LED與白熾燈相比有一個顯著的不同點：即LED的發光亮度與流過LED正向電流大小基本上成正比例關系。利用它這個特點，通過光傳感器測量周圍的環境亮度，根據測量值改變LED的發光亮度，實現維持周圍環境亮度不變的效果，構建出讓人們心情愉快的工作場合。這樣不僅營造出具有恒定亮度的舒適環境，而且能夠充分利用自然照明，大大節約能源。因此，對LED自適應調光技術的研究顯得格外地重要。

1、LED自適應調光系統硬件設計

LED的亮度與正向流過它的電流成正比，可以調節正向電流大小來調節LED的亮度。現在一般采用調節工作電流方式或者脈寬調制方式調節LED的亮度。前者調節的范圍大、線性度好，但是功耗大。所以很少采用。脈寬調制方式是用較高的頻率開關LED，開關頻率超出人們能夠察覺的范圍，使人感覺不到頻閃的存在。

實現LED自適應調光，需要實時自動采集室內環境照度，反饋給控制器，控制器根據這個照度值調節PWM的占空比，進而調節MOS柵-源間的電壓，從而控制流過LED的正向電流，使室內環境照度近似等于設定值，最終達到LED自適應調光。LED自適應調光原理如圖1所示。LED自適應調光系統主要包括控制器S3C44B0X、光傳感器芯片TSL2561、LED調光電路和LED燈具這四個部分。

圖1 ? 自適應調光原理圖

1.1、控制器芯片

S3C44B0X微處理器是三星公司專為手持設備提供的高性價比和高性能的微控制器，它使用ARM7TDMI核，最高工作頻率為66MHz。S3C44B0X是在ARM7TDMI基礎上增設了一些優選的外圍器件后形成的系統，使系統費用降至最低。它具有1個多主機I2C總線控制器和5個PWM定時器，可以滿足本設計的要求。

1.2、光傳感器芯片

TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程的光強度數字轉換芯片。其結構如圖2所示，TSL2561內使用了一個光敏二極管（通道0）和一個紅外響應光敏二極管（通道1）。這個集成電路提供了有20位動態范圍的光響應能力。兩個集成的積分式A/D轉換器，可將光敏電流轉換成一個數字輸出，并存入芯片內部通道0和通道1各自的寄存器中。數字輸出量與每一個通道的光強相對應，可以是微處理器的輸入。TSL2561可直接通過I2C總線協議由微控制器訪問，微控制器則通過對其內部的16個寄存器的讀寫來實現對TSL2561的控制。它的寄存器的定義如表1所示。

圖2 ? TSL2561內部結構圖

表1 ?TSL2561內部寄存器地址及作用

1.3、調光電路

LED調光電路如圖3所示，運放A1和A2均處于深度反饋狀態。

從式（2）中可知，保證參考電壓Vref、采樣電阻R4以及電阻R2、R3不變，輸出電流I0就能保持恒定。實現LED亮度的調節，則在恒流驅動的主回路中加入另外一個M2，同時在柵極加入高頻的PWM信號，改變主回路的平均電流。

圖3 ?PWM調光電路

1.4、硬件電路設計

TSL2561可以通過I2C總線訪問，所以硬件接口電路非常簡單。由于S3C44B0X帶有I2C總線控制器，則將該總線的時鐘線和數據線直接與TSL2561的I2C總線的SCL和SDA分別相連;44B0X內部沒有上拉電阻，則還需要再用2個上拉電阻接到總線上。硬件連接如圖4所示。

圖4 ?S3C44B0X與TSL2561的連接圖

2、LED自適應調光系統軟件設計

LED自適應調光系統的軟件程序設計主要包括四個部分，其設計思路如圖5所示。

圖5 ?軟件設計流程

2.1、S3C44B0X的初始化及I2C讀寫程序

S3C44B0X帶有I2C總線和PWM功能。若要使用這兩種功能，首先要對這兩種功能所涉及的寄存器和I/O口初始化。這里涉及到44B0X的一系列寄存器和I/O口的操作在這里就不再贅述。著重介紹按照I2C標準編制讀寫TSL2561的子程序TSL2561_READ（）和TSL2561_WRITE（）。

2.2、TSL2561的初始化及完成數據讀寫

在讀寫TSL2561之前，首先根據具體系統需要設置控制字，積分時間，增益等參數設置，然后等待轉換結束，讀寫TSL2561的數據。讀寫TSL2561的流程如圖6所示。

圖6 ?讀寫TSL2561的流程

2.3、計算照度值

讀取TSL2561通道0和通道1的寄存器的數值后，要將這兩個通道與光照度有關的值轉換成可見光的照度值，需要經過一定的計算，具體的轉換公式可查找該芯片的數據手冊。TSL2561針對TMB和Chipscale兩種封裝有不同的轉換公式。若光強以E（單位為Lux）表示，TMB封裝時，光照度的轉換關系如下所示，設計其轉換函數LUX=CaleuLux（CH0，CHl）。

2.4、輸出PWM

S3C44B0X把室內照度值與設定值比較，通過子程序PWM（）輸出不同占空比的PWM信號，用來調節LED的照度。假設把室內照度設定為350Lux，PWM的產生頻率為200Hz，設計其函數為PWM（LUX）。

3、結論

硬件設計及軟件編程實現了LED的自適應調光系統，用以補償室內照度的不足，將室內照度穩定在設定的水平。采用該系統、照度計和LED燈具進行了調光實驗。在LED不點亮時，測量環境光照度，然后測量在LED進行自適應調光后的環境光照度，在前后兩種情況下，LED和照度計都處于同一位置。實驗結果是，當設定室內照度為350Lux時，LED自適應調光系統基本可以維持室內照度穩定在300Lux左右。

該系統綜合利用了嵌入式技術，傳感器技術及LED調光技術，對提高LED照明系統的性能，照明領域的節能及環保很有意義，具有一定的實用性。