基于STC15W204S的LED智能调光系统设计.docx

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基于STC15W204S的LED智能调光系统设计

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廖钰王伟王慧君付云露林成

摘要：设计了一款基于STC15W204S的智能调光系统。为了实现护眼功能，此系统运用连续PWM脉宽调制原理，调整台灯达到最适光线强度。系统设计有自动和手动模式，可通过按键进行模式切换。自动模式下，由热释红外和多普勒传感器实现人体检测，由光敏电阻传感器对光线进行采集其伏安特性线性度σ=0.99563，并通过AD0832模数转换送入主控制器，改變LED驱动电流，驱动电流与环境光照呈线性变化，线性度σ=0.97072，说明系统在环境光照强度改变时，LED驱动电流会随之改变，从而调节LED的亮度，实现自动调光的功能。手动模式下，用户可通过按键改变台灯亮度，还运用ESP8266模块实现手机对系统的远程控制。

关键词：PWM脉宽调制;光线检测;AD转换;智能调光

TP368.1

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DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.061

随着学习压力的增大，青少年的用眼频度不断增加，近视问题越发严重。目前虽然国家一直提倡减负，但是学生的作业依旧较多，学习效率和学习习惯的差异，导致夜晚大部分学生在台灯下看书学习，以初中生为例，每日在台灯下的学习时间一般在2-3h，因此，对台灯的照明条件有比较苛刻的要求。除要求台灯没有频闪以外，光照度也要达到要求，同时，根据人眼的生理特性，忽强忽暗的强烈变化对人眼有损害。但目前市场上存在的LED台灯控制器，基本上都由简单的电源开关、亮度调节旋钮和LED驱动器组成，只具有简单的LED台灯开启与关闭、手动调节和LED驱动恒流恒压控制功能，功能单一，无法实现智能控制。台灯是人们生产生活中的必需品，但由于经常忘记关灯而会造成能源浪费，且夜晚来临时，人们得摸黑去开灯，非常不方便。考虑保护视力以及节约能源的要求，设计了一款智能护眼台灯。

通过运用连续的PWM脉宽调制[1]原理，根据环境光线与人眼生理特性调整台灯光线强度，以实现护眼的作用;运用人体感应技术，实现“人来灯亮，人走灯灭”的功能，从而实现节约资源的目的，本设计将具有广泛的市场应用前景，也能产生较大的经济效益。

1系统设计

系统设计有自动和手动两种模式，并通过开关按键实现两种模式切换。LED智能调光系统如图1所示，自动模式下，通过热释红外和多普勒传感器检测周围是否有人，如果有人触发系统响应，A/D转换器芯片不断检验光敏传感器的电压，低功耗微处理器检测到电平变化，开始读取AD转换器并控制单片机输出PWM脉宽，脉宽调制LED灯的亮度，从而实现自动调节功能。手动模式下，根据人对光源强度需求不同，可手动改变台灯的亮度。此外，系统还加入ESP8266物联网模块[2]，使得用户可通过手机（4G/WiFi）远程控制台灯。

2硬件设计

2.1STC15W204S单片机

本控制系统采用STC15W204S单片机作为核心控制部分，管脚排列如图2所示[3]。STC15W204S共有16个引脚，其功耗低，速度较51系列单片机快，外围电路较为简单，单片机内部内置复位电路，采用此单片机作为核心控制，速度快、电路简单、功耗低。

2.2人体感应电路

人体感应[4]部分采用RCWL-0516人体检测模块，该模块与传统红外感应PIR相比具有灵敏度更高、感应距离远、感应角度大、可靠性强、供电电压范围广等特点。当该模块正常工作时，如果用户进入感应区域，模块输出端输出高电平，如果用户在感应区域内移动，模块持续输出高电平，如果用户不在感应区，模块则输出低电平。人体感应模块电路如图3所示。

2.3远程控制电路

该部分采用ESP8266模块来实现，远程电路模块如图4所示。该模块具有UART异步串行通信接口，用户通过UART给无线模块发送指令，芯片内部固件程序会根据指令集进行相应操作并给予数据反馈。这样系统既可以通过手机直连也可以无线路由器连接达到远程控制。

2.4光线检测电路

该部分由光线检测模块和AD转化电路组成，电路如图5所示。光线检测模块由光敏电阻和运算放大电路构成，光敏电阻受光线的影响阻值发生变化，运算放大电路输出随之变化。ADC0832将运算放大电路的输出电压通过模数转换送人主控制器。

2.5电源电路

该部分电路采用LM7805三端稳压器[5]和AMS1117-3.3正向低压降稳压器，电源电路如图6所示。LM7805内含过流和过载保护电路，能提供5V稳定电压，给控制电路供电。AMS1117-3.3是一种输出电压为3.3V的正向低压降稳压器，给远程控制电路提供3.3V工作电压。

2.6LED恒流驱动电路

LED驱动电路采用XL4001固定频率脉宽调制（降压型）DC/DC转换器，具有