多功能led模擬自然光漸亮系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種多功能模擬自然光強(qiáng)漸亮系統(tǒng)。包括光強(qiáng)采集子系統(tǒng)、控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)和燈光驅(qū)動子系統(tǒng)：光強(qiáng)采集系統(tǒng)采用光敏電阻5528進(jìn)行光強(qiáng)電壓采樣，經(jīng)PCF8591芯片AD轉(zhuǎn)換并通過串行I2C總線接口傳輸給控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的單片機(jī)處理所測數(shù)據(jù)；控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)由STC89C516RD+單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成；燈光驅(qū)動子系統(tǒng)采用LED作為光源，AX2015恒流芯片驅(qū)動；STC89C516RD+單片機(jī)的PWM信號輸出端與AX2015恒流芯片的DIM端連接。本實(shí)用新型具有成本低，用途廣，使用簡單等優(yōu)點(diǎn)，適用于陰雨天、冬天早上室內(nèi)自然補(bǔ)光、倒時差等多個場合。
【專利說明】多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光強(qiáng)控制系統(tǒng)，具體涉及一種多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]早晨起床時臥室的環(huán)境偏暗，往往使得人們精神迷離，導(dǎo)致起床困難而影響白天的工作和學(xué)習(xí)時間。陰雨天昏暗環(huán)境、室內(nèi)昏暗場所、倒時差等等場合光強(qiáng)變化不自然，也使得人們睡醒時的精神狀況不佳，可能影響人們整個白天的工作狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型提供一種能夠模擬最佳起床時的自然光變化的控制系統(tǒng)，將有助于改善起床后的精神狀態(tài)。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)，包括光強(qiáng)采集子系統(tǒng)、控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)和燈光驅(qū)動子系統(tǒng):光強(qiáng)采集系統(tǒng)采用光敏電阻5528進(jìn)行光強(qiáng)電壓采樣，經(jīng)PCF8591芯片AD轉(zhuǎn)換并通過串行I2C總線接口傳輸給控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的單片機(jī)處理所測數(shù)據(jù)；控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)由STC89C516RD+單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，所述單片機(jī)的時鐘頻率為22.1184 MHz，采用6時鐘/機(jī)器周期；燈光驅(qū)動子系統(tǒng)采用LED作為光源，以AX2015恒流芯片驅(qū)動；所述STC89C516RD+單片機(jī)的PWM信號輸出端與AX2015恒流芯片的DM端連接。
[0006]進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括附加多功能子系統(tǒng)，附加多功能子系統(tǒng)包括測溫模塊、顯示模塊、時鐘模塊、按鍵系統(tǒng)模塊和蜂鳴器鬧鐘模塊，所述測溫模塊和時鐘模塊均與顯示模塊連接，所述蜂鳴器鬧鐘模塊與時鐘模塊連接，所述按鍵系統(tǒng)模塊分別與蜂鳴器鬧鐘模塊和時鐘模塊連接。所述時鐘模塊采用DS1302實(shí)時時鐘芯片；所述測溫模塊采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。所述顯示模塊采用IXD1602液晶。
[0007]電源采用+15V開關(guān)電源及其電路雙路輸出+15V和+5V，分別為燈光子系統(tǒng)和系統(tǒng)其他部分供電。
[0008]本實(shí)用新型所述的多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn):1)、可以任意時刻開始啟動模擬漸亮光強(qiáng)，可在陰雨天、冬天早上室內(nèi)自然補(bǔ)光、倒時差等多個場合使用。
2)、“PID算法+閉環(huán)”控制方法，調(diào)光控制精準(zhǔn)。3)、具有時鐘、測溫、鬧鈴、固定燈光使用等多功能，生活用途方便。4)、采用PWM調(diào)光方案，避免了模擬調(diào)光在不同電流下發(fā)出的白光存在色偏的缺點(diǎn)。5)、采用51內(nèi)核單片機(jī)為控制核心，成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實(shí)用新型多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)工作原理圖；
[0010]圖2是本實(shí)用新型系統(tǒng)中控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的硬件原理圖；
[0011]圖3是本實(shí)用新型系統(tǒng)中光強(qiáng)采集子系統(tǒng)的硬件原理圖；
[0012]圖4是本實(shí)用新型系統(tǒng)中燈光子系統(tǒng)的硬件原理圖；
[0013]圖5是本實(shí)用新型系統(tǒng)中附加多功能子系統(tǒng)的硬件原理圖；
[0014]圖6是本實(shí)用新型系統(tǒng)中電源電路的硬件原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0016]如圖1，一種多功能[￡0模擬自然光漸亮系統(tǒng)，其核心為單片機(jī)31(:89(:5161^+,采用“光強(qiáng)實(shí)時采集+120補(bǔ)光調(diào)整”的工作方式。光強(qiáng)采集子系統(tǒng)實(shí)時采集環(huán)境光和1^0燈光的綜合光強(qiáng)，并經(jīng)仙轉(zhuǎn)換成0?255之間反映光強(qiáng)的數(shù)值后傳送給單片機(jī)，片內(nèi)程序中存儲了經(jīng)試驗(yàn)測得的最佳起床時的自然光強(qiáng)變化數(shù)據(jù)(數(shù)值范圍是(^255):片內(nèi)程序利用？10算法控制單片機(jī)讀取實(shí)時數(shù)據(jù)并和程序中存儲的數(shù)據(jù)相比較，從？1.0輸出相應(yīng)占空比的？麗控制脈沖用于控制1^0燈補(bǔ)光照強(qiáng)度；使得環(huán)境光和1^0燈光的綜合光強(qiáng)符合最佳起床時的自然光強(qiáng)變化。同時用戶還可以通過按鍵手動控制光強(qiáng)并固定，用于其他生活需要。除了手動調(diào)光設(shè)置，按鍵模塊還用于時間、鬧鈴設(shè)置，時鐘模塊、測溫模塊數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)處理，并在1X01602上顯示；蜂鳴器作鬧鈴。這樣，31(:89(:5161^+單片機(jī)通過1/0 口實(shí)現(xiàn)控制120燈光子系統(tǒng)和附加多功能。
[0017]如圖2，控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)由31(:89(:5161^+單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成。810890516^0+單片機(jī)是該系統(tǒng)的控制核心，芯片內(nèi)含641(的可編程的[匕也存儲器和1 1(8狀1，同時具有13？功能。該芯片的時鐘頻率為22.1184冊！2，采用6時鐘/機(jī)器周期，相當(dāng)于普通51系列單片機(jī)工作在40冊12時鐘頻率，有利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制。？0 口外接101(的上拉電阻，？0.0^0.7與液晶1602的數(shù)據(jù)接口，？2.6^2.7分別連接液晶1602的使能端冊、數(shù)據(jù)/命令選擇端…。廣?1.3分別連接031302芯片的片復(fù)位端831、數(shù)據(jù)口 1/0、數(shù)據(jù)時鐘30^。？2^4作為蜂鳴器控制端。^2.5作為0318820的信號輸入端。？2^ 0--2.3作為按鍵系統(tǒng)。^1.0作為？麗信號的輸出端并連接八乂2015芯片0頂端，用于？麗調(diào)光控制。復(fù)位電路則由32按鍵、101(電阻與1011？電解電容構(gòu)成。開關(guān)31用于系統(tǒng)電源通斷。
[0018]如圖3，光強(qiáng)采集子系統(tǒng)由光強(qiáng)采集-八0轉(zhuǎn)換模塊電路構(gòu)成。子系統(tǒng)采用光敏電阻5528進(jìn)行光強(qiáng)——模擬電壓轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)經(jīng)8位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片？0？8591芯片仙轉(zhuǎn)換并通過串行120總線接口由單片機(jī)01.5 口傳輸給單片機(jī)處理。
[0019]如圖4所示，燈光子系統(tǒng)子由120恒流驅(qū)動模塊及120燈珠組成。光源采用并聯(lián)20只5皿高亮度小功率1^0燈珠，且每只1^0燈珠額定電流為20—。恒流驅(qū)動采用高性能八乂2015恒流芯片驅(qū)動，通過八乂2015芯片上的011端，可以方便地進(jìn)行？麗調(diào)光。？麗調(diào)光方案的基本原理是保持[￡0正向?qū)娏骱愣?，而通過控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比例，即改變輸入脈沖信號的占空比，使[即產(chǎn)生亮暗變化；并利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，當(dāng)120亮暗變化頻率大于120取時，人眼就不會感覺到閃爍，而看到是[￡0的平均亮度。燈光子系統(tǒng)供電由+157開關(guān)電源直接供電。
[0020]如圖5，附加多功能子系統(tǒng)電路由031302時鐘模塊、0818820測溫模塊、蜂鳴器鬧鈴模塊、1X01602顯示模塊、按鍵模塊組成。時鐘模塊采用031302高性能、低功耗、帶狀1的實(shí)時時鐘芯片，以實(shí)現(xiàn)對年、月、日、時、分、秒進(jìn)行計時并通過1X01602實(shí)時顯示。031302內(nèi)部有一個31X8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，采用同步串行通信，僅用3條線與單片機(jī)相連接。測溫模塊選用DALLAS公司“一線總線”接口的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，測溫范圍為-55?125°C，單片機(jī)P3.0 口通過R3連接DQ端口實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集處理，并通過IXD1602實(shí)時顯示。鬧鈴模塊用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，由單片機(jī)P2.4 口控制PNP三極管9012的通斷實(shí)現(xiàn)對蜂鳴器聲音控制，以實(shí)現(xiàn)鬧鈴效果。顯示模塊采用16*2規(guī)格的IXD1602。其與單片機(jī)P0 口之間采用并行方式連接，可實(shí)現(xiàn)年、月、日、時、分、秒顯示等；也可顯示實(shí)時溫度；同時還可顯示當(dāng)前參量(實(shí)時PWM等級和環(huán)境光強(qiáng)等重要信息)。顯示模式為3個:模式一下，第一行顯示年、月、日以及實(shí)時PWM等級和環(huán)境光強(qiáng)，第二行時、分、秒以及當(dāng)前環(huán)境度顯示；模式二下，第一行顯示不變，第二行為當(dāng)前時間的修改；模式三下，第一行顯示不變，第二行為鬧鈴時間的修改。用戶用按鍵選定模式進(jìn)行相應(yīng)顯示和控制。按鍵模塊由S3飛6五個按鍵組成，分別為S2時間設(shè)置鍵、S3數(shù)值增大鍵、S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鈴設(shè)置鍵以及S6 LED亮度調(diào)節(jié)和固定鍵。S2用于選擇需要調(diào)整的時間以及鬧鈴參數(shù)，并作為時間參數(shù)的存儲確認(rèn)鍵。S3與S4用于調(diào)整被選參數(shù)值的大小。S5用于鬧鈴查看與存儲確認(rèn)鍵。
[0021]如圖6，電源電路，由+15V開關(guān)電源、LM7805穩(wěn)壓芯片及相應(yīng)電路構(gòu)成雙路輸出。S1為系統(tǒng)電源總控制，+15V輸出為燈光子系統(tǒng)供電；經(jīng)LM7805輸出+5V為其他子系統(tǒng)供電。
[0022]本實(shí)用新型采用“控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)+光強(qiáng)采集子系統(tǒng)+燈光子系統(tǒng)+附加多功能子系統(tǒng)”系統(tǒng)設(shè)計方案，以STC89C516RD+為核心，實(shí)現(xiàn)模擬自然光漸亮的功能，同時附加多功能滿足用戶日常使用需求。具有成本低，用途廣，使用簡單等特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括光強(qiáng)采集子系統(tǒng)、控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)和燈光驅(qū)動子系統(tǒng): 光強(qiáng)采集系統(tǒng)采用光敏電阻5528進(jìn)行光強(qiáng)電壓采樣，經(jīng)PCF8591芯片AD轉(zhuǎn)換并通過串行I2C總線接口傳輸給控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的單片機(jī)處理所測數(shù)據(jù)； 控制調(diào)節(jié)子系統(tǒng)由STC89C516RD+單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，所述單片機(jī)的時鐘頻率為22.1184 MHz，采用6時鐘/機(jī)器周期； 燈光驅(qū)動子系統(tǒng)采用LED作為光源，由AX2015恒流芯片驅(qū)動；所述STC89C516RD+單片機(jī)的PWM信號輸出端與AX2015恒流芯片的DM端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括附加多功能子系統(tǒng)，附加多功能子系統(tǒng)包括測溫模塊、顯示模塊、時鐘模塊、按鍵系統(tǒng)模塊和蜂鳴器鬧鐘模塊，所述測溫模塊和時鐘模塊均與顯示模塊連接，所述蜂鳴器鬧鐘模塊與時鐘模塊連接，所述按鍵系統(tǒng)模塊分別與蜂鳴器鬧鐘模塊和時鐘模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘模塊采用DS1302實(shí)時時鐘芯片；所述測溫模塊采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多功能LED模擬自然光漸亮系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊采用IXD1602液晶。
【文檔編號】H05B37/02GK204190977SQ201420530614
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】錢幸生, 李偉, 徐寅林 申請人:南京師范大學(xué)