LED與白熾燈相比有一個(gè)顯著的不同點(diǎn)：即LED的發(fā)光亮度與流過(guò)LED正向電流大小基本上成正比例關(guān)系。利用它這個(gè)特點(diǎn)，通過(guò)光傳感器測(cè)量周?chē)沫h(huán)境亮度，根據(jù)測(cè)量值改變LED的發(fā)光亮度，實(shí)現(xiàn)維持周?chē)h(huán)境亮度不變的效果，構(gòu)建出讓人們心情愉快的工作場(chǎng)合。這樣不僅營(yíng)造出具有恒定亮度的舒適環(huán)境，而且能夠充分利用自然照明，大大節(jié)約能源。因此，對(duì)LED自適應(yīng)調(diào)光技術(shù)的研究顯得格外地重要。

1、LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

LED的亮度與正向流過(guò)它的電流成正比，可以調(diào)節(jié)正向電流大小來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度?，F(xiàn)在一般采用調(diào)節(jié)工作電流方式或者脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)LED的亮度。前者調(diào)節(jié)的范圍大、線(xiàn)性度好，但是功耗大。所以很少采用。脈寬調(diào)制方式是用較高的頻率開(kāi)關(guān)LED，開(kāi)關(guān)頻率超出人們能夠察覺(jué)的范圍，使人感覺(jué)不到頻閃的存在。

實(shí)現(xiàn)LED自適應(yīng)調(diào)光，需要實(shí)時(shí)自動(dòng)采集室內(nèi)環(huán)境照度，反饋給控制器，控制器根據(jù)這個(gè)照度值調(diào)節(jié)PWM的占空比，進(jìn)而調(diào)節(jié)MOS柵-源間的電壓，從而控制流過(guò)LED的正向電流，使室內(nèi)環(huán)境照度近似等于設(shè)定值，最終達(dá)到LED自適應(yīng)調(diào)光。LED自適應(yīng)調(diào)光原理如圖1所示。LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)主要包括控制器S3C44B0X、光傳感器芯片TSL2561、LED調(diào)光電路和LED燈具這四個(gè)部分。

圖1 ? 自適應(yīng)調(diào)光原理圖

1.1、控制器芯片

S3C44B0X微處理器是三星公司專(zhuān)為手持設(shè)備提供的高性?xún)r(jià)比和高性能的微控制器，它使用ARM7TDMI核，最高工作頻率為66MHz。S3C44B0X是在ARM7TDMI基礎(chǔ)上增設(shè)了一些優(yōu)選的外圍器件后形成的系統(tǒng)，使系統(tǒng)費(fèi)用降至最低。它具有1個(gè)多主機(jī)I2C總線(xiàn)控制器和5個(gè)PWM定時(shí)器，可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。

1.2、光傳感器芯片

TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程的光強(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，TSL2561內(nèi)使用了一個(gè)光敏二極管（通道0）和一個(gè)紅外響應(yīng)光敏二極管（通道1）。這個(gè)集成電路提供了有20位動(dòng)態(tài)范圍的光響應(yīng)能力。兩個(gè)集成的積分式A/D轉(zhuǎn)換器，可將光敏電流轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字輸出，并存入芯片內(nèi)部通道0和通道1各自的寄存器中。數(shù)字輸出量與每一個(gè)通道的光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)，可以是微處理器的輸入。TSL2561可直接通過(guò)I2C總線(xiàn)協(xié)議由微控制器訪(fǎng)問(wèn)，微控制器則通過(guò)對(duì)其內(nèi)部的16個(gè)寄存器的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)TSL2561的控制。它的寄存器的定義如表1所示。

圖2 ? TSL2561內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

表1 ?TSL2561內(nèi)部寄存器地址及作用

1.3、調(diào)光電路

LED調(diào)光電路如圖3所示，運(yùn)放A1和A2均處于深度反饋狀態(tài)。

從式（2）中可知，保證參考電壓Vref、采樣電阻R4以及電阻R2、R3不變，輸出電流I0就能保持恒定。實(shí)現(xiàn)LED亮度的調(diào)節(jié)，則在恒流驅(qū)動(dòng)的主回路中加入另外一個(gè)M2，同時(shí)在柵極加入高頻的PWM信號(hào)，改變主回路的平均電流。

圖3 ?PWM調(diào)光電路

1.4、硬件電路設(shè)計(jì)

TSL2561可以通過(guò)I2C總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。由于S3C44B0X帶有I2C總線(xiàn)控制器，則將該總線(xiàn)的時(shí)鐘線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)直接與TSL2561的I2C總線(xiàn)的SCL和SDA分別相連;44B0X內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，則還需要再用2個(gè)上拉電阻接到總線(xiàn)上。硬件連接如圖4所示。

圖4 ?S3C44B0X與TSL2561的連接圖

2、LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)主要包括四個(gè)部分，其設(shè)計(jì)思路如圖5所示。

圖5 ?軟件設(shè)計(jì)流程

2.1、S3C44B0X的初始化及I2C讀寫(xiě)程序

S3C44B0X帶有I2C總線(xiàn)和PWM功能。若要使用這兩種功能，首先要對(duì)這兩種功能所涉及的寄存器和I/O口初始化。這里涉及到44B0X的一系列寄存器和I/O口的操作在這里就不再贅述。著重介紹按照I2C標(biāo)準(zhǔn)編制讀寫(xiě)TSL2561的子程序TSL2561_READ（）和TSL2561_WRITE（）。

2.2、TSL2561的初始化及完成數(shù)據(jù)讀寫(xiě)

在讀寫(xiě)TSL2561之前，首先根據(jù)具體系統(tǒng)需要設(shè)置控制字，積分時(shí)間，增益等參數(shù)設(shè)置，然后等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，讀寫(xiě)TSL2561的數(shù)據(jù)。讀寫(xiě)TSL2561的流程如圖6所示。

圖6 ?讀寫(xiě)TSL2561的流程

2.3、計(jì)算照度值

讀取TSL2561通道0和通道1的寄存器的數(shù)值后，要將這兩個(gè)通道與光照度有關(guān)的值轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的照度值，需要經(jīng)過(guò)一定的計(jì)算，具體的轉(zhuǎn)換公式可查找該芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)。TSL2561針對(duì)TMB和Chipscale兩種封裝有不同的轉(zhuǎn)換公式。若光強(qiáng)以E（單位為L(zhǎng)ux）表示，TMB封裝時(shí)，光照度的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下所示，設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)換函數(shù)LUX=CaleuLux（CH0，CHl）。

2.4、輸出PWM

S3C44B0X把室內(nèi)照度值與設(shè)定值比較，通過(guò)子程序PWM（）輸出不同占空比的PWM信號(hào)，用來(lái)調(diào)節(jié)LED的照度。假設(shè)把室內(nèi)照度設(shè)定為350Lux，PWM的產(chǎn)生頻率為200Hz，設(shè)計(jì)其函數(shù)為PWM（LUX）。

3、結(jié)論

硬件設(shè)計(jì)及軟件編程實(shí)現(xiàn)了LED的自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)，用以補(bǔ)償室內(nèi)照度的不足，將室內(nèi)照度穩(wěn)定在設(shè)定的水平。采用該系統(tǒng)、照度計(jì)和LED燈具進(jìn)行了調(diào)光實(shí)驗(yàn)。在LED不點(diǎn)亮?xí)r，測(cè)量環(huán)境光照度，然后測(cè)量在LED進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)光后的環(huán)境光照度，在前后兩種情況下，LED和照度計(jì)都處于同一位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，當(dāng)設(shè)定室內(nèi)照度為350Lux時(shí)，LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)基本可以維持室內(nèi)照度穩(wěn)定在300Lux左右。

該系統(tǒng)綜合利用了嵌入式技術(shù)，傳感器技術(shù)及LED調(diào)光技術(shù)，對(duì)提高LED照明系統(tǒng)的性能，照明領(lǐng)域的節(jié)能及環(huán)保很有意義，具有一定的實(shí)用性。