大功率LED智能化照明控制系统设计

　

概要：0.6 mA，满足设计要求。3系统软件设计软件程序的设计主要包括初始化管理模块、按键管理模块、数据处理模块和显示模块，所有模块都用单片机C51语言编写。根据硬件电路，整个单片机软件部分主程序流程如图6所示。在闭环比较运算中，通过比较实际值与设定值的差值逼近标准值。如果实际值大于设定值，则将原来D／A的入口数值减去这个差值再送去D／A转换；如果实际值小于设定值，则把原来D／A的入口数值加上这个差值再送去转换。循环比较，使实际值和设定值相一致后通过数码管把稳定的实际值显示出来。系统的性能指标主要由两大关系所决定：设定值与A／D采样显示值的关系；内部测量值与实际测量值的关系。后者是由于取样电阻与负载电阻和晶体管的放大倍数受温度的影响和测量仪表的误差所造成的。为了减少这种误差，一定要选用温度系数低的电阻作采样电阻；而A／D与D／A转换过程的误差可以通过多次实验得出一定的比例关系，将所得的误差加入系统程序中。4数据处理与结果分析数据测试是反映系统性能的重要指标。本测试选用1 W、2 W、10 W的LED，依次加9 V、12 V、15 V的电源电压，通过按键设定所选功率LED对应的输出电流值(1 W-0.35 mA，2 W-0.70 mA，10 W-1 A)，分别检测对应D／A转换输出电压、电流

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　　此部分的主要功能是按给定电流值，提供调节输出电流所需的精密电压信号。首先采用键盘输入方式设置给定电流值。根据单片机写入的数据经过其内置的12位D／A转换输出直流电压提供给恒流源的输入电压Vin使其得到一个稳定的恒流输出，再通过12位A／D采样将LED输出的电流数据送入单片机，通过单片机处理计算出控制电压，根据实际的电流与设定电流的比较，向单片机写入新的数据，从而更新输出电流，再反馈回可控恒流源电路，实现对恒流源输出电流的精确调节，最后由数码管分别显示设定电流与输出电流的数值。

　　C8051F040作为控制系统的核心，其内置12位A／D、D／A转换，以及内置的2.4V基准电压，更加方便系统电路的设计。根据基准电压，A／D输出电流与D／A输入的电压范围一一对应，用12位A／D转换所得电流精度可以达到0.6 mA，满足设计要求。

　　3系统软件设计

　　软件程序的设计主要包括初始化管理模块、按键管理模块、数据处理模块和显示模块，所有模块都用单片机C51语言编写。根据硬件电路，整个单片机软件部分主程序流程如图6所示。

　　在闭环比较运算中，通过比较实际值与设定值的差值逼近标准值。如果实际值大于设定值，则将原来D／A的入口数值减去这个差值再送去D／A转换；如果实际值小于设定值，则把原来D／A的入口数值加上这个差值再送去转换。循环比较，使实际值和设定值相一致后通过数码管把稳定的实际值显示出来。

　　系统的性能指标主要由两大关系所决定：设定值与A／D采样显示值的关系；内部测量值与实际测量值的关系。后者是由于取样电阻与负载电阻和晶体管的放大倍数受温度的影响和测量仪表的误差所造成的。为了减少这种误差，一定要选用温度系数低的电阻作采样电阻；而A／D与D／A转换过程的误差可以通过多次实验得出一定的比例关系，将所得的误差加入系统程序中。

　　4数据处理与结果分析

　　数据测试是反映系统性能的重要指标。本测试选用1 W、2 W、10 W的LED，依次加9 V、12 V、15 V的电源电压，通过按键设定所选功率LED对应的输出电流值(1 W-0.35 mA，2 W-0.70 mA，10 W-1 A)，分别检测对应D／A转换输出电压、电流源自身检测到实际输出电流值以及通过外部电流表测量的电流值和数码管的2个数据显示值。其次针对2 W的LED单独进行电流调节，以10 mA的步进递增递减，观察其发光亮度的变化。相关数据如表1、表2所列。

　　从以上测试结果可以看出，该系统实现了由单片机C8051F040控制的精密恒流源，保证了大功率LED的交效稳定工作，对于不同功率LED输出电流满足误差精度在±3 mA范围内的要求。另外，在进行亮度调节时可以看出，电流值小时，输出电流更接近给定电流；电流值较大时，由于系统散热性能不够优良导致恒流源电源性能下降，引起误差增大。误差存在的原因主要是采样电阻制作误差，同时系统工作时采样电阻发热，阻值变化也会引起误差。但总的看来，该系统具有较高的稳定性和精度。

　　结语

　　本系统通过单片机控制，有效地提高了光源输出的电流稳定性。实现了数字化光源驱动的智能控制，对大功率LED照明的发展具有很大的意义。在数据测试和调试方面，由于仪表存在误差和电路器件因工作时间过长温度升高而产生的误差，使得测量数据不是很精确，通过软件设计尽可能减少误差的存在，从而使输出电流的误差范围减小到±2 mA，大大提高了系统的精度。

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