1、（2011届）毕业设计题目基于AVR单片机的LED自适应调光系统设计姓名专业电子信息工程班级学号指导教师导师职称年月日I基于AVR单片机的LED自适应调光系统设计摘要作为一种光源，调光是很重要的。不仅是为了在家居中得到一个更舒适的环境，在今天来说，减少不必要的电光线，以进一步实现节能减排的目的是更加重要的一件事。而且对于LED光源来说，调光也是比其他荧光灯、节能灯、高压钠灯等更容易实现，所以更应该在各种类型的LED灯具中加上调光的功能。自适应调光系统硬件电路由四个部分组成感光电路、AD转换电路、单片机控制电路、发光二极管驱动电路。软件部分采用PID算法，自动调节环境光照度。本设计以89C51单
2、片机为控制器，利用光敏电阻采集环境光照度，采用脉宽调制方式调节三极管，进而调节LED的发光亮度，最终维持环境光照度在一个设定的水平。关键词LED，自适应调光，AVR单片机,PID算法IILEDADAPTIVEDIMMINGSYSTEMBASEDONAVRABSTRACTTHEQUALITYOFDIMMINGOFLIGHTSOURCEISVERYIMPORTANTITISNOTONLYFORABETTERENVIRONMENTATHOMEATPRESENT,ITISALSOANEVENMOREIMPORTANTISSUETOLESSENWASTEOFUNNECESSARYELECTRICLIGH
3、TANDFURTHERACHIEVETHEGOALOFENERGYSAVINGANDEMISSIONREDUCTIONWHATSMORE,FORLIGHTSOURCEOFLED,ITISEASIERTOADJUSTBRIGHTNESSTHANFLUORESCENTLAMP,ENERGYSAVINGLAMP,HIGHPRESSURESODIUMLAMPANDOTHERKINDSOFLAMPSTHEREFORE,WEDBETTERADDTHEFUNCTIONOFBRIGHTNESSADJUSTINGTOVARIOUSKINDSOFLEDLAMPSTHEHARDWAREOFADAPTIVEADJUS
4、TABLEOPTICALINTENSITYSYSTEMISCONSISTEDOFFOURPARTSTHEYAREPHOTOSENSITIVECIRCUIT,ADCHANGEOVERCIRCUIT,SINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLCIRCUIT,ANDLEDDRIVINGCIRCUITANDTHESOFTWAREOFTHESYSTEMMAKESUSEOFPIDALGORITHMTOADJUSTBRIGHTNESSOFENVIRONMENTAUTOMATICALLYTHISDESIGNTAKES89C51SCMASCONTROLLER,USEPHOTOCONDUCTIV
5、ERESISTANCETOCOLLECTLUMINANCEOFTHEENVIRONMENTANDTHEDESIGNERADOPTPULSEWIDTHMODULATIONMODETOADJUSTTRIODE,WHICHCANHELPADJUSTBRIGHTNESSOFLEDTOKEEPINTENSITYOFILLUMINATIONOFTHEENVIRONMENTATASETLEVELKEYWORDSLED,ADAPTIVEDIMMER,AVR,PIDIII目录摘要IABSTRACTII1绪论111LED的国内外研究现状112课题的意义22系统设计原理321总体设计方案322系统驱动方式选择423
6、LED驱动设计注意点43硬件设计631电源电路632感光电路7321LED发光原理933手动控制电路934单片机控制电路10341AT89C51简介11342ADC0832简介12343单片机控制电路14344AD转换电路15345PID控制的原理和特点1535晶振电路1736发光二极管驱动电路174软件设计1841系统流程图1842初始化1943读取当前亮度1944手动调节2045PWM调制亮度调节205总结与展望2351总结2352展望23参考文献24致谢错误未定义书签。附录25IV附录硬件电路图26基于AVR单片机的自适应调光系统设计11绪论LED光源是21世纪光源市场的希望，众多优点预
7、告其未来将逐步取代传统光源，奥科委指出高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后，最伟大的发明之一，当前全球能源危机的时候，能源是一种宝贵的资源，所以节约能源是我们未来面临的问题。LED作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。11LED的国内外研究现状在照明领域的技术革新中，LED的应用毫无疑问是最令人振奋的，它改变了整个照明市场的结构。LED的发光强度很高，但它发出的热量很少。白炽灯会浪费大量的热能，霓虹灯容易破损，荧光灯会产生有毒气体1。LED已被全球看成一种新型的高科技环保的节能光源。近几年来，LED的发光效率已增长了100倍，而成本下降了10倍。在目前LED光源
8、及市场开发中，极具发展与应用前景的是照明用LED，其用作固体照明器件的经济性显著，且有利于环保，正逐步取代传统的白炽灯2。目前，照明LED的应用每年发展的速度超过20，世界上的许多发达国家都开始大量应用LED照明。现在，一般的LED的发光效率超过500M/W，专家预计，2012年可能超过1000M/W。功率型LED优异的散热特性与光学特性更能适应普通照明领域。为替代荧光灯，白光LED必须具有150200LM/W的光效，而且每流明的价格应该控制在0015美元以下3。想要做到这个标准，仍有很多技术要突破。根据理论上的说法，LED的发光效率可以非常接近100。所以LED被看成21世纪的新型光源，很有
9、希望在白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。为了提高白光LED的发光效率，世界上许多国家的科研人员正从改进工艺和开发新材料入手，以改进产品结构。美国波士顿的PHOTONICSRESEARCH研究中心报道了LED技术方面的新进展，声称光效达到330LM/W。这种被称作PHOTONRECTCLING的半导体光源可发出蓝、黄两种波长的光4。所发出的光能使人感到的是白光。这种光效，与目前市场上的LED比要高10倍甚至更高。不过，应该指出，从实验室到商业化的产品这条路也许还十分漫长。奥地利的照明设计公司做了一个大型的实验，用了14000只白光和彩色LED的混合照明整个房间。光照水平可以达到6
10、00700LUX，足够一间普通办公毕业设计2室的照明。用计算机计算白光，蓝光，蓝/绿光，琥珀和红光二极管的混合效果，可以得到25003000K的暖色温，其显色指数非常好5。由于LED产业不断涌现新技术、新产品、新应用，呈现出了朝阳工业的欣欣向荣的景象，可以相信，半导体技术不仅不会被其他技术取代，而且会继续沿着原来的轨道向前发展。半导体照明技术由于技术的先进性和产品使用的广泛性，已经被广泛认为是最具发展潜力的高科技领域之一6。半导体照明产业具有明显的节能和环保效果，也被认为是一个战略性的高技术产业。12课题的意义LED是一种新型半导体固态光源。它是一种不需要钨丝和灯管的颗粒状发光原件7。LED光
11、源凭借环保、节能、寿命长、安全等众多优点在打造节能、环保型社会的大环境下当仁不让地成为照明行业的新宠，许多国家都开始推广LED的应用。LED的应用在照明领域是最令人振奋的，它将开创一个新的照明市场，很快会成为市场的主打产品。其实LED的技术不是刚出现的，在许多年前就已经出现，但是那个时候LED只是被用作仪器和设备的指示灯8。近些年随着科技的突破，材料和芯片性能上都有新的改善和突破，使得LED的亮度和寿命都有了极大的改进，从而也推动了LED更为广泛的使用。普通白炽灯的寿命只有1000小时，而LED的寿命则高达50000小时，而且消耗的电量要少得多。根据美国SANDIA国家实验室的研究，如果白光二
12、极管系统能够普及，全世界照明用电的消耗将减少509。影响白光二极管系统普及的主要障碍还是它的亮度和价格，目前白光二极管的亮度不足以照亮整个房屋，而且其价格大约是白炽灯泡的10倍。LED照明技术的发展将带来更加明亮的光线和更少的能源消耗。随着经济发展，我国的照明用电还将有大幅度的提高，国家对绿色节能科技的投入越来越大，LED照明是借助着这个大环境下才得以发展的。据中国绿色照明工程促进项目办公室专项调查，我国照明用电每年在3000亿度以上，用LED取代全部白炽灯和部分荧光灯10，可节省13的照明用电，相当于三峡工程全年的发电量。LED的优点还有很多，作为全固态发光体，LED更加的耐震耐冲击，发热量
13、也更低，而且不易破碎、不含汞、钠等可能危害健康的元素11，更加安全，更加环保。LED的应用十分广泛，应用在路灯照片、汽车尾灯、景观灯、液晶显示屏、手机背光源等12。基于AVR单片机的自适应调光系统设计32系统设计原理21总体设计方案本设计以89C51单片机为控制器，利用光敏电阻采集环境光照度，采用脉宽调制方式调节三极管，进而调节LED的发光亮度，最终维持环境光照度在一个设定的水平。包括手动控制模块、光采集模块、电源模块、LED照明模块，总体框架图如下图21所示。图21总体框架图自适应调光调光示意图如下图22所示。图22调光示意图工作原理通电的时候，单片机采集亮度，以当前亮度为基准。如果环境变暗
14、，则调亮L2亮度，直到环境亮度达到基准；如果环境变亮，则调暗L2亮L2这个LED用来自适应调光L1这个LED模拟环境亮度电位器可以改变环境亮度单片机手动控制模块89C51单片机LED照明光采集模块电源模块毕业设计4度，直到环境亮度达到基准。调节方法L1是手动调的，代表环境其他光线的亮度的变化，如果L1变暗，这时候L2就要变亮，保证环境总的亮度不变，反之，如果环境其他光线L2变亮，这个时候L2就要暗下来了。L1手动调，L2会根据L1的亮度自动调节，这就是自适应调光。在一个环境比较暗的地方，调节L1，让L2亮起来。然后在拿到一个比较亮的地方，L2会变暗，甚至熄灭。22系统驱动方式选择为发光二极管照
15、明选择一个可行的供电方式，是半导体照明普及必须要解决的一个问题。如果选择用市电驱动发光二极管，则需要解决降压和整流问题，还有较小的体积和较低的成本，有比较高的变换效率，特别要考虑到安全隔离问题；考虑到对电网的影响，还要解决好电磁干扰和功率因素等问题。对中小功率的发光二极管灯来说，其最理想的电路结构是隔离式单端反激变换器。对于大功率的应用而言，则应该使用桥式变换电路。现阶段，家庭用电均为220V的市电，为了能够更加方便的应用我这个课题，我选择了使用市电驱动。23LED驱动设计注意点电源有各种各样，但不管何种电源，都不能直接给LED供电。所以说要用LED做照明光源就必须解决好电源变换这个问题。实际
16、上LED是一个电流驱动的低电压单向导电的器件，LED驱动器应具有小尺寸、高效率、直流控制、PWM调光、过压保护、负载断开、以及简单易用等特点。为LED提供电的电源变换器设计的时候一定要注意以下的几个特点（1）LED是一种单向导电器件。根据这个特点，我们就可以考虑用直流电流或单向脉冲电流给LED提供电能。（2）发光二极管是具有PN结结构的半导体器件，有势垒电势，这会形成导通门限电压，只有加载到LED上的电压值超出了这个门限电压，LED才会充分的导通。一般大功率的LED门限电压在25V以上，一般工作的时候的管压降为34V。（3）二极管的电流/电压特性是非线性的。一般情况下流过LED电流的数值等于供
17、电电源的电动势减去LED的势垒电势再除以回路的总电阻，总电阻是电源内阻、引线电阻、发光管体电阻的和。所以，流过LED的电流跟加在发光管两端的电压不会成正比关系。（4）二极管的PN结是负的温度系数。温度升高会导致LED的势垒电势基于AVR单片机的自适应调光系统设计5下降。根据这个特点，我们不能直接给LED电压源供电，而是需要采取限流措施，不然随着管子工作时温度的升高电流会越来越大直到损坏器件。（5）流过发光管的电流跟发光管的光通量之间的比值是非线性的。LED的光通量会随着流过发光管的上升而上升，但是却并不是正比关系，越是后来光通量的增加越是少。所以，我们应该让发光管在一个发光效率高的电流值下进行
18、工作。LED和其他光源一样，能够承受的电功率是有限的。假若加在LED上的电功率超过了一定的数值，发光管就非常有可能被损坏。因为材料特性和生产工艺等方面的区别，相同型号的发光管的势垒电势以及发光管的内阻也并不完全相同，这将导致发光管工作的时候管压降不一讲，加上发光管势垒电势具有负的温度系数，所以说LED不能够直接并联使用15。综上所述，用发光管作照明必须要设计一个合理的驱动。毕业设计63硬件设计自适应调光系统主要由电源电路、感光电路、手动控制模块、单片机控制电路、AD转换电路、发光二极管驱动电路组成，原理图如图31所示。图31自适应调光系统31电源电路电源是电路中很重要的一个部分，其设计的好坏对
19、整个系统的性能有非常大的影响。要想得到5V的电压，若选用12V的变压器，整流滤波后输出往往大于12V，会使稳压器功耗大，自身温度过高。故不选用输出电压为12V的变压器，而选用输出电压为9V的变压器。系统接通220V交流电源后，将220V交流电变压到9V，经过二极管全波整流、电解电容C8、C9滤波，再经一只正输出稳压器LM7805。为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容C6、C7，最后得到5V的直流工作电源，用于给控制系统中单片机系统及其它外围单片机AT89C51电源电路感光电路AD转换电路发光二极管驱动电路晶振电路手动控制模块基于AVR单片机的自适应调光系统设计7电路供电。电路图如
20、下框32所示。图32电源电路如图所示电路为输出电压5V，它由电源变压器T，桥式整流电路D1D4，滤波电容C8、C9，防止自激电容C6、C7和一只固定式三端稳压器7805极为简捷方便地搭成的。220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C8、C9的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的VIN和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化。此直流电压经过LM7805的稳压和C6、C7的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器
21、是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。32感光电路照度是指被照物表面在单位面积上受到的光通量。一般用“呎烛光”来表示照度。1呎烛光，是指发光强度为1烛光的光源，在距离光源一呎、面积为一平方呎的垂直面上所产生的光照度。呎烛光平均的光照度就是每平方呎1流明，故可写作1流明/平方呎。光照度也有用“米烛光”为单位，称作“勒克司”，即一平方公尺的面积上受距离一米的烛光的照射。同样强度的光源，在物体上的照度和其与光源的距离有关，所以呎烛光的光照度大于米烛光的光照度。1呎烛光的光照
22、度1076米烛光；1米烛光的光照度0093呎烛光。照度是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明LM数，也叫做勒克斯LUX1LUX1LM/平方米上式中，LM是光通量的单位，其定义是纯铂在熔化温度约1770时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。毕业设计8一般情况夏日阳光下为100,000LUX；阴天室外为10000LUX；室内日光灯为100LUX；距地面60CM桌面60W台灯为300LUX；电视台演播室为1000LUX；黄昏室内为10LUX；夜间路灯为01LUX；烛光20CM远处1015LUX。下表33为学校照度标准参考表
23、表33学校照标准参考表照度LUX场所1500300制图教室、缝纫教室、电脑教室750200教室、实验室、实习工场、研究室、图书阅览室、办公室、教职工员休息室、会议室、保健室、餐厅、广播室、室内运动场300150大教室、礼堂、休息室、楼梯间15075走廊、电梯走道、厕所、值班室、校内室外运动场7530仓库、车库、安全梯感光电路由普通电阻、光敏电阻、运算放大器LM358组成，如下图34所示。普通电阻和光敏电阻组成分压电路，当环境亮度变化时，光敏电阻的阻值也会发生对应的变化，此时光敏电阻上的压降也发生变化。该压降通过LM358构成的电压跟随器，输出到AD转换电路。图34感光电路基于AVR单片机的自适
24、应调光系统设计9321LED发光原理二极管由两部分组成，一端是P型，另一端是N型，P型中空穴占主导地位，N型中主要为电子。当他们连接在一起时，就会形成一个PN结。当有电流通过时，电子就会被推向P区，在P区中电子会跟空穴复合，然后会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。2LED基本参数1光通量指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。2发光效率发光体把受激发时吸收的能量转换为光能的能力。这是衡量现代光源性能的重要指标之一，如何提高电光源光效的研究是电光源研究中一个重要方面。3光强描述点光源发光强弱的一个基本度量，以点光源在指定方向上的立体角
25、元内所发出的光通量来度量。4照度从同一方向看，在给定方向上的任何表面的每单位投影面积上的光照强度，照度是衡量物体表面被光源照亮的程度。LED的基本参数有1最大正向电流IFM在正常工作条件下加在LED两端的最大正向电流。2最大反向电压VRM在正常工作条件下加在LED两端的最大反向电压。3允许功耗PMLED两端正向电压与正向电流之积的最大值。4工作环境温度TOPMLED可以正常工作的环境温度范围。33手动控制电路手动控制电路由电阻、电容、按键组成，其框架如图35所示。通过手动按钮可以手动调节环境的亮度，从而改变LED亮度。毕业设计10图35手动控制电路34单片机控制电路单片机控制电路由单片机、感光
26、电路、手动控制模块、AD转换电路、发光二极管驱动电路等组成，电路如图36所示。通过1,2,3,4管脚可以控制感光电路，其四个管脚和ADC0832相连，组成AD转换电路；21,22管脚控制手动控制模块，18,19管脚控制晶振电路。以89C51单片机为控制器，利用光敏电阻采集环境光照度，采用脉宽调制方式调节三极管，进而调节LED的发光亮度，最终维持环境光照度在一个设定的水平。基于AVR单片机的自适应调光系统设计11图36单片机控制电路341AT89C51简介1、89C51单片机的基本组成一个8位微处理器；片内256字节数据存储器RAM/SFR；用以存放可以读/写的数据；片内4KB程序存储器FLAS
27、HROM；4个8位并行I/O端口P0P3,可输入和输出；两个16位的定时器/计数器，可计数；有5个中断源，两个中断优先级的中断控制系统；一个UART的串行I/O口，实现串行通信；片内振荡器和时钟产生电路；具有节电工作方式，也就是说掉电方式。2、89C51单片机引脚及其功能如下图37所示，为单片机AT89C51的引脚简单介绍几个用到的引脚功能。毕业设计12图37单片机AT89C51的引脚图（1）1到4这四个管脚属于P1口，其功能8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。（2）RST（9脚），其功能复位输入，当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。（3）12脚属于
28、P3口，其功能8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。（4）XTAL2（18脚）振荡器反相放大器的输出端。XTAL1（19脚）振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。（5）21，22脚为P2口，其功能8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。（6）31脚接5V。342ADC0832简介ADC0832是美国国家半导体公司生产的一款芯片，它体积比较小，性价比高，兼容性好，应用比较广泛。ADC0832特点8位分辨率，双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32
29、S；一般功耗仅为15MW；PICC多种封装；商用级芯片温宽为0CTO70C。引脚图如下框38所示。基于AVR单片机的自适应调光系统设计13图38ADC0832引脚图引脚功能说明1CS片选使能，低电平有效。2CHO模拟通道0，差分输入时，作为IN或IN使用。3CH1模拟输入通道1，差分输入时，作为IN或IN使用。4GND电源接地。5DI数据信号输出，选择通道控制。6DO数据信号输出，选择数据输出。7CLK芯片时钟信号。8VCC电源输入。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间
30、。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对ADC0832的控制一般情况下ADC0832和单片机有四条数据线相连，分别是CS、CLK、DO、DI。因为DO与DI在通信的时候不是同时有效的，而且和单片机的接口是双向的，因此有时候在电路设计时可以把这两个端口接在一根数据线上来用。当ADC0832没有工作时它的CS输入端应该是高电平，这个时候芯片禁止使用，CLK和DO/DI的电平可以是低电平或者是高电平。当进行A/D转换的时候，要先把
31、CS的使能端置于低电平而且要持续到转换完全结束。这个时候芯片开始进行转换工作，同个时间处理器会向芯片时钟CLK端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位毕业设计14数据用于选择通道功能，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN，CH1作为负输入端IN进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN，CH1作为正输入端IN进行输入
32、。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出为DATA0。紧接着输出8位数据，直到第19个脉冲的时侯数据输出才算完成，也就是意味着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁止使用的芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V并且8位分辨率时的
33、电压精度为1953MV。如果作为由IN与IN输入的输入时，可以将电压值设定在一个比较大的范围之内，这样可以提高转换的宽度。但值得注意的是，当进行IN和IN的输入的时候，假如IN的电压大于IN的电压则转换后的数据结果始终为00H。343单片机控制电路该电路由发光二极管、电容、电阻、晶振、STC89C51组成，如下图39所示。单片机驱动ADC0832采集当前环境亮度，PWM驱动发光二极管调节环境亮度；和单片机12接口相连。通过PID算法，自动调光。图39单片机控制电路基于AVR单片机的自适应调光系统设计15344AD转换电路AD转换电路由8位AD芯片ADC0832组成,如下图310所示。ADC08
34、32的基准电压为5V，输入电压范围为05V，输出数字量最大值为255。图310AD转换电路345PID控制的原理和特点在实际工程中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，可以被称为PID调制或者PID控制。控制器作为最早实用化的控制器已经有50多年历史，PID控制器简单易懂，性能优越，稳定性好，因此成为工业控制的主要技术之一。当被控制的对象的参数和结构不能完全知道，或者是得不到精准的数学模型时，其他的控制理论技术很难采用时，系统控制器的参数和结构只能依靠现场调试以及经验判断来确定，这时应用PID控制技术最为方便。也就是说我们不完全了解一个系统和被控对象，或者是无法通过有效可行的测
35、量手段来获得系统参数，这时候用PID控制技术最适合。PID控制，具体使用中有PI和PD控制。在实际使用中PID控制器是依照系统的误差，通过比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制比例控制是最容易的控制方式，其控制器的输入信号和输出信号成比例关系。只存在比例控制时系统输出会产生稳态误差。积分（I）控制毕业设计16积分控制中，控制器的输入信号和输出信号成积分反比关系。对于一个自动控制系统来说，假如在进入稳态后有稳态误差的存在，就可以说这个控制系统存在稳态误差。在控制器中引入“积分项”可以用来清除稳态误差。随着时间的增加，积分项也会增大，所以说积分项对误差取决于时间的积分。因此，即使误
36、差非常小，积分项仍会随着时间的增加而变大；它使控制器的输出增大以此来减小稳态误差，直到变成零。所以，利用PI控制器，可以使系统进入稳态以后没有稳态误差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输入误差与输出误差信号的微分成反比关系。由于存在较大惯性组件或者是滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化所以会导致自动控制系统在克服误差的调节过程中有可能会出现振荡甚至是失稳。解决振荡的方法是抑制误差作用的变化“超前”，也就是说在误差接近零时，抑制误差的作用就该是零。就是说，在控制器中仅仅只是引入“比例”项远远是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前要求它能预测误差变化的趋势，所以需
37、要增加的是“微分项”，只有这样，具有比例微分的控制器才能提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至是负值，从而可以避免被控量的严重超调。因此对于有较大惯性或者滞后的被控对象，PD控制器可以改善系统在调节过程中的动态特性。/PID自动调节亮度IFPWMNOWPWMSET如果实际值大于设定值PWMCOUNT5输出加5IFPWMCOUNT100如果超过最大值PWMCOUNT100输出最大值ELSEIFPWMNOW200PWMCOUNT0基于AVR单片机的自适应调光系统设计17ELSE/ENDOFPID输出波形为方波。35晶振电路晶振电路由晶振、和电容组成，跟单片机的18,19这两个管脚相连，电路如下图31
38、1所示。图311晶振电路晶振即晶体振荡器，能产生振荡，其特点是固有频率十分稳定，而且震动具有多谐性，除了奇频震动外还有奇次谐波泛音震动。性能上，晶振的品质因素Q和特性阻抗都非常高，而且接入系数很小，因此具有很高的频率稳定度。36发光二极管驱动电路该电路由发光二极管、电阻和三极管9012组成如下图312所示，和单片机12接口相连采用灌电流方式，驱动发光二极管。图312AD发光二极管驱动电路毕业设计184软件设计41系统流程图本设计采用C语言编程，先设定当下的环境亮度为设定亮度，当环境的亮度变亮的时候，即大于那设定亮度时，减小PWM输出，LED灯会变暗，并且以此当下的环境作为设定的亮度；当环境亮度
39、再次改变，变暗的时候，程序会增大PWM输出，LED灯会变亮，并且以此为设定的环境亮度；通过设定环境亮度的标准来自动调节LED亮度。初始化读取当前亮度当前亮度设定亮度减小PWM输出增大PWM输出NY基于AVR单片机的自适应调光系统设计1942初始化/亮度手动调节按钮初始化SBITKEY1P20UCHARPWMCOUNT0UINTT1SCOUNT0UCHARPWMSET0/当前所设置的亮度UCHARPWMNOW0/当前环境的实时亮度/定时器0初始化VOIDTIME0_INITTMOD0X01IE0X82TH00XFFTL00XA3/110592MZ晶振，1MSTR0143读取当前亮度/主函数VOI
40、DMAINTIME0_INITPWMCOUNT0DELAY100PWMSETGETVAL08321/读初始亮度WHILE1/按键调节亮度处理毕业设计20IFKEY10WHILEKEY10PWMSET10IFPWMCOUNT250PWMSET0/ENDOFKEYSETPWMNOWGETVAL08321/读取当前亮度44手动调节/按键调节亮度处理IFKEY10WHILEKEY10PWMSET10IFPWMCOUNT250PWMSET0/ENDOFKEYSETPWMNOWGETVAL08321/读取当前亮度45PWM调制亮度调节PWM是英文“PULSEWIDTHMODULATION”的缩写，翻译成脉
41、冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种很好用的技术，在许多领域中有广泛的应用，比如说测量、通信、功率控制与变换等。脉冲宽度调制是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过使用高分辨率计数器，方波的占空比被调制用来对一个具体的模拟信号电平进行编码14。PWM信号还是数字的，在给定的任何时间，满幅值的直流供电不是完全有ON，就是完全无OFF。电流源或电压是以一种断OFF或通ON的重复脉冲序列被加载到模基于AVR单片机的自适应调光系统设计21拟的负载上。断的时候即是供电被断开的时候，通的时候即是直流供电被加到负载上的时候。只要满足带宽足够这个条件，任何的模拟值都可以使用PW
42、M进行编码。/PWM输出，一个周期100等分，PWMCOUNT表示LED点亮所占的比例，这个比例越大，LED越亮IFTCOUNT250PWMSET0/ENDOFKEYSETPWMNOWGETVAL08321/读取当前亮度/1S时间调节一次亮度IFT1SCOUNT1000T1SCOUNT0PWM在编程中的运用基于AVR单片机的自适应调光系统设计235总结与展望51总结本次毕业设计由于时间、经验、水平等局限，做出的东西并不完美。虽然能够做出了实物，简单的功能也能够运用；但是有很多地方都没做到位。最主要的是以下3点1当初设计的时候是想产生白光的，但由于时间紧张，技术要求比较高，没有达到这个要求。2有
43、个LED会一闪一闪的，主要是采用的AD是8位精度的，当初在选择芯片的时候考虑的不够周到，下次有时间一定把它完善。3本来考虑用一串LED来做效果会更好，但是考虑到成本及精力问题没能达到。本设计主要做了一个基于51单片机的自适应调光系统。其中硬件电路有四个部分组成感光电路、AD转换电路、单片机控制电路、发光二极管驱动电路。软件部分采用PID算法，自动调节环境光照度。本设计以89C51单片机为控制器，利用光敏电阻采集环境光照度，采用脉宽调制方式调节三极管，进而调节LED的发光亮度，最终维持环境光照度在一个设定的水平。52展望目前世界上许多国家都在研究LED的应用，本课题选取了LED应用的一个部分，基
44、于单片机的自动调光。本系统的研究还有很多不成熟的地方，希望以后有时间多多改进，争取能够运用到实际生活中。毕业设计24参考文献1杨清德LED照明工程与施工M北京金盾出版社，20092周志敏等应用电路电磁兼容PCB布线北京电子工业出版社,20043张巨芳第四代新光源LED安徽电子信息职业技术学院学报,20064王尔镇,王春锋白色LED的开发和应用光电技术,20025周继海等LED实用技术设计与应用北京人民邮电出版社,20036易安半导体照明21世纪的节能新光源J中国创业投资与高科技,2004,32132337夏志清LED半导体照明创新方案与制定相应标准的建议J现代显示,20078吕正LED参数测量
45、标准CIE和IEC的比较及其它中国照明电器20069TIMOTHYMSCHMIDLLEDFIXTUREFORFAMILYAPPLICATIONJSEMICONDUCTOROPTOELECTRONICS,2001,1255455810陈明祥大功率白光LED封装设计与研究进展J半导体光电,200611CHITARA,BASENTROOMTEMPERATUREGASSENSORSBASEDONGALLIUMNITRIDENANOPARTICLESJNOV2010212王正选超辐射发光二极管J光纤通讯技术,200313王占庆,毛兴武交流电源供电的大电流LED驱动电路中国照明电器200614王莹明星应用带动中国LED市场快速发展J电子产品世界,200615陈明祥大功率白光LED封装设计与研究进展J半导体光电,2006基于AVR单片机的自适应调光系统设计25附录毕业设计26附录硬件电路图模拟环境亮度比较高的时候，自适应的那个LED灯不发光模拟环境暗的时候，自适应的那个LED灯发光基于AVR单片机的自适应调光系统设计27板子的正面
