基于AVR的LED照明燈控制系統設計

引言

LED照明已經進入了家庭用戶，與傳統的照明設備(如白熾燈、熒光燈)相比，具有光源單色純度高、色彩多樣、效率高、光強度可調等優點。針對傳統照明亮度不易調節、開關位置固定的問題，本文基于AVR單片機設計了一種LED遙控照明系統，提出了LED照明燈的驅動與亮度調節的方法。

1 LED照明燈控制系統原理

系統原理圖如圖1所示。當紅外接收器接收到紅外遙控信號時，通過外部中斷將AVR單片機從休眠模式中喚醒;AVR單片機開始解析紅外信號，如果與系統地址匹配，則將根據解析到的命令改變LED恒流源驅動的輸入，從而改變LED燈的狀態。

2 系統硬件設計

2.1 控制器

控制器采用AVR單片機ATmega8。ATmega8是Atmel公司在2002年推出的一款AVR單片機，采用小引腳封裝。ATmega8內部集成8 KB的可編程F1ash、512字節EEPROM和1KB內部SRAM;3個PWM通道，可實現任意小于16位、相位和頻率可調的PWM脈寬調制輸出;1個可編程的串行USART接口，支持同步、異步以及多機通信自動地址識別;5種省電模式。本系統中，控制器ATmega8的主要作用為：解析紅外信號，對LED驅動器進行控制。

2.2 紅外接收模塊

紅外接收模塊主要器件采用IRM-2368V，常用于家庭DVD、電視、空調等家電的遙控中。IRM-2368V具有以下特點：工作電壓為2.4～6 V;靈敏度高，抗干擾能力強;能直接將遙控信號從載波中提取出來，輸出匹配TTL、CMOS電平，可與單片機直接接口;遙控距離可達12m。圖2為紅外接收模塊原理圖。其中PD2復用為ATmega8的外部中斷INTO，電源部分使用系統的5 V供電。

2.3 LED驅動模塊

LED驅動模塊采用HV9910集成芯片。它具有如下特點：高能效超過90%;8～450 V的寬電壓輸入;輸出電流從幾mA到1A可調;能驅動多達百個LED燈;PWM調節電流。圖3是LED恒流源驅動原理圖，該驅動電路為典型buck-boost轉化器設計。驅動器中輸入電源電壓Vin=12V，驅動3～6個3 50mA高亮度LED燈。

HV9910工作時，內部振蕩頻率fosc由引腳Rosc上的電阻決定。本設計中Rosc取470 kΩ，將MOSFET管Q1的gate端開關頻率設定為50kHz。R osc與fosc滿足以下關系式(Rosc的單位是kΩ)：

每個LED燈工作時壓降約為3 V，當有3只LED燈串聯在輸出端時，驅動器輸出電壓Vled=91 V。可得LED滿電流工作時Q1管的控制信號占空比D為：

Q1的導通時間Ton=D/fosc=8.6μs，輸出電流Iled=350 mA，諧波電流抑制在30%以內，則可由下式得出電感L1的值：

本方案中L1實際使用1 mH。

R1上的反饋電壓與HV9910內部比較電壓250 mV相比較，若反饋電壓大于250 mV，則關斷Q1。由諧波電流關系式可求出R1：

3 系統軟件設計

系統軟件流程如圖4所示。系統上電后，首先讀取系統的狀態配置，設定LED燈的工作狀態;然后進入休眠模式，定時器依然工作在PWD狀態中。IRM-2368V的輸出口與ATmega8的PD2口相連，休眠狀態下該端口配置為中斷INT0;中斷喚醒后，關閉中斷并將該端口配置為輸入端口。

4 系統測試

在帶負載(LED燈)的情況下，設定的PWM占空比與負載電流的實驗結果如表1所列。可以看出，輸出電流大小基本與PWM信號占空比呈線性正比關系。

結語

本方案利用紅外遙控較好地實現了家用LED照明調光控制。ATmega8與紅外遙控遠距離控制的優勢還可以得到進一步的發揮：ATmega8的3個定時器可配置為3路PWM輸出，即可以控制3串LED燈，可以為多色LED照明與裝飾照明提供支持;ATmega8強大的處理能力也可以為個性化的照明方案提供強大的支持;紅外收發系統除了能發送控制信號外，還能將燈光控制方案傳輸給ATmega8，系統將可以自由地更換個性化的照明方案。