基于ARM的LED自适应调光系统设计

LED与白炽灯相比有一个显著的不同点：即LED的发光亮度与流过LED正向电流大小基本上成正比例关系。利用它这个特点，通过光传感器测量周围的环境亮度，根据测量值改变LED的发光亮度，实现维持周围环境亮度不变的效果，构建出让人们心情愉快的工作场合。这样不仅营造出具有恒定亮度的舒适环境，而且能够充分利用自然照明，大大节约能源。因此，对LED自适应调光技术的研究显得格外地重要。

1、LED自适应调光系统硬件设计

LED的亮度与正向流过它的电流成正比，可以调节正向电流大小来调节LED的亮度。现在一般采用调节工作电流方式或者脉宽调制方式调节LED的亮度。前者调节的范围大、线性度好，但是功耗大。所以很少采用。脉宽调制方式是用较高的频率开关LED，开关频率超出人们能够察觉的范围，使人感觉不到频闪的存在。

实现LED自适应调光，需要实时自动采集室内环境照度，反馈给控制器，控制器根据这个照度值调节PWM的占空比，进而调节MOS栅-源间的电压，从而控制流过LED的正向电流，使室内环境照度近似等于设定值，最终达到LED自适应调光。LED自适应调光原理如图1所示。LED自适应调光系统主要包括控制器S3C44B0X、光传感器芯片TSL2561、LED调光电路和LED灯具这四个部分。

图1   自适应调光原理图

1.1、控制器芯片

S3C44B0X微处理器是三星公司专为手持设备提供的高性价比和高性能的微控制器，它使用ARM7TDMI核，最高工作频率为66MHz。S3C44B0X是在ARM7TDMI基础上增设了一些优选的外围器件后形成的系统，使系统费用降至最低。它具有1个多主机I2C总线控制器和5个PWM定时器，可以满足本设计的要求。

1.2、光传感器芯片

TSL2561是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程的光强度数字转换芯片。其结构如图2所示，TSL2561内使用了一个光敏二极管（通道0）和一个红外响应光敏二极管（通道1）。这个集成电路提供了有20位动态范围的光响应能力。两个集成的积分式A/D转换器，可将光敏电流转换成一个数字输出，并存入芯片内部通道0和通道1各自的寄存器中。数字输出量与每一个通道的光强相对应，可以是微处理器的输入。TSL2561可直接通过I2C总线协议由微控制器访问，微控制器则通过对其内部的16个寄存器的读写来实现对TSL2561的控制。它的寄存器的定义如表1所示。

图2   TSL2561内部结构图

表1  TSL2561内部寄存器地址及作用