基于AVR的LED照明灯控制系统设计

引言

LED照明已经进入了家庭用户，与传统的照明设备(如白炽灯、荧光灯)相比，具有光源单色纯度高、色彩多样、效率高、光强度可调等优点。针对传统照明亮度不易调节、开关位置固定的问题，本文基于AVR单片机设计了一种LED遥控照明系统，提出了LED照明灯的驱动与亮度调节的方法。

1 LED照明灯控制系统原理

系统原理图如图1所示。当红外接收器接收到红外遥控信号时，通过外部中断将AVR单片机从休眠模式中唤醒;AVR单片机开始解析红外信号，如果与系统地址匹配，则将根据解析到的命令改变LED恒流源驱动的输入，从而改变LED灯的状态。

2 系统硬件设计

2.1 控制器

控制器采用AVR单片机ATmega8。ATmega8是Atmel公司在2002年推出的一款AVR单片机，采用小引脚封装。ATmega8内部集成8 KB的可编程F1ash、512字节EEPROM和1KB内部SRAM;3个PWM通道，可实现任意小于16位、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出;1个可编程的串行USART接口，支持同步、异步以及多机通信自动地址识别;5种省电模式。本系统中，控制器ATmega8的主要作用为：解析红外信号，对LED驱动器进行控制。

2.2 红外接收模块

红外接收模块主要器件采用IRM-2368V，常用于家庭DVD、电视、空调等家电的遥控中。IRM-2368V具有以下特点：工作电压为2.4～6 V;灵敏度高，抗干扰能力强;能直接将遥控信号从载波中提取出来，输出匹配TTL、CMOS电平，可与单片机直接接口;遥控距离可达12m。图2为红外接收模块原理图。其中PD2复用为ATmega8的外部中断INTO，电源部分使用系统的5 V供电。

2.3 LED驱动模块

LED驱动模块采用HV9910集成芯片。它具有如下特点：高能效超过90%;8～450 V的宽电压输入;输出电流从几mA到1A可调;能驱动多达百个LED灯;PWM调节电流。图3是LED恒流源驱动原理图，该驱动电路为典型buck-boost转化器设计。驱动器中输入电源电压Vin=12V，驱动3～6个3 50mA高亮度LED灯。

HV9910工作时，内部振荡频率fosc由引脚Rosc上的电阻决定。本设计中Rosc取470 kΩ，将MOSFET管Q1的gate端开关频率设定为50kHz。R osc与fosc满足以下关系式(Rosc的单位是kΩ)：

每个LED灯工作时压降约为3 V，当有3只LED灯串联在输出端时，驱动器输出电压Vled=91 V。可得LED满电流工作时Q1管的控制信号占空比D为：

Q1的导通时间Ton=D/fosc=8.6μs，输出电流Iled=350 mA，谐波电流抑制在30%以内，则可由下式得出电感L1的值：

本方案中L1实际使用1 mH。

R1上的反馈电压与HV9910内部比较电压250 mV相比较，若反馈电压大于250 mV，则关断Q1。由谐波电流关系式可求出R1：

3 系统软件设计

系统软件流程如图4所示。系统上电后，首先读取系统的状态配置，设定LED灯的工作状态;然后进入休眠模式，定时器依然工作在PWD状态中。IRM-2368V的输出口与ATmega8的PD2口相连，休眠状态下该端口配置为中断INT0;中断唤醒后，关闭中断并将该端口配置为输入端口。

4 系统测试

在带负载(LED灯)的情况下，设定的PWM占空比与负载电流的实验结果如表1所列。可以看出，输出电流大小基本与PWM信号占空比呈线性正比关系。

结语

本方案利用红外遥控较好地实现了家用LED照明调光控制。ATmega8与红外遥控远距离控制的优势还可以得到进一步的发挥：ATmega8的3个定时器可配置为3路PWM输出，即可以控制3串LED灯，可以为多色LED照明与装饰照明提供支持;ATmega8强大的处理能力也可以为个性化的照明方案提供强大的支持;红外收发系统除了能发送控制信号外，还能将灯光控制方案传输给ATmega8，系统将可以自由地更换个性化的照明方案。