基于TSL256X的光强检测的LED路灯智能控制系统方案设计

基于TSL256X的光强检测的LED路灯智能控制系统方案设计

作者：王长涛 韩忠华

来源：《数字技术与应用》2011年第08期

摘要：本文提出了一种基于TSL256X的光强检测智能控制的大功率LED路灯系统的实现方案。

关键词：LED 光强检测 TSL256X ATC51

中图分类号: TM92 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)08-0159-01 1、引言

LED（Light Emitting Diode，发光二极管）正在改变着我们的生活和工作环境。目前，所使用的大功率LED路灯大部分都是简单的直接照明，缺少必要的智能控制。现有的照明管理系统大都采用有线电缆控制照明灯具，对LED路灯进行，建设成本和运营成本都比较高。本文所要解决的技术问题就是克服上述大功率LED路灯系统中所存在的缺陷，而提供一种低成本、智能的自动控制系统。 2、系统的硬件设计

该智能控制系统以ATC51控制器为核心，其它各模块均受控制器控制。具体的来说，该控制器实现的功能如下：安装在灯具光源部分的光学传感器检测到灯具的光亮度、照度或光通量信号，经过A/D转换，转换成数字信号，输入到MCU控制器。MCU内部经过编程，对输入的灯具工作参数进行分析判断，然后发出控制信号，控制LED恒流驱动器输出电流的大小，从而达到智能LED灯具的目的。在该系统中，单片机软件系统主要完成的任务有：测量光强、控制判断、输出PWM控制信号等，其中基于TSL256X的光强检测模块为核心技术模块。

本系统的测光强模块选用TAOS公司推出的一款高速、低功耗、可编程的光强度数字转换芯片TSL256x。该芯片是第二代周围环境光强度传感器。其内部结构如图1所示。 从上图可知，TSL256x内部包含有两个积分式A/D转换器，用于对两个光敏二极管的电流进行积分，并且对这两个电流的积分是同时进行的。通道0和通道1是两个光敏二极管，其中通道0对可见光和红外线都敏感，而通道1仅对红外线敏感。积分式A／D转换器对流过光敏二极管的电流进行积分，并转换为数字量，在转换结束后将转换结果存入芯片内部通道O

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和通道l各自的数据寄存器中，作为数据的缓冲器。这种采用双缓冲器的转换过程能够确保维持数据的完整性。当一个积分周期完成之后，积分式A／D转换器将自动开始进入下一个积分转换过程。微控制器和TSL2560可通过标准的SMBus V1．1或V2．O实现，而TSL2561则可以通过I2C总线协议进行访问。

TSL256x的访问遵循标准的SMBus和I2C协议，我们的智能控制系统采用的是TSL256l芯片，TSL2561芯片可以通过I2C总线进行访问，所以该模块的硬件电路方面比较简单。由于微控制器内部没有自带的上拉电阻，所以需要用2个上拉电阻R5和R6连接到总线上。硬件电路连接如图2所示。 3、系统的软件设计

单片机和光强传感器TSL2561是通过I2C总线协议来通信的，该总线协议需要一根时钟线，一根数据线。I2C协议的重点是数据传输的时序，这是由开始位和停止位来控制的。开始位是在时钟信号的高电平，将数据线的电平由高拉到低，标志着数据传输的开始；停止位则是在时钟信号的高电平，将数据线的电平由低拉到高，标志着数据传输的结束。I2C协议的数据传输需要应答，每接收一字节的数据，需要将数据线拉低作为应答，发送方发送完数据后，则检查数据线是否为低电平来判断接收方是否受到数据。

在写数据时，先发送器件的地址，然后发送要写入的数据TSL2561芯片的写操作过程如下：先发送一组器件地址，然后写命令码，命令码是用来指定接下来写寄存器的地址00H～0F和写寄存器的方式，是以字节、字或块（几个字）为单位来进行写操作的，最后发送要写的数据，根据前面命令码所规定的写寄存器的方式，可以连续发送要写的数据，内部写寄存器会自动加1。

在测光强模块里，我们首先向I2C总线上发送器件地址，以便和光强传感器建立通信。光强传感器的特定地址是0x29，当它收到我们发送的地址时，便会做出应答。然后我们向TSL2561的命令寄存器写入0x03的指令，该指令要求TSL256上电，并开始对光强信号进行A/D转换。

在延时等待1s后，我们再次向I2C总线上发送0x29，选择TSL2561，并向它发出读取光强的指令，该指令从内部寄存器0x0c开始，连续读取四个字节的光强转换结果，至此，测量光强度的任务完成。 4、结语

本文针对目前LED路灯系统中存在的缺陷而提出了一种全新的低成本、智能的LED路灯控制系统。该控制系统由以下几部分构成：作为主控制器的MCU、光强度检测模块等模块。对整个控制系统分别进行了软硬件设计，并进行调试，结果证明了本文所设计的LED路灯无线智能控制系统在实验室环境下可以正确、稳定的运行。

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参考文献

[1]半导体照明改变光世界.电源世界,2006. [2]黎平等.高亮度LED驱动器概述.电气应用,2007. [3]半导体照明改变光世界.电源世界,2006. [4]LED路灯照亮LED产业新光明.电源世界,2009. 项目支持：

住建部项目（2010jsb;2011-k1-32;sjw10-04）

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文