智能LED爆闪补光灯控制系统设计系别物
智能LED爆闪补光灯控制系统设计系别物[20200408101543]
摘要
近年来半导体光源的在各个领域中的应用越来越广泛，而半导体照明技术的发展也在不断提升，转换效率越来越高，制作成本不断下降。因此，半导体照明的智能调光技术控制也愈来愈受到关注。与传统照明灯具相比，发光二极管（Lingt Emitting Diode，LED）是一种半导体器件，在照明领域更有着广阔的发展前景和优势。
本文主要设计一个智能的LED频闪/爆闪补光系统，在外界环境光照度较低的情况下能够自动补光；在按键按下时实现爆闪闪光等功能。本系统选用STC12C5A60S2作为主控芯片，利用光强监测模块中的光敏电阻检测外界光强，单片机对光强信号A/D转换后与设置的光强阀值进行比较，若光强小于的阀值则开启补光功能。LED频闪补光是使用单片机的PWM脉冲发生模块来控制完成的。整个系统的代码部分以C语言编写。
随着智能电器的广泛发展，新型LED的应用将在交通、工业、农业等多个领域中有所发展，LED频闪补光技术也将越来越广泛应用于各个领域。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:半导体光源脉冲宽度单片机DesignandImplementationofItelligentLEDFlashLampCotrolSystem
Key words：Semiconductor lighting; Pulse width modulation; Microprocessor目录
1.引言 1
1.1 LED照明技术简介 1
1.2国内外发展现状 2
1.3本文的主要研究内容 2
2.硬件部分电路设计 4
2.1系统总体电路设计 4
2.2系统各模块电路设计 4
2.2.1单片机最小系统 4
2.2.2环境光强检测模块 5
2.2.3系统过热保护模块 7
2.2.4电源模块 8
2.2.5系统频闪、爆闪补光输出模块 9
3.软件部分设计 12
3.1系统软件部分整体设计 12
3.1.1 单片机资源配置 12
3.1.2 软件设计概要 12
3.2 频闪补光功能的实现 12
3.2.1光强检测及A/D转换部分 12
2.2.2 补光功能的实现 15
3.3爆闪功能的实现 16
3.4 过热保护功能的实现 18
4.总结与展望 23
参考文献 24
附录 25
致谢 26
1.引言
1.1 LED照明技术简介
在世界经济、科技的高速发展的今天，能源问题受到了越来越广泛的关注，而照明应用的消耗占绝大部分。因此，新型节能型照明技术的发展是十分有必要的。与传统的照明灯具如：白炽灯、卤光灯等相比，发光二极管( Light Emitting Diode, LED )是一种半导体器件，它具有体积小，发光效率高，响应快，低工耗、寿命长等优点：
（1）LED光源是一种清洁能源，与其他光源相比，在相同功率的工作环境下，LED灯具的发光亮度是传统光源的几倍甚至几十倍。并且在LED光源的照明过程中不会产生如传统光源的紫外线或使用结束后不会产生如废弃灯管中的汞的问题。
（2）LED光源是半导体器件，所以它可以承载很高的开关频率，而传统光源多次开关会导致如灯丝发热或放电器件老化等影响到光源的寿命，所以LED光源的寿命很长，一般寿命要达到10000小时以上。
（3）LED照明起源于上个世纪60年代，在90年代得到发展，一般采用红蓝绿三原色的LED灯作为光源，利用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation， PWM）方法进行调光，改变PWM的脉冲占空比，从而实现对光照进行精准的掌控。
（4）LED光源的半导体器件特性也使得它在现代计算机技术，微控技术、通信技术中有更广阔的发展空间，能够实现对照明系统的精确掌控和智能控制。
半导体照明作为一种新式的照明方式走向我们的生活，并将受到越来越广泛的使用和发展。近年来半导体照明光源的效率不断提升，成本也在不断下降，在各行各业中的应用也越来越广泛，如低光照下的自动补光系统，自动调光、育苗灯补光、爆闪补光等功能。
LED闪光灯在照相补光上的应用已较为广泛，在监控补光、拍照补光和频闪光源等方面都有着广泛的应用，能够实现道路监控，从而大大减少交通安全隐患，因此对LED照明灯具的智能调光和智能控制也愈来愈重要。
在LED照明应用中，需要各种方面的技术支持，如爆闪中的电源驱动，光强检测系统中的光学设计等。本文的主题是设计一款智能 LED 频闪/爆闪补光灯控制系统。系统能够自动检测外部光强，在低照度下进行自动补光，并通过按键按下时，能够停止补光，产生爆闪，当爆闪功能结束后又能够继续产生补光功能。
1.2国内外发展现状
LED灯起源于二十世纪50年代，英国科学家使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED，并于60年代面世。到60年代末，在此基础上以使用磷化物发明了红光LED，这样使得LED更高效，并能发出红光以及橙光。到70年代中期，磷化稼的使用产生了灰白绿光的LED灯。80年代初，对砷化镓磷化铝的使用，使得第一代高亮度的LED的诞生。并有红、黄、绿三种颜色。20世纪90年代，出现了超量度的氮化镓LED，而近年来LED的发展不仅是它的颜色，还有它的亮度，与计算机发展类似，LED光源亮度的发展也遵循摩尔定律。每隔18个月，它的亮度就会增加一倍，目前理论值已经能够达到280lm/W，但LED照明的最大问题在于，由于封装工艺的限制LED照明的效率还需进一步发展与改进，系统散热功能也将经受进一步的考验。
目前LED照明已越来越受到社会和各国的重视，2010年以来，掀起了全球性的LED照明技术大发展，在近几年中，国外的许多大公司已经在LED照明产品的研发上取得了许多重要的进展。
1.3本文的主要研究内容
本文主要提出了一种智能的LED频闪/爆闪补光系统，可以实现监控外界环境光照度，当光照度低于一定的阀值时自动点亮，进行频闪补光功能；当外部中断产生的爆闪信号到来时自动停止频闪功能实现爆闪功能。主要研究工作有：
1.亮度检测电路设计
系统通过亮度检测模块对外界光强进行检测，即通过检测电路中的电流或电压值，对应出不同光照强度，再进行判断是否需要进行相应补光操作。
2.频闪/爆闪电路设计
频闪补光，即使LED按照一定的频率亮起或熄灭，这一功能可以通过 PWM 脉冲的高低电平，控制 LED回路的通断来实现。在一定的频率下，通过改变PWM输出脉冲的占空比，即每个周期中二极管导通的时间长短，从而改变LED灯的发光亮度进行补光。
爆闪补光即是使LED在很短时间内发出很高的亮度，多用于光线较暗的场合瞬间照明，也用于光线较亮的场合给被拍摄对象局部补光。因为爆闪时灯具的亮度可能达到灯具正常补光或者频闪时亮度的数倍甚至十数倍，因此我们在选择光源时应该满足爆闪时的电压电流条件，而频闪和补光功能可以在此基础上进行进一步设计。
3.过热保护电路设计
过热保护系统的主要是用于保护整个系统电路，提供报警功能，通过外界温度检测模块检测温度，当温度过高时，启动报警功能。
2.硬件部分电路设计
2.1系统总体电路设计
本系统的整体硬件设计图如图2.1所示，整个单片机分为输入部分和输出部分。输入部分包括：外接光强检测电路、爆闪电路、温度检测电路，其中爆闪信号是由板外按键提供，而光强检测信号由光敏传感器即光敏电阻检测得到，温度检测信号由温度传感器检测得到。输出模块包括：频闪补光输出、爆闪闪光输出以及报警输出电路。其中，单片机通过产生脉冲信号驱动开关管，控制LED的导通截止来实现频闪补光功能。爆闪功能通过外界按键产生中断，单片机产生脉冲信号从而控制爆闪电路通断实现爆闪功能。
图2.1 系统整体硬件模块图
2.2系统各模块电路设计
2.2.1单片机最小系统
在本系统中，采用的STC12C5A60S2单片机的最小系统包括一个晶振以及一个复位电路。晶振电路是为单片机提供时钟信号，从而产生时钟周期，单片机才能够正常工作，程序代码也才能够运行。复位电路最先进行上电复位，按住开关S1后RST相当于与VCC直接连接在一起，此时为高电平，构成复位。当按键S1被释放时，电容C2进行充电，充电电流通过电阻R1，RST仍处于为高电平状态，此时依然是复位，当充电容电完成后，电路就相当于是断路，这时RST为低电平，正常工作。复位电路如图2-2所示。
摘要
近年来半导体光源的在各个领域中的应用越来越广泛，而半导体照明技术的发展也在不断提升，转换效率越来越高，制作成本不断下降。因此，半导体照明的智能调光技术控制也愈来愈受到关注。与传统照明灯具相比，发光二极管（Lingt Emitting Diode，LED）是一种半导体器件，在照明领域更有着广阔的发展前景和优势。
本文主要设计一个智能的LED频闪/爆闪补光系统，在外界环境光照度较低的情况下能够自动补光；在按键按下时实现爆闪闪光等功能。本系统选用STC12C5A60S2作为主控芯片，利用光强监测模块中的光敏电阻检测外界光强，单片机对光强信号A/D转换后与设置的光强阀值进行比较，若光强小于的阀值则开启补光功能。LED频闪补光是使用单片机的PWM脉冲发生模块来控制完成的。整个系统的代码部分以C语言编写。
随着智能电器的广泛发展，新型LED的应用将在交通、工业、农业等多个领域中有所发展，LED频闪补光技术也将越来越广泛应用于各个领域。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:半导体光源脉冲宽度单片机DesignandImplementationofItelligentLEDFlashLampCotrolSystem
Key words：Semiconductor lighting; Pulse width modulation; Microprocessor目录
1.引言 1
1.1 LED照明技术简介 1
1.2国内外发展现状 2
1.3本文的主要研究内容 2
2.硬件部分电路设计 4
2.1系统总体电路设计 4
2.2系统各模块电路设计 4
2.2.1单片机最小系统 4
2.2.2环境光强检测模块 5
2.2.3系统过热保护模块 7
2.2.4电源模块 8
2.2.5系统频闪、爆闪补光输出模块 9
3.软件部分设计 12
3.1系统软件部分整体设计 12
3.1.1 单片机资源配置 12
3.1.2 软件设计概要 12
3.2 频闪补光功能的实现 12
3.2.1光强检测及A/D转换部分 12
2.2.2 补光功能的实现 15
3.3爆闪功能的实现 16
3.4 过热保护功能的实现 18
4.总结与展望 23
参考文献 24
附录 25
致谢 26
1.引言
1.1 LED照明技术简介
在世界经济、科技的高速发展的今天，能源问题受到了越来越广泛的关注，而照明应用的消耗占绝大部分。因此，新型节能型照明技术的发展是十分有必要的。与传统的照明灯具如：白炽灯、卤光灯等相比，发光二极管( Light Emitting Diode, LED )是一种半导体器件，它具有体积小，发光效率高，响应快，低工耗、寿命长等优点：
（1）LED光源是一种清洁能源，与其他光源相比，在相同功率的工作环境下，LED灯具的发光亮度是传统光源的几倍甚至几十倍。并且在LED光源的照明过程中不会产生如传统光源的紫外线或使用结束后不会产生如废弃灯管中的汞的问题。
（2）LED光源是半导体器件，所以它可以承载很高的开关频率，而传统光源多次开关会导致如灯丝发热或放电器件老化等影响到光源的寿命，所以LED光源的寿命很长，一般寿命要达到10000小时以上。
（3）LED照明起源于上个世纪60年代，在90年代得到发展，一般采用红蓝绿三原色的LED灯作为光源，利用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation， PWM）方法进行调光，改变PWM的脉冲占空比，从而实现对光照进行精准的掌控。
（4）LED光源的半导体器件特性也使得它在现代计算机技术，微控技术、通信技术中有更广阔的发展空间，能够实现对照明系统的精确掌控和智能控制。
半导体照明作为一种新式的照明方式走向我们的生活，并将受到越来越广泛的使用和发展。近年来半导体照明光源的效率不断提升，成本也在不断下降，在各行各业中的应用也越来越广泛，如低光照下的自动补光系统，自动调光、育苗灯补光、爆闪补光等功能。
LED闪光灯在照相补光上的应用已较为广泛，在监控补光、拍照补光和频闪光源等方面都有着广泛的应用，能够实现道路监控，从而大大减少交通安全隐患，因此对LED照明灯具的智能调光和智能控制也愈来愈重要。
在LED照明应用中，需要各种方面的技术支持，如爆闪中的电源驱动，光强检测系统中的光学设计等。本文的主题是设计一款智能 LED 频闪/爆闪补光灯控制系统。系统能够自动检测外部光强，在低照度下进行自动补光，并通过按键按下时，能够停止补光，产生爆闪，当爆闪功能结束后又能够继续产生补光功能。
1.2国内外发展现状
LED灯起源于二十世纪50年代，英国科学家使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED，并于60年代面世。到60年代末，在此基础上以使用磷化物发明了红光LED，这样使得LED更高效，并能发出红光以及橙光。到70年代中期，磷化稼的使用产生了灰白绿光的LED灯。80年代初，对砷化镓磷化铝的使用，使得第一代高亮度的LED的诞生。并有红、黄、绿三种颜色。20世纪90年代，出现了超量度的氮化镓LED，而近年来LED的发展不仅是它的颜色，还有它的亮度，与计算机发展类似，LED光源亮度的发展也遵循摩尔定律。每隔18个月，它的亮度就会增加一倍，目前理论值已经能够达到280lm/W，但LED照明的最大问题在于，由于封装工艺的限制LED照明的效率还需进一步发展与改进，系统散热功能也将经受进一步的考验。
目前LED照明已越来越受到社会和各国的重视，2010年以来，掀起了全球性的LED照明技术大发展，在近几年中，国外的许多大公司已经在LED照明产品的研发上取得了许多重要的进展。
1.3本文的主要研究内容
本文主要提出了一种智能的LED频闪/爆闪补光系统，可以实现监控外界环境光照度，当光照度低于一定的阀值时自动点亮，进行频闪补光功能；当外部中断产生的爆闪信号到来时自动停止频闪功能实现爆闪功能。主要研究工作有：
1.亮度检测电路设计
系统通过亮度检测模块对外界光强进行检测，即通过检测电路中的电流或电压值，对应出不同光照强度，再进行判断是否需要进行相应补光操作。
2.频闪/爆闪电路设计
频闪补光，即使LED按照一定的频率亮起或熄灭，这一功能可以通过 PWM 脉冲的高低电平，控制 LED回路的通断来实现。在一定的频率下，通过改变PWM输出脉冲的占空比，即每个周期中二极管导通的时间长短，从而改变LED灯的发光亮度进行补光。
爆闪补光即是使LED在很短时间内发出很高的亮度，多用于光线较暗的场合瞬间照明，也用于光线较亮的场合给被拍摄对象局部补光。因为爆闪时灯具的亮度可能达到灯具正常补光或者频闪时亮度的数倍甚至十数倍，因此我们在选择光源时应该满足爆闪时的电压电流条件，而频闪和补光功能可以在此基础上进行进一步设计。
3.过热保护电路设计
过热保护系统的主要是用于保护整个系统电路，提供报警功能，通过外界温度检测模块检测温度，当温度过高时，启动报警功能。
2.硬件部分电路设计
2.1系统总体电路设计
本系统的整体硬件设计图如图2.1所示，整个单片机分为输入部分和输出部分。输入部分包括：外接光强检测电路、爆闪电路、温度检测电路，其中爆闪信号是由板外按键提供，而光强检测信号由光敏传感器即光敏电阻检测得到，温度检测信号由温度传感器检测得到。输出模块包括：频闪补光输出、爆闪闪光输出以及报警输出电路。其中，单片机通过产生脉冲信号驱动开关管，控制LED的导通截止来实现频闪补光功能。爆闪功能通过外界按键产生中断，单片机产生脉冲信号从而控制爆闪电路通断实现爆闪功能。
图2.1 系统整体硬件模块图
2.2系统各模块电路设计
2.2.1单片机最小系统
在本系统中，采用的STC12C5A60S2单片机的最小系统包括一个晶振以及一个复位电路。晶振电路是为单片机提供时钟信号，从而产生时钟周期，单片机才能够正常工作，程序代码也才能够运行。复位电路最先进行上电复位，按住开关S1后RST相当于与VCC直接连接在一起，此时为高电平，构成复位。当按键S1被释放时，电容C2进行充电，充电电流通过电阻R1，RST仍处于为高电平状态，此时依然是复位，当充电容电完成后，电路就相当于是断路，这时RST为低电平，正常工作。复位电路如图2-2所示。
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