本文針對傳統(tǒng)照明能效低、耗電量大等問題，設(shè)計了LED恒照度調(diào)光驅(qū)動器。系統(tǒng)使用恒流LED控制芯片NCL30160作為LED光源驅(qū)動電路，采用TSL2561光照度傳感器采集室內(nèi)光照度，通過處理器相應(yīng)算法進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)室內(nèi)的恒照度調(diào)光。該算法實現(xiàn)了PWM波形平滑變化，避免因PWM突變造成閃光。同時，系統(tǒng)增加了人體運動控制，實現(xiàn)無人、有人時的不同調(diào)光方案，使設(shè)計進一步節(jié)能和智能化。

　　1 系統(tǒng)簡介及工作原理

　　系統(tǒng)由PIC16F690單片機、 TSL2561光照度傳感器、LED光源和LED驅(qū)動電路4部分組成。由于LED的亮度與工作電流成正比，故調(diào)節(jié)工作電流即可調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度。目前主要有調(diào)節(jié)正向電流和脈沖調(diào)制調(diào)光兩種調(diào)光方法。由于脈寬調(diào)制調(diào)光具有不會產(chǎn)生任何色彩偏移、調(diào)光精度高、結(jié)合數(shù)字技術(shù)調(diào)光、調(diào)光范圍寬、不閃爍等優(yōu)點，故本文選用脈沖調(diào)制調(diào)光。

　　系統(tǒng)主要由TSL2561采集光照度反饋給PIC16F690處理芯片，經(jīng)過PIC16F690進行相應(yīng)的算法處理，輸出隨光照度規(guī)律變化的PWM波形，經(jīng)過帶有PWM接口的驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈從而實現(xiàn)調(diào)光。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 恒照度調(diào)光的LED驅(qū)動器系統(tǒng)框圖

　　同時，在本系統(tǒng)中加入了人體運動控制以及按鍵控制，能夠檢測人體運動，實現(xiàn)在無人時自動關(guān)閉LED燈，進一步減少電能浪費;按鍵能夠調(diào)節(jié)PWM波形的頻率以及設(shè)定環(huán)境最大光照度，使系統(tǒng)更為人性化。

　　1.1 PIC16F690單片機

　　PIC16F690單片機具有高性能的RISC CPU、低功耗以及豐富的外設(shè)資源，能夠滿足本系統(tǒng)的硬件資源需求。由于該款單片機資源豐富，既滿足系統(tǒng)需求，又不十分浪費資源，故降低了控制器成本。

　　1.2 TSL2561光照度傳感器

　　TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。該芯片的應(yīng)用能夠提供最好的顯示亮度并降低電源功耗。TSL2561具有以下幾個特點：

　?、倏删幊膛渲迷S可的光強度上下閾值，當(dāng)檢測光照度超過閾值時能產(chǎn)生中斷信號;

　　②數(shù)字輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的SMBus和I2C總線協(xié)議;

　?、劭删幊炭刂?a href="http://www.brongaenegriffin.com/analog/" target="_blank">模擬增益和數(shù)字輸出時間;

　　④超小封裝和超低功耗;

　?、葑詣右种?0 Hz/60 Hz的光照波動。

　　TSL2561 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其內(nèi)部有兩個光敏二極管通道，即通道0和通道1，其中通道0對可見光和紅外線都敏感，通道1僅對紅外線敏感。流過光敏二極管的電流經(jīng)過積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換完后將數(shù)字量存入芯片內(nèi)部的寄存器中。積分式A/D轉(zhuǎn)換器將在一個積分周期完成后自動進行積分轉(zhuǎn)換過程。 TSL2561可以通過對其內(nèi)部16個寄存器設(shè)定來控制，該16個寄存器可通過標(biāo)準(zhǔn)的SMBus或者I2C總線協(xié)議訪問。

　　圖2 TSL2561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 控制電路設(shè)計

　　控制電路主要由PIC16F690的最小系統(tǒng)組成，包括復(fù)位電路、輸入按鍵電路、下載調(diào)試電路、供電電路、晶振電路以及相應(yīng)的信號輸入/輸出接口。

　　由于本系統(tǒng)的研究重點在于調(diào)光算法，且系統(tǒng)屬于小功率，故供電電路采用簡單實用的阻容電路。芯片供電電壓為3.3 V，采用ASM1117穩(wěn)壓芯片。

　　下載調(diào)試電路根據(jù)微芯公司提供的資料，采用微芯集成仿真器ICD3，接口電路根據(jù)官方資料設(shè)計。復(fù)位電路以及晶振電路按照常用電路設(shè)計?？傮w硬件框圖如圖3所示。

　　圖3 總體硬件框圖

　　2.2 驅(qū)動電路設(shè)計

　　圖 4為基于恒流LED控制芯片NCL30160的LED驅(qū)動電路。NCL30160是安森美半導(dǎo)體推出的一款NFET遲滯降壓、恒流LED驅(qū)動器。它將電流提升到了1.5 A，是新一代高能效的解決方案，損耗非常低，體積很小，可最大限度地減少空間和成本。通過利用僅55 mΩ的低導(dǎo)通阻抗內(nèi)部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能夠提供能效高達98%的方案。最高1.4 MHz的高開關(guān)頻率使設(shè)計人員可采用更小的外部元件，將電路板尺寸減至最小及成本降至最低。

　　圖4 驅(qū)動電路圖

　　根據(jù)NCL30160的數(shù)據(jù)手冊及輸出要求計算外圍器件參數(shù)。系統(tǒng)采用5顆1 W的LED串聯(lián)，恒定電流為350 mA。

　　R1=200 mV/ILED=200 mV/350 mA≈0.56 Ω （1）

　　式中，ILED為LED燈串電流。圖4中的C5采用官方數(shù)據(jù)手冊推薦的取值。電感L1及ROT由式（2）～（4）得到。式中，toff、ton、△I、RDS（oN）的取值參考數(shù)據(jù)手冊;VIN在此處取為24 V，DCRL為電感電阻，此處取為0 Ω。