Regulace LED světla

Martin Kotol,106550, UREL, FEEC, VUT Brno
xkotol00@ stud. feec.vutbr.cz

Úvod

V tomto projektu se budu zabívat regulací jasu LED diod. Tato regulace bude realizována pomocí mikroprocesoru AT MEGA 644, který bude generovat PWM modulaci a v závislosti na střídě této modulace budu regulovat jas LED diod jejich rozsvěcováním a zhasínáním.

Realizace

Napájení je realizováno jednoduchým stabilizátorem s LM7805 a jeho katalogovým zapojením. Pro ochranu jsou zde ještě přidány diody D5 a D4. Kondenzátor C4, který je na vstupu obvodu pro lepší vyhlazení vstupního napětí. Já jsem zvolil vstupní napětí 12V. Toto napětí může být samozřejmě jiné, ale v rozmezí vstupních napětí obvodu 7805 to nejčastěji bývá do +35V.

Obr.1:Schéma zapojení napájecího obvodu

Samotné řízení svitu LED diod je realizováno mikrokontrolérem AT MEGA 644. Jako zdroj hodinového kmitočtu jsem použil externí krystalový oscilátor s kmitočtem 16 MHz. Pro univerzálnost zapojení jsem vyvedl vetšinu pinů mikrokontroléru na konektory a mikrokontrolér jsem osadil do patice. Pro napájení nizkoodběrových zařízení jsem umístil na desku plošných spojů ještě konektor s výstupným napětím +5V. Programování mikrokontroléru je řešeno přes SPI sběrnici.

Na vstup A/D převodníku ( PA7) jsem přivedl napětí z fotodiody, která snímá okolní osvětlení a toto osvětlení převádí na napětí. Na základě tohoto napětí mikrokontrolér zvolí střídu PWM signálu. Je-li okolní osvětlení dostatečně velké tak LED diody svítí maximálně a pokud je tma tak LED diody svítí jen málo. Výstup PWM je na portu D ( PD6). Tento signál řídí spínání MOS-FET tranzistoru, který následné rozsvěcuje a zhasíná LED diody. Toto zhasínání a rozsvěcování musí být alespoň 100 krát za vteřinu aby se to oku jevilo jako kontinuální svit, jinak bude zřetelné blikání a to je velice nepříjemné.

Obr.2: Zapojení řídící čísti obvodu

Obr.3: Zapojení tranzistoru a LED diod

Zdrojový kod pro mikrokontrolér

#include<avr/io.h> // hlavičkový soubor pro mikrokontrolér ATmega644

#include <stdio.h>

#define F_CPU 16000000UL // frekvence hodinového signálu

#include<avr/interrupt.h>

#include <util/delay.h>

#include <stdlib.h>

int i; //proměná pro smičku for

int prevedena_hodnota_osvetleni;

int max_porovnavaci_konstanta=65;

int min_porovnavaci_konstanta=30;

//---- Inicializece AD prevodniku--------------------------------------------

void AD_init (void)

{

ADCSRA|=(1<<ADEN)|(0<<ADPS2)|(0<<ADPS1)|(0<<ADPS0);

ADMUX |= (1<<REFS1)|(0<<REFS0)|(1<<ADLAR)|(1<<MUX2)|(1<<MUX1)|(1<<MUX0);// nastavení pinu PD7 a referenčního napětí 1,1V

}

//---------------------------------------------------------------------------

//----AD_převod--------------------------------------------------------------

void AD_prevod (void)

{

ADCSRA|= (1<<ADSC); //start AD prevodu

loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //cekam dokud prevod neskonci

prevedena_hodnota_osvetleni=0;

prevedena_hodnota_osvetleni=ADCH; //prevedena hodnota osvetleni na napeti

}

//---------------------------------------------------------------------------

int main( void )

{

// nastavení casovace pro system

TCNT1 = 0;

TCCR1A |= 0;

TCCR1B |= _BV(CS10);

DDRD = 0xff; // nastaveni portu D jako vystupni

DDRA = 0x00; // nastaveni portu A jako vstupni

for(;;)

{

AD_init(); //inicializace AD prevodniku

AD_prevod (); // AD prevod

for (i=25;i<=70;i++)

{

if(((i<=prevedena_hodnota_osvetleni) & (i<max_porovnavaci_konstanta))| //svítí za normálního osvětlení funguje PWM

((prevedena_hodnota_osvetleni<min_porovnavaci_konstanta)&(i<min_porovnavaci_konstanta))| //svítí minimálně při minimálním osvětlení

(prevedena_hodnota_osvetleni>max_porovnavaci_konstanta)) //svítí maximálně za maximálního osvětlení

{

PORTD=0b10000000; //rozsvit LED

}

else

{

PORTD=0b00000000; //zhasni LED

}

}

}

}

Tento řídící program je velice jednoduchý. Nejprve se nastaví časování pro systém dále se nastaví port D jako výstupní a port A jako vstupní následně program skočí do nekonečné smyčky kde se inicializuje A/D převodník provede se A/D převod. V následném cyklu je porovnávána hodnota cyklu for s hodnotou převedenou v A/D převodníku a podle výsledku se bud LED rozsvítí nebo zhasne.

Závěr

Zadaný úkol se podařilo splnit. Při běžném denním osvětlení LED diody svítí maximálně, jakmile se začne stmívat a intenzita osvětlení klesne tak se LED diody začnou postupně zhášet, až klesne osvětlení pod určitou mez tak se zhášení zastaví a zůstane nastavené jen minimální osvětlení. Podstatného vylepšení by se docílilo přepsáním cyklu for, který porovnává svoji hodnotu s hodnotou z A/D převodníku. Případně by se dal využit PWM generátor zabudovaný přímo v mikrokontroléru. Další vylepšení by se docílilo tím, že by se dopsaly do programu další cykly pro další fotodiody. Mohly by jich být až 8, protože mikrokontrolér má 8 vstupů pro A/D převodník. Tím by bylo možno regulovat až 8 LED osvětlení nezávisle.

Literatura

[1] Datasheed obvodu LM7805 dostupné na WWW :

http://www.datasheetarchive.com/LM7805-datasheet.html

[2] Datasheed obvodu AT MEGA 644 dostupné na WWW :

http://www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/megaavr.aspx?tab=documents

Obr.3:Řídící část s mikrokontrolérem

Obr.4:Řídící část a LED diody