家庭智能LED照明燈具的軟件設(shè)計

常廣志

摘 要：家庭智能LED照明燈具的軟件設(shè)計直接關(guān)系到該系統(tǒng)能否正常運行。利用匯編語言，合理地分配和利用AT89S52單片機的各種資源，是實現(xiàn)各項功能的重要保障。

關(guān)鍵詞：LED照明燈具；單片機；色溫；智能照明

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.075

家庭智能LED照明燈具具有自動探測人體，自動根據(jù)環(huán)境光和時間決定燈光亮度，自動根據(jù)季節(jié)、溫度調(diào)節(jié)色溫等功能。所以，除各種傳感器、時鐘芯片、驅(qū)動單元的支持外，設(shè)計一套合理、高效的軟件系統(tǒng)是本系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。此軟件以12 MHz晶振為基準(zhǔn)，利用AT89S52單片機的定時器產(chǎn)生一個基準(zhǔn)節(jié)拍，從而產(chǎn)生調(diào)光所需的PWM控制脈沖。

1 LED驅(qū)動脈沖

本系統(tǒng)的LED驅(qū)動采用帶PWM調(diào)節(jié)功能的恒流源驅(qū)動模塊，它可以通過1 kHz左右的脈寬調(diào)制脈沖實現(xiàn)對電流的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)調(diào)光的作用。單片機晶振為12 MHz，最小定時周期為1 μs，該設(shè)計以125 μs為定時周期，一個周期使端口狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，作為外部并入串出芯片74LS165的時鐘信號，8個周期組成4個時鐘節(jié)拍，形成一個PWM脈沖周期，即脈沖頻率正好為1 kHz，可以滿足驅(qū)動模塊的要求。在自動模式下，該燈具亮度分為兩個等級，每個等級又可分為高、中、低三種色溫狀態(tài)，所以兩組LED發(fā)光組件一共有6種狀態(tài)。本設(shè)計對每組燈的驅(qū)動脈沖占空比從0%～100%分成了4個等級，分別為0、1/4、3/4和全周期。驅(qū)動模塊采用負邏輯，所以正常亮度時，三種色溫狀態(tài)對應(yīng)的PWM脈沖波形如圖1所示。低亮度時，各輸出下調(diào)一檔即可。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

此系統(tǒng)自定義了多種狀態(tài)寄存器，用于控制各項輸出。例如照明波形寄存器選用2個可位尋址的寄存器，分別儲存白光和黃光的PWM脈沖波形狀態(tài)。各寄存器低四位和高四位內(nèi)容相同，便于簡化輸出程序。時間、月份、溫度信息和來人、遙控中斷等都是通過判斷，對此寄存器內(nèi)容進行適當(dāng)調(diào)整來改變照明狀態(tài)。照明輸出端口也是讀取此寄存器數(shù)據(jù)，并發(fā)送給外部芯片74LS165的串行輸入端，接它自己的串行輸出，形成數(shù)據(jù)循環(huán)，控制各自發(fā)光驅(qū)動模塊的PWM輸入端，從而組合出不同的亮度和色溫。

另選用一可位尋址寄存器，定義了來人標(biāo)志位、晝夜標(biāo)志位、環(huán)境亮暗標(biāo)志位和顯示內(nèi)容標(biāo)志位等幾個標(biāo)志位。溫度、時間、遙控器值都有各自的寄存器相對應(yīng)。另外還定義了多個計數(shù)器，例如顯示周期計數(shù)器、顯示位置計數(shù)器和來人延時計數(shù)器等。

該軟件系統(tǒng)利用單片機定時器產(chǎn)生的中斷為基礎(chǔ)，使各輸出產(chǎn)生定期變化。通過自定義的各項狀態(tài)、數(shù)據(jù)寄存器決定輸出的變化。來人判斷和遙控通過外部中斷實現(xiàn)。時鐘信息、溫度信息由主程序定時讀取，明暗判斷通過查詢方式檢測。

2.1 主程序設(shè)計

本系統(tǒng)主程序簡化流程如圖2所示。系統(tǒng)上電復(fù)位后先設(shè)定定時中斷優(yōu)先級為高，啟動定時器，通過定時中斷產(chǎn)生節(jié)拍，作為74LS165的時鐘信號，來形成LED驅(qū)動所需的PWM脈沖。DS1302是典型的時鐘芯片，它使用起來非常方便，讀取的時間信息和月份信息分別放在各自的寄存器中。時間信息用于判斷是否為睡眠時段，從而決定光強輸出是否減半；月份信息用于判斷季節(jié)，然后影響色溫值。讀取溫度信息后要進行閾值判斷，在不同季節(jié)，閾值有所不同，當(dāng)超過一定閾值時，將改變色溫值。例如，初秋色溫偏高，給人涼爽的感覺；但是在陰雨天，天色昏暗，溫度降至18 ℃以下時，色溫會轉(zhuǎn)為偏低狀態(tài)，使人感覺溫暖。照明輸出由送往74LS165的數(shù)據(jù)決定，顯示信號輸出由顯示子程序負責(zé)完成，鍵盤輸入和來人檢測分別作為兩個外中斷來處理。

2.2 子程序設(shè)計

顯示輸出子程序通過讀取顯示周期計數(shù)器值來決定是否改變輸出內(nèi)容。顯示周期計數(shù)器由定時中斷執(zhí)行加1操作，顯示輸出每2 s轉(zhuǎn)換一次溫度和時間值，轉(zhuǎn)換后計數(shù)器清零。顯示內(nèi)容取自溫度寄存器和時間寄存器，它們的數(shù)據(jù)都以BCD碼存放，只要對每一位進行查表譯碼，形成相應(yīng)七段顯示碼，再與顯示位寄存器數(shù)據(jù)一起輸出即可，每次顯示一位，四位數(shù)碼輪流顯示。

定時中斷子程序負責(zé)產(chǎn)生74LS165時鐘，它每125 μs就會重復(fù)執(zhí)行一次，所以中斷程序要盡量小，指令在8字節(jié)以內(nèi)，就可以放在特定的中斷響應(yīng)地址區(qū)。本設(shè)計定時中斷只有3條指令，占用4個字節(jié)，需要4個機器周期即可完成，且不影響其他程序的運行，無需現(xiàn)場保護。

來人中斷子程序是一個外部中斷，它由人體感應(yīng)模塊產(chǎn)生的高電平觸發(fā)，為消除干擾，觸發(fā)后軟件通過查詢再確認一次，然后查詢光敏探測端電平，判斷環(huán)境光的亮暗，決定是否亮燈。

例如環(huán)境較暗，軟件查詢時間信息，看是否為睡眠時段，以決定亮燈的強弱。上述操作調(diào)節(jié)了照明狀態(tài)寄存器，隨后將數(shù)據(jù)寫入74LS165并口，即可改變燈光狀態(tài)。燈光開啟后還要啟動來人延時，延時結(jié)束恢復(fù)數(shù)據(jù)。

使用遙控器時，遙控接收端收到的是一串行數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)

觸發(fā)另一個外中斷源，且此中斷源優(yōu)先級高于來人中斷，中斷響應(yīng)后將關(guān)閉來人中斷，然后讀取按鍵值，作出相應(yīng)處理，同時調(diào)用顯示子程序查看遙控結(jié)果。遙控按退出鍵后，打開來人中斷。各中斷響應(yīng)程序簡化流程如圖3所示。

3 總結(jié)

目前本系統(tǒng)仍在試驗階段，白光和黃光的發(fā)光狀態(tài)僅有6種組合，各色光的波形寄存器都是8位，還可繼續(xù)拓展，今后需進一步研究，增加雙色光的組態(tài)，并請體驗者實際體驗色溫和亮度的影響，使系統(tǒng)更加合理。另外，測光組件也有待多級化，遙控器還可以進一步開發(fā)定時照明等功能。

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〔編輯：王霞〕