大功率LED照明系統的瓶頸與解決方案

　　3系統總體設計方案

　　LED散熱控制系統由溫度設定模塊、復位模塊、顯示模塊、溫度采集模塊、控制電路模塊［2］及制冷模塊組成，系統總體框圖如圖1所示。該系統以微處理器為控制核心，與溫度采集模塊通信采集被控對象的實時溫度，與溫度設定模塊通信設定制冷啟動溫度和強制冷溫度。利用C語言對未處理編程可實現，當采集的實時溫度小于制冷啟動溫度時，無PWM調制波［1，6］輸出，制冷模塊處于閑置狀態;當采集的實時溫度大于制冷啟動溫度但小于強制冷溫度時，輸出一定占空比的PWM調制波，制冷模塊啟動小功率的制冷方式;當采集的實時溫度大于強制冷溫度時，輸出一定占空比的PWM調制波，制冷模塊啟動大功率的制冷方式。

　　4硬件電路設計及其元件選擇

　　該系統主要由溫度設定、溫度采集、PWM控制電路及輔助電路（復位電路和顯示電路）組成。本方案采用低價位、高性能的AT89C51作為主控芯片，實現整個系統的邏輯控制功能;采用單線通信的高精度溫度傳感器DS18B20，實現對被控對象LED芯片實時溫度的采集;同時設計了4×3輸入鍵盤，制冷啟動溫度和強制冷溫度由鍵盤輸入;設計了PWM控制電路，實現對半導體制冷片TEC［5］的工作電壓的控制，進而實現對半導體制冷片TEC制冷功率的控制，以達到對LED芯片及時散熱的效果。

　　4.1主控芯片AT89C51

　　該系統的主控芯片選用的是單片機AT89C51。單片機AT89C51是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能的處理器，為嵌入式控制系統提供了一種靈活性高的廉價方案。單片機AT89C51內含4KB的Flash儲存器，可反復擦寫1000次、128字節的RAM、四個并行8位雙向I/O和2個16位可編程定時器。此外，主控芯片AT89C51采用頻率為12MHz的晶振，這樣系統運行一個機器周期，有利于程序的編寫。單片機AT89C51主要功能：從鍵盤電路讀入設定的制冷啟動功率和強制功率，從溫度傳感器DS18B20讀入實時采集的LED芯片工作溫度，通過C語言編程將二者比較對光電耦合器輸出PWM調制波及將DS18B20實時采集的溫度輸出到LCD顯示。

　　4.2鍵盤電路

　　該系統采用4×3鍵盤［4］，包含0～9共10個數字鍵、一個“確定”鍵和一個“清除”鍵。操作流程為：輸入2位設定溫度，按下“確定”，將設定溫度輸入到AT89C51內用戶自定義區某存儲單元，作為半導體制冷片的啟動溫度。然后，同理再次輸入2位溫度，作為半導體制冷片的強制冷溫度。鍵盤工作原理：I/O口P1.0～P1.3充當行選線，P1.5～P1.7（外接上拉電阻到+5V電源）充當列選線。初始化時P1.0～P1.3置低電位，P1.5～P1.7置高電位并等待按鍵。當有鍵按下時，相應的列選線電平被強制拉低，讀相應的行碼和列碼，則按鍵的編號即可確定。

　　圖3 鍵盤外觀

4.3溫度采集電路

　　該系統采用美國DALLAS公司的生產的數字溫度傳感器DS18B20。DS18B20是一款僅使用一根信號線（1-Wire）與單片機通信的溫度測量芯片，可以測量（滿足該系統的測溫要求）之間的溫度，利用程序編程可實現9為數字溫度輸出，測量精度為由于溫度高于 時，DS18B20表現出的漏電流比較大，可能出現與單片機AT89C51的通信崩潰，故采用外部電源模式供電。DS18B20最大的特點就是單總線傳輸方式，因此對讀寫數據位具有嚴格的時序要求。時序包括：初始化時序、讀時序、寫時序。每一次命令和數據的傳輸都是從單片機的啟動寫時序開始，如果要求DS18B20回送數據，在進行寫時序后，單片機需啟動讀時序完成數據接收，數據和命令的傳輸都是地位在先。