摘要：LED因其发光效率高，寿命长，耗电量少，越来越受到广大用户的关注。本文设计了一套LED光源智能调光系统，可根据周围环境是否有人和环境亮度不同来自动控制LED照明的开关和亮度。本系统具有提高用电效率、节约电能以及保护环境的作用。本系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括红外模块、环境亮度传感模块、运放电路、控制模块、驱动模块以及电源模块。软件部分包括总的控制程序和各个模块的控制程序两部分。本系统的软件采用模块化设计思想，以主程序为核心设置多个功能模块子程序，使大量功能在子程序中实现，简化了设计结构。
关键词：LED光源；PWM调光；智能照明；环境亮度感应；LED驱动
0引言
目前的照明灯具大多采用手动开关控制，经常在白天忘记关灯，造成大量的能源浪费，也缩短了灯具的使用寿命。本文设计了一套LED智能照明控制系统，可根据一定范围内是否有人和环境亮度来自动控制照明的开关和亮度。本系统具有提高用电效率、节省电能和环境保护的作用。
1系统的总体结构
图1为LED光源调光系统的系统框图。其中，红外模块、环境亮度传感模块、运放电路组成了系统的感应模块，STC12C5628AD型单片机作为系统的控制模块，驱动电路及LED灯组成LED灯的调光和驱动模块。
本设计中每个驱动芯片可以带6个灯，6个LED全部串联或者并联都存在一些问题。如果全部串联连接，如果有一粒LED开路损坏，则全部灯不亮，安全性降低。如果全部并联连接，有一路开或短路，则电流不均衡，影响灯具使用寿命。
从驱动技术和发光管的特性来看，多只发光管组应该优先使用串联方案。发光管串联使用时有一个问题是一个发光管开路整串都不亮了。经过对样灯打高压并做突波实验，从应用实践上看，只要驱动不失控，给发光管的电流合适，发光管很少见到开路的情况，即使发光管本身质量不好出故障，一般就是自己不亮，但还是保持通路，其它发光管照样亮［1］。
2硬件设计
系统的硬件部分主要由红外模块、环境亮度传感模块、运放电路、控制模块、驱动模块、电源模块和LED灯组成。
2．1红外模块
为了在一定范围内对探测区域内有无人进行感测，并将有人时的信号输入给单片机，故设计了红外模块。
人体都有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长10um左右的红外线，红外模块就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号［2］。
2．2环境亮度感应模块
通过对光电管、光敏电阻、环境亮度传感器等光电探测器的各种性能进行比较，发现环境亮度传感器APDS-9007在设计上紧密贴近人眼的光谱响应曲线，光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长，而且是一个模拟电流输出的光敏感传感器，采用小型化chi-pLED环保无铅表面贴装式。设备采用对数输出型，能够涵盖3到70k流明的宽广照度范围，非常适合于高亮度环境的应用。故环境亮度传感模块的核心器件选择APDS-9007环境亮度传感器［3］。
2．3控制模块
STC12C5628AD型单片机作为整个系统的控制模块，设计的目的主要有两个：
1）采集、存储信号
将红外模块，亮度传感模块感应到的信号采集到单片机中，并进行相应存储。2）控制信号输出
通过采集到的信号进行逻辑分析，对LED灯进行相应的控制［4］。
选择STC12C5628AD型单片机作为控制模块的原因主要有以下几方面：
1）STC12C5628AD型单片机本身带有A/D转换功能和PWM功能，在很大程度上减小了外部电路设计的复杂性。
2）由于本模块主要用于对整个系统的控制，故只用到了其中的几个引脚，STC12C5628AD型单片机相对于其它型单片机而言引脚较少，可以减少其它不必要引脚的浪费［5］。
2．4PWM调光的原理
Talbot定律用快速的闪烁光或黑白交替光作用于人眼，当感觉到亮度相同即光觉融合时，若光照时间为a，间歇时间为b，白光强度为I，则融合光的亮度等于亮度为aI/（a+b）的持续光，这条经验定律是1834年英国塔尔博特（E．W．Talbot）所确立的［6］。
PWM调光技术是以Talbot定律作为基本原理，它的核心思想是以脉冲宽度调制信号的幅值，利用等幅但不等宽的脉冲序列等效信号。PWM调光通过开启和关闭LED来改变正向电流导通时间以达到亮度调整效果，这种技术既能降低亮度，又能精确再现真实色彩。开关动作虽可能造成灯光闪，但只要频率超过100Hz就可让人眼无法察觉。LED调光让每个LED灯都能产生许多亮度，它们通常被称为灰阶。LED在任何时间所能提供的灰阶总数则为其亮度分辨率。
单片机应用PWM对LED的控制两个重要参数：周期T（调制频率f=1/T）和占空比。
2．5驱动模块
与萤光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路设计的主要目的是将交流电压转换为恒流电源，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小，不然LED的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化；另外，若LED电流失控，LED长期工作在大电流下将影响LED的可靠性和寿命，并有可能失效［7］。
本模块在设计时选择了LM3407的芯片，LM3407的显著特色是脉冲电平调制（PLM）控制方案，这一方案在使用一个外部1%精度的电流设定厚膜电阻时，能确保在整个输入电压和工作温度范围内恒定电流输出精度好于10%。转换器的另一个特点是具有一个可接收标准逻辑脉冲，控制LED阵列亮度的DIM引脚，使得LM3407成为精密功率LED驱动器或者恒流源的理想器件。
3系统的软件设计
本系统的软件设计部分主要分为总的控制程序和各个模块的控制程序两部分，具体模块的控制主要指的是A/D转换的控制和PWM调光的控制。
3．1设计思路
本程序采用模块化设计思想，以主程序为核心设置多个功能模块子程序，使大量功能在子程序中实现，简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序。
该系统有三个功能模块：信号输入模块，实现相应信号从单片机输入；信号控制模块，实现对信号的处理；信号输出模块，实现处理结果的编码输出，达到控制LED发光亮度的目的。
单片机接收两部分信号，即红外模块输出的一定环境中是否有人的开关信号和环境亮度传感模块输出的室内亮度控制信号，通过A/D转换器和放大电路传输到单片机中。单片机对输入信号进行处理，并判断需要使灯亮到哪个亮度等级，输出编码信号，控制LED驱动模块，LED灯被点亮到相应的亮度等级，达到智能照明的目的［8］。
4结束语
LED光源调光系统是一个根据一定范围的环境中是否有人和环境亮度智能控制灯的开关和亮度等级的系统。本系统实现了提高用电效率、节约电能以及保护环境的功能，在现代社会中有一定的实用价值。