简易稳定光源

简易稳定光源

江海波

西南交通大学大学物理科学与技术学院江海波

摘要：随着社会的发展，人们对能源需求的急剧增加，节能意识日渐受到重视。高亮度LED灯以其功耗低、亮度高、寿命长等特点被广泛使用。本作品为简易稳定光源的设计与制作，采用德州仪器的LaunchPad（msp430g2553）单片机为控制核心，DAC（TLV5618）输出电压信号转换为电流来调节LED灯的亮度。本作品还带有其他功能，如：LED灯的亮度随着外界光强的变化而自动变化，以维持总光强不变；实时显示外界光照强度的变化；周围2米内无人时，LED灯延时3~5秒自动熄灭。整个系统稳定度高、制作成本低，具有很好的实用性。

关键词：节能；简易稳定光源；msp430g2553；TLV5618；OPA2333；亮度可调一、方案比较方案一：将滑动变阻器与定值电阻串联，利用滑动变阻器的分压来直接调节LED的亮度。此方案简单，但调节的精度太差，且无法保证输出电流恒定不变。

方案二：采用LED电源芯片LM3405A，改变PWM波的占空比来控制LED的亮度。此方案的优点是PWM波调节简单并且准确，输出电流稳定，纹波小。缺点是电源芯片造价昂贵，所需元器件精度要求高。

方案三：由单片机控制DAC输出电压信号，由电压信号控制U/I转换器转换成电流，并联两个三极管来驱动LED灯。

此方案简单可行，控制精度高，输出电流稳定性好。

根据实验室实际条件，作品制作成本，实现难易程度等因素，我们选择方案三。

二、系统设计1、系统总体描述：本作品为简易稳定光源，系统控制原理为：由按键（光敏电阻或热释电模块）产生驱动信号，驱动单片机产生对应的控制信号（一系列数字），控制信号（一系列数字）按照确定的对应公式控制DAC（TLV5618）产生相应的电压信号（一系列电压值）。DAC（TLV5618）的2.5V基准电压由芯片MC1403提供。DAC（TLV5618）的电压信号通过U/I转换器转换成电流，用NPN型三极管8050驱动LED灯发光。用诺基亚5110液晶屏实时显示电流值和外界光强值。本作品具有三个工作模式。

（1）普通模式：LED灯的亮度由按键来控制，按键加（按键减）每按一次输出电流步进（退）5mA，液晶屏显示输出电流值和外界光强值。

（2）光敏模式：LED灯的亮度随外界光强的变化而变化，从而维持总的光照强度不变，液晶屏显示输出电流值、外界光强值和设定光强值。

（3）热释电模式：LED灯周围2米内无人时，延时3~5秒后自动熄灭（我们为了使LED具有指示功能，LED并没有完全熄灭，而是具有微弱的亮度）。当检测到运动的人时，LED灯再次点亮。液晶屏显示外界光强值。

2、系统框图

图1系统框图3、系统具体构成（1）控制核心部分我们的作品采用德州仪器生产的LaunchPad（msp430g2553）单片机。该型单片机自带ADC转换功能，将光敏电阻的电压信号转换为对应的数字。LaunchPad具有两组I/O接口，对于我们的作品来说已经足够了。

（2）键盘及显示部分我们采用独立键盘，并焊接在电路板上，VSS接单片机的+3.3V电源。按键有3个，2个控制步进加减，1个选择工作模式。显示器件采用诺基亚5110液晶屏，分辨率48×84。屏幕小巧，分辨率高。

（3）DAC转换部分DAC采用12位的TLV5618，它的DIN、SCLK、CS三个端子接受来自单片机的控制信号，OUT输出端输出电压信号控制下一级的U/I转换器。REF接2.5V基准电压，基准电压由芯片MC1403产生。

4、数据总结从测试的数据看，实测值与理论值符合的很好，输出电流呈现出线性关系。由于万用表自身精度的原因，所测数据难免存在误差。由数据知，LED电流在10mA~350mA可调。纹波电流小于1mA，超出题目要求的2mA。LED电流调节步长为5mA，满足题目要求。

参考文献：[1]康华光，电子技术基础模拟部分（第五版），高等教育出版社，2006[2]洪利章扬李世宝，MSP430单片机原理与应用实例，北京航空航天大学出版社，2010