基于單片機和LED的汽車照明系統(tǒng)設(shè)計

1.2 LED驅(qū)動及調(diào)光

　　在汽車照明系統(tǒng)中，LED驅(qū)動電路必須能夠從汽車電源總線中獲取工作電源。在應(yīng)用中，為獲取所需亮度的照明光源，可采用單個高功率的LED或者多個LED串聯(lián)、并聯(lián)或串并混合連接的結(jié)構(gòu)。由于汽車電源總線提供的標(biāo)稱值為12 V，因此系統(tǒng)選用輸入電壓為7~450 V的大功率LED驅(qū)動芯片XLT604。XLT604是采用BICMOS工藝設(shè)計的PWM高效LED驅(qū)動控制芯片，能以300 kHz的固定頻率驅(qū)動外部MOSFET，且其頻率可由外部電阻編程決定；外部高亮度LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定高亮度并增強LED的可靠性，其恒流值可由外部取樣電阻決定，其變化范圍從幾mA~1 A。XLT604驅(qū)動的LED可以通過外部控制電壓線性調(diào)節(jié)其亮度，也可通過外部低頻PWM方式調(diào)節(jié)LED串的亮度。在汽車照明系統(tǒng)中，一般只需輸出光通量范圍在150~800 lm。系統(tǒng)采用Cree公司的XLamp XP-E LED，可達到100 lm/W的發(fā)光效率，并且采用3個LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu)[2]。LED驅(qū)動及調(diào)光電路如圖2所示。

1.2.1 LED驅(qū)動控制

　　圖2中，XLT604采用DC－DC降壓驅(qū)動，外部輸入電壓12 V，LED串電壓9 V。當(dāng)GATE端輸出高電平時，電感儲能或部分能量直接傳給LED串，系統(tǒng)通過限制功率管的電流峰值的方式工作；當(dāng)功率MOSFET關(guān)斷時，存儲在電感上的能量轉(zhuǎn)換為LED的驅(qū)動電流。外部電流采樣電阻R2與功率管的源極串聯(lián)，當(dāng)R2的電壓值超過設(shè)定值時，功率管關(guān)斷[2]。

1.2.2 LED調(diào)光

　　XLT604有線性調(diào)節(jié)、PWM調(diào)節(jié)2種調(diào)光方式。線性調(diào)節(jié)可動態(tài)控制LED的亮度，但會降低LED的效率，并引起白光LED向黃色光譜的色彩偏移。PWM調(diào)節(jié)技術(shù)的優(yōu)勢明顯，當(dāng)PWM脈沖為有效高電平或低電平時， LED輸入電流分別為最大或0，其導(dǎo)通時間受控于PWM引腳輸入脈沖的占空比[3]。由于LED始終工作于相同的電流條件下，通過施加1個PWM信號來控制LED亮度的做法，可以在不改變彩色的情況下實現(xiàn)對LED亮度的動態(tài)調(diào)節(jié)，因此本系統(tǒng)采用PWM調(diào)光方式。PWM信號由單片機PIC18F448輸出的PWM信號至XLT604的PWM端子獲得。PIC18F448根據(jù)由溫度檢測模塊測得的溫度和光敏傳感器測得的光通量信號來改變PWM脈沖信號的占空比以調(diào)節(jié)LED的亮度，從而達到節(jié)能的目的。LED燈的亮度與PWM信號的高電平時間長度成正比，通過PWM調(diào)節(jié)方式可以在0~100％范圍調(diào)光，但不能調(diào)出高于設(shè)定值的電流。PWM調(diào)光精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬[4]。

1.3 系統(tǒng)主控電路設(shè)計

　　PIC18F448單片機是系統(tǒng)的主控中心，內(nèi)部包含4個定時器、4個I/O端口、8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器、2路PWM脈沖輸出、SPI總線接口等，資源比較豐富，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求[1]。系統(tǒng)主控電路如圖3所示。其中，PIC18F448 的RA端口的AN0引腳接收來自光敏傳感器的光亮檢測信號，RB4端口接收DS18B20溫度檢測信號，并且系統(tǒng)根據(jù)這2個變量輸出不同占空比的PWM脈沖至XLT604驅(qū)動器的PWM引腳，從而調(diào)節(jié)LED的輸出光通量。

　　光通量檢測采用光敏電阻實現(xiàn)，在其兩端加上5 V的電壓，當(dāng)環(huán)境光強發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，引起輸出電壓在0～5 V之間變化。溫度檢測采用單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低、用戶可自行設(shè)定預(yù)警上下限溫度等優(yōu)點，測溫范圍為-55 ℃~+125 ℃，能很好地滿足系統(tǒng)測溫的要求。本系統(tǒng)采用單總線方式傳輸溫度信號可以大大節(jié)省單片機有限的端口資源，簡化了測溫網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強了系統(tǒng)的擴展能力。因為單總線通信具有獨特的電源和信號復(fù)合功能，僅使用1條口線、每個芯片唯一編碼并支持聯(lián)網(wǎng)尋址等特點。