计 9
4.1 系统电路简介 9
4.2 工作模式转换及爆闪触发电路 9
4.3 外部亮度检测电路 10
4.4 LED灯驱动电路 11
4.5 数码管显示电路 12
5 系统的软件设计及实现功能 13
5.1 系统软件设计流程简介 13
5.2 中断系统的设计 14
5.3 A/D转换系统的设计 15
5.4 系统工作模式的设计与转换 18
5.5 系统频闪补光功能的设计与实现 19
5.5.1 PCA/PWM模块的特殊功能寄存器的初始化 20
5.5.2 系统外部亮度检测及补光输出程序设计 21
5.6 系统爆闪功能的设计与实现 26
5.7 数码管显示程序的设计 28
6 系统调试与功能说明 31
6.1 系统控制电路的调试 31
6.2控制电路与外围电路的连接调试 32
7 系统设计总结与展望 34
7.1 系统实现的功能 34
7.2 系统的不足与展望 34
致谢 36
参考文献 37
附录 38
1 绪论
1.1 课题来源与研究意义
在现实生活中很多的路口、治安卡口等都需要设置摄像拍照功能的设备，但是由于夜间或阴天照明度不够，会给拍摄带来了许多困难，需要增设一些补光的设备。现有的补光设备中，大多数都会存在功率消耗大、使用寿命短等缺陷，例如，生活中常用到的电子闪光灯、卤素灯等。 LED具有发热量少、亮度高、功耗低、使用寿命长等优点。近几年来， LED 技术的迅猛发展，极大地推进了LED灯具在工业和生活中的广泛应用。我国的许多城市交通管理灯也开始采用LED取代早期的交通灯。
本课题来源于常熟市一家光电有限公司的委托，为开发一种应用于交通卡口的具有亮度频闪调节和瞬时爆闪补光功能的控制系统。本次设计就是这一项目的初步预研。
1.2 论文研究的主要内容
本文在单片机与LED照明灯的基础上主要进行以下内容的相关研究：
1、LED频闪、爆闪灯的特点与应用。
2、基于单片机的控制系统的设计，主要针对外界亮度的检测与触发信号的处理控制。
3、PWM调光方式的实现与自适应调光功能的设计。
4、配合外部照相设配设计与实现拍照爆闪功能。
5、合理选择外围芯片和器件，根据系统功能要求搭建电路。
1.3 论文的章节安排
本论文共有七个章节，分别从课题背景、硬件设计、软件设计、系统调试、总结展望五个方面说明了论文具体的研究内容。
第一章绪论以及第二章LED光源的特点与应用从课题背景的角度出发讲述了数控式LED频闪、爆闪灯的研究意义和课题来源，介绍了LED光源的主要特点，以及LED光源作为新兴光源的一些典型优点和实际应用。
第三章系统控制电路设计和第四章硬件电路的设计是论文的硬件设计说明部分。这两个章节阐述了系统的五个硬件电路设计模块，包括单片机的应用电路、工作模式转换及爆闪触发电路、外部亮度检测电路、LED灯驱动电路以及数码管显示电路。
论文的第五章重点论述的是系统的软件设计部分以及实现的功能，该章节首先说明了系统软件设计的流程，然后结合实际功能需要着重分析了中断系统的组成及优先级的设定，AD转换程序的编写，详细解释了系统的两种工作模式以及LED频闪、爆闪功能的设计与实现过程。
第六章作为系统的调试说明部分主要从系统控制电路的调试和组合了外部电路的联调两个部分进行了分析和说明。
最后论文的第七章就研究设计的数控式LED频闪爆闪补光灯系统进行了总结与展望，并对系统的不足之处做了分析，提出了进一步的改善方向和优化措施。
2 LED光源的特点与应用
2.1 LED光源的特点
LED光源作为一种新型的照明光源能够得以迅速地推广与应用有其独特的优点，其主要的优点如下：
1、体积小、质量轻
LED只是由一块很微小的晶片封装而成，因而它不仅在体积上显得特别的小而且在质量上也显得格外的轻。
2、耗电量低
LED的耗电量比较低，运用直流驱动点亮，电光的转换效率非常高，一般会高于90%。由于其点亮过程中的热量消耗并不明显，散发的热量要比一般的照明灯低出很多，类似的照明强度下，能比普通的光源节能近70%左右。
3、使用寿命长
LED作为冷光源，很好地避免了传统光源的一些典型缺点如热沉积、灯丝发光易烧等。在正常使用的情况下，其寿命可以达到7万个小时以上，这要比一般的光源使用时间长出近10倍之多。
4、高亮度、低热量
虽然在工序上采用了先进的LED冷光源技术，使得其使用过程中散发的热量要比传统的照明光源低出很多，但是解决好LED灯珠的散热问题也是至关重要的。
5、环保
LED的环保主要体现在它的制作材料的无毒无害性以及可回收性上，而且它也不会像荧光灯那样辐射出少量的紫外线与红外线，被人们公认为常用的绿色照明光源。
2.2 LED光源的应用
在利用了LED光源独特优点的基础上设计出来的LED照明灯也具有其显著的优势，尤其在应用于路口照明抓怕的特殊环境下相对于普通的照明光源来说其优点有：
1、在完全无环境光照明的情况下，可令摄像系统拍摄到清晰的车牌图像。
2、对人眼无刺激，不影响行车安全。
3、光斑均匀，发光强度可调节。
4、功耗低，效率高。
5、可昼夜常亮，寿命长。
6、选配可调光感开关，可以设置不同暗度下开启补光。
7、白天与日光叠加使用和夜间独立对车牌照明可以兼容。
8、白天可平抑逆光，夜间可压制车大灯眩光。
9、可方便地与摄像机、防护罩构成一体化装置。
10、安装调试方便，可与多种CMOS/CCD相机匹配。
鉴于LED以上的这些优点，国内的很多半导体企业都已经研究开发出了高性能的LED频闪智能补光灯。有了这样的照明灯具再集成一些简单的控制系统就可以很好地实现补光与爆闪功能，可对停车场、收费站、治安卡口等场所的夜间抓拍与检测工作提供良好的照明条件。
3 系统控制电路设计
摘 要
本文对一种用于交通路口监控与摄像的 LED照明灯具的频闪与爆闪控制系统进行设计。该系统可以很好地实现摄像拍照闪光功能与低照度下的自动补光功能。并能实时地选择工作模式以及显示工作状态。
论文的主要工作如下：
（1） 对控制器件（单片机）进行了选择，对选型的单片机的主要部件进行了简单说明。
（2） 设计了系统的外围接口电路，搭建了工作状态显示电路。
（3） 运用C语言进行了单片机控制程序设计，实现了两种工作模式的设定。运用单片机内置的 PCA/PWM 发生模块实现了系统的频闪补光的PWM控制信号的产生、调节与输出；完成了为实现补光功能所需的外部亮度检测输入的A/D转换模块的计算机编程。
（4） 与陈旺同学合作完成了控制电路与外围硬件电路的联合调试，合理设定了系统参数，实现了两种工作模式下的自适应调光与爆闪功能。达到了预想的设计效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机LEDPWM爆闪功能补光功能
目 录
1 绪论 1
1.1 课题来源与研究意义 1
1.2 论文研究的主要内容 1
1.3 论文的章节安排 1
2 LED光源的特点与应用 3
2.1 LED光源的特点 3
2.2 LED光源的应用 3
3 系统控制电路设计 5
3.1 单片机的选型 5
3.2 STC12C5A60S2单片机的简介及应用电路 5
3.2.1 STC12C5A60S2单片机的结构简介 5
3.2.2 STC12C5A60S2单片机的应用电路 7
4 硬件电路设计 9
4.1 系统电路简介 9
4.2 工作模式转换及爆闪触发电路 9
4.3 外部亮度检测电路 10
4.4 LED灯驱动电路 11
4.5 数码管显示电路 12
5 系统的软件设计及实现功能 13
5.1 系统软件设计流程简介 13
5.2 中断系统的设计 14
5.3 A/D转换系统的设计 15
5.4 系统工作模式的设计与转换 18
5.5 系统频闪补光功能的设计与实现 19
5.5.1 PCA/PWM模块的特殊功能寄存器的初始化 20
5.5.2 系统外部亮度检测及补光输出程序设计 21
5.6 系统爆闪功能的设计与实现 26
5.7 数码管显示程序的设计 28
6 系统调试与功能说明 31
6.1 系统控制电路的调试 31
6.2控制电路与外围电路的连接调试 32
7 系统设计总结与展望 34
7.1 系统实现的功能 34
7.2 系统的不足与展望 34
致谢 36
参考文献 37
附录 38
1 绪论
1.1 课题来源与研究意义
在现实生活中很多的路口、治安卡口等都需要设置摄像拍照功能的设备，但是由于夜间或阴天照明度不够，会给拍摄带来了许多困难，需要增设一些补光的设备。现有的补光设备中，大多数都会存在功率消耗大、使用寿命短等缺陷，例如，生活中常用到的电子闪光灯、卤素灯等。 LED具有发热量少、亮度高、功耗低、使用寿命长等优点。近几年来， LED 技术的迅猛发展，极大地推进了LED灯具在工业和生活中的广泛应用。我国的许多城市交通管理灯也开始采用LED取代早期的交通灯。
本课题来源于常熟市一家光电有限公司的委托，为开发一种应用于交通卡口的具有亮度频闪调节和瞬时爆闪补光功能的控制系统。本次设计就是这一项目的初步预研。
1.2 论文研究的主要内容
本文在单片机与LED照明灯的基础上主要进行以下内容的相关研究：
1、LED频闪、爆闪灯的特点与应用。
2、基于单片机的控制系统的设计，主要针对外界亮度的检测与触发信号的处理控制。
3、PWM调光方式的实现与自适应调光功能的设计。
4、配合外部照相设配设计与实现拍照爆闪功能。
5、合理选择外围芯片和器件，根据系统功能要求搭建电路。
1.3 论文的章节安排
本论文共有七个章节，分别从课题背景、硬件设计、软件设计、系统调试、总结展望五个方面说明了论文具体的研究内容。
第一章绪论以及第二章LED光源的特点与应用从课题背景的角度出发讲述了数控式LED频闪、爆闪灯的研究意义和课题来源，介绍了LED光源的主要特点，以及LED光源作为新兴光源的一些典型优点和实际应用。
第三章系统控制电路设计和第四章硬件电路的设计是论文的硬件设计说明部分。这两个章节阐述了系统的五个硬件电路设计模块，包括单片机的应用电路、工作模式转换及爆闪触发电路、外部亮度检测电路、LED灯驱动电路以及数码管显示电路。
论文的第五章重点论述的是系统的软件设计部分以及实现的功能，该章节首先说明了系统软件设计的流程，然后结合实际功能需要着重分析了中断系统的组成及优先级的设定，AD转换程序的编写，详细解释了系统的两种工作模式以及LED频闪、爆闪功能的设计与实现过程。
第六章作为系统的调试说明部分主要从系统控制电路的调试和组合了外部电路的联调两个部分进行了分析和说明。
最后论文的第七章就研究设计的数控式LED频闪爆闪补光灯系统进行了总结与展望，并对系统的不足之处做了分析，提出了进一步的改善方向和优化措施。
2 LED光源的特点与应用
2.1 LED光源的特点
LED光源作为一种新型的照明光源能够得以迅速地推广与应用有其独特的优点，其主要的优点如下：
1、体积小、质量轻
LED只是由一块很微小的晶片封装而成，因而它不仅在体积上显得特别的小而且在质量上也显得格外的轻。
2、耗电量低
LED的耗电量比较低，运用直流驱动点亮，电光的转换效率非常高，一般会高于90%。由于其点亮过程中的热量消耗并不明显，散发的热量要比一般的照明灯低出很多，类似的照明强度下，能比普通的光源节能近70%左右。
3、使用寿命长
LED作为冷光源，很好地避免了传统光源的一些典型缺点如热沉积、灯丝发光易烧等。在正常使用的情况下，其寿命可以达到7万个小时以上，这要比一般的光源使用时间长出近10倍之多。
4、高亮度、低热量
虽然在工序上采用了先进的LED冷光源技术，使得其使用过程中散发的热量要比传统的照明光源低出很多，但是解决好LED灯珠的散热问题也是至关重要的。
5、环保
LED的环保主要体现在它的制作材料的无毒无害性以及可回收性上，而且它也不会像荧光灯那样辐射出少量的紫外线与红外线，被人们公认为常用的绿色照明光源。
2.2 LED光源的应用
在利用了LED光源独特优点的基础上设计出来的LED照明灯也具有其显著的优势，尤其在应用于路口照明抓怕的特殊环境下相对于普通的照明光源来说其优点有：
1、在完全无环境光照明的情况下，可令摄像系统拍摄到清晰的车牌图像。
2、对人眼无刺激，不影响行车安全。
3、光斑均匀，发光强度可调节。
4、功耗低，效率高。
5、可昼夜常亮，寿命长。
6、选配可调光感开关，可以设置不同暗度下开启补光。
7、白天与日光叠加使用和夜间独立对车牌照明可以兼容。
8、白天可平抑逆光，夜间可压制车大灯眩光。
9、可方便地与摄像机、防护罩构成一体化装置。
10、安装调试方便，可与多种CMOS/CCD相机匹配。
鉴于LED以上的这些优点，国内的很多半导体企业都已经研究开发出了高性能的LED频闪智能补光灯。有了这样的照明灯具再集成一些简单的控制系统就可以很好地实现补光与爆闪功能，可对停车场、收费站、治安卡口等场所的夜间抓拍与检测工作提供良好的照明条件。
3 系统控制电路设计
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