基于51單片機的高效散熱LED照明解決方案

3、系統總體設計方案
　　LED散熱控制系統由溫度設定模塊、復位模塊、顯示模塊、溫度采集模塊、控制電路模塊及制冷模塊組成。該系統以微處理器為控制核心，與溫度采集模塊通信采集被控對象的實(shí)時(shí)溫度，與溫度設定模塊通信設定制冷啟動(dòng)溫度和強制冷溫度。利用C語(yǔ)言對未處理編程可實(shí)現，當采集的實(shí)時(shí)溫度小于制冷啟動(dòng)溫度時(shí)，無(wú)PWM調制波輸出，制冷模塊處于閑置狀態(tài);當采集的實(shí)時(shí)溫度大于制冷啟動(dòng)溫度但小于強制冷溫度時(shí)，輸出一定占空比的PWM調制波，制冷模塊啟動(dòng)小功率的制冷方式；當采集的實(shí)時(shí)溫度大于強制冷溫度時(shí)，輸出一定占空比的PWM調制波，制冷模塊啟動(dòng)大功率的制冷方式。

　　4、硬件電路設計及其元件選擇

　　該系統主要由溫度設定、溫度采集、PWM控制電路及輔助電路（復位電路和顯示電路）組成。本方案采用低價(jià)位、高性能的AT89C51作為主控芯片，實(shí)現整個(gè)系統的邏輯控制功能；采用單線(xiàn)通信的高精度溫度傳感器DS18B20，實(shí)現對被控對象LED芯片實(shí)時(shí)溫度的采集；同時(shí)設計了4×3輸入鍵盤(pán)，制冷啟動(dòng)溫度和強制冷溫度由鍵盤(pán)輸入；設計了PWM控制電路，實(shí)現對半導體制冷片TEC的工作電壓的控制，進(jìn)而實(shí)現對半導體制冷片TEC制冷功率的控制，以達到對LED芯片及時(shí)散熱的效果。

　　4.1主控芯片AT89C51

　　該系統的主控芯片選用的是單片機AT89C51。單片機AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的處理器，為嵌入式控制系統提供了一種靈活性高的廉價(jià)方案。單片機AT89C51內含4KB的Flash儲存器，可反復擦寫(xiě)1000次、128字節的RAM、四個(gè)并行8位雙向I/O和2個(gè)16位可編程定時(shí)器。此外，主控芯片AT89C51采用頻率為12MHz的晶振，這樣系統運行一個(gè)機器周期，有利于程序的編寫(xiě)。單片機AT89C51主要功能：從鍵盤(pán)電路讀入設定的制冷啟動(dòng)功率和強制功率，從溫度傳感器DS18B20讀入實(shí)時(shí)采集的LED芯片工作溫度，通過(guò)C語(yǔ)言編程將二者比較對光電耦合器輸出PWM調制波及將DS18B20實(shí)時(shí)采集的溫度輸出到LCD顯示。

　　4.2鍵盤(pán)電路

　　該系統采用4×3鍵盤(pán)，包含0～9共10個(gè)數字鍵、一個(gè)“確定”鍵和一個(gè)“清除”鍵。操作流程為：輸入2位設定溫度，按下“確定”，將設定溫度輸入到AT89C51內用戶(hù)自定義區某存儲單元，作為半導體制冷片的啟動(dòng)溫度。然后，同理再次輸入2位溫度，作為半導體制冷片的強制冷溫度。鍵盤(pán)工作原理：I/O口P1.0～P1.3充當行選線(xiàn)，P1.5～P1.7（外接上拉電阻到+5V電源）充當列選線(xiàn)。初始化時(shí)P1.0～P1.3置低電位，P1.5～P1.7置高電位并等待按鍵。當有鍵按下時(shí)，相應的列選線(xiàn)電平被強制拉低，讀相應的行碼和列碼，則按鍵的編號即可確定。

　　圖2 鍵盤(pán)外觀(guān)

　　4.3、溫度采集電路

　　該系統采用美國DALLAS公司的生產(chǎn)的數字溫度傳感器DS18B20。DS18B20是一款僅使用一根信號線(xiàn)（1-Wire）與單片機通信的溫度測量芯片，可以測量（滿(mǎn)足該系統的測溫要求）之間的溫度，利用程序編程可實(shí)現9為數字溫度輸出，測量精度為由于溫度高于 時(shí)，DS18B20表現出的漏電流比較大，可能出現與單片機AT89C51的通信崩潰，故采用外部電源模式供電。DS18B20最大的特點(diǎn)就是單總線(xiàn)傳輸方式，因此對讀寫(xiě)數據位具有嚴格的時(shí)序要求。時(shí)序包括：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序。每一次命令和數據的傳輸都是從單片機的啟動(dòng)寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始，如果要求DS18B20回送數據，在進(jìn)行寫(xiě)時(shí)序后，單片機需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數據接收，數據和命令的傳輸都是地位在先。

圖3 DS18B20外接電源