基于單片機和LED的汽車(chē)照明系統設計

1.2 LED驅動(dòng)及調光

　　在汽車(chē)照明系統中，LED驅動(dòng)電路必須能夠從汽車(chē)電源總線(xiàn)中獲取工作電源。在應用中，為獲取所需亮度的照明光源，可采用單個(gè)高功率的LED或者多個(gè)LED串聯(lián)、并聯(lián)或串并混合連接的結構。由于汽車(chē)電源總線(xiàn)提供的標稱(chēng)值為12 V，因此系統選用輸入電壓為7~450 V的大功率LED驅動(dòng)芯片XLT604。XLT604是采用BICMOS工藝設計的PWM高效LED驅動(dòng)控制芯片，能以300 kHz的固定頻率驅動(dòng)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驅動(dòng)的LED可以通過(guò)外部控制電壓線(xiàn)性調節其亮度，也可通過(guò)外部低頻PWM方式調節LED串的亮度。在汽車(chē)照明系統中，一般只需輸出光通量范圍在150~800 lm。系統采用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(gè)LED串聯(lián)的結構[2]。LED驅動(dòng)及調光電路如圖2所示。

1.2.1 LED驅動(dòng)控制

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

1.2.2 LED調光

　　XLT604有線(xiàn)性調節、PWM調節2種調光方式。線(xiàn)性調節可動(dòng)態(tài)控制LED的亮度，但會(huì )降低LED的效率，并引起白光LED向黃色光譜的色彩偏移。PWM調節技術(shù)的優(yōu)勢明顯，當PWM脈沖為有效高電平或低電平時(shí)， LED輸入電流分別為最大或0，其導通時(shí)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(guò)施加1個(gè)PWM信號來(lái)控制LED亮度的做法，可以在不改變彩色的情況下實(shí)現對LED亮度的動(dòng)態(tài)調節，因此本系統采用PWM調光方式。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(lái)改變PWM脈沖信號的占空比以調節LED的亮度，從而達到節能的目的。LED燈的亮度與PWM信號的高電平時(shí)間長(cháng)度成正比，通過(guò)PWM調節方式可以在0~100％范圍調光，但不能調出高于設定值的電流。PWM調光精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬[4]。

1.3 系統主控電路設計

　　PIC18F448單片機是系統的主控中心，內部包含4個(gè)定時(shí)器、4個(gè)I/O端口、8通道10位A/D轉換器、2路PWM脈沖輸出、SPI總線(xiàn)接口等，資源比較豐富，能滿(mǎn)足系統的設計要求[1]。系統主控電路如圖3所示。其中，PIC18F448 的RA端口的AN0引腳接收來(lái)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，并且系統根據這2個(gè)變量輸出不同占空比的PWM脈沖至XLT604驅動(dòng)器的PWM引腳，從而調節LED的輸出光通量。

　　光通量檢測采用光敏電阻實(shí)現，在其兩端加上5 V的電壓，當環(huán)境光強發(fā)生變化時(shí)，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(xiàn)數字溫度傳感器DS18B20，具有結構簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、用戶(hù)可自行設定預警上下限溫度等優(yōu)點(diǎn)，測溫范圍為-55 ℃~+125 ℃，能很好地滿(mǎn)足系統測溫的要求。本系統采用單總線(xiàn)方式傳輸溫度信號可以大大節省單片機有限的端口資源，簡(jiǎn)化了測溫網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )結構，增強了系統的擴展能力。因為單總線(xiàn)通信具有獨特的電源和信號復合功能，僅使用1條口線(xiàn)、每個(gè)芯片唯一編碼并支持聯(lián)網(wǎng)尋址等特點(diǎn)。