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PWM调光LED小夜灯,LED night light
关键字：Attiny13,LED灯
作者：温正伟
经常夜里用电脑，或写作、或上网，要是开着没有调光功能的工作台灯，40W的白炽灯似乎有点明亮了，总会感觉有点防碍了思考，但是关了灯又会感觉周围暗暗的，连键盘都没法看清。于是自己DIY了一个PWM调光的小夜灯。这个电路实现长按开关电路、具有8级调光、低功耗等功能，可以用作夜晚的弱光照明、设备的背光、小功率调光手电等等。对于年少的小朋友，夜里看书、玩电脑最好还是打开台灯或房间的吸顶灯，足够明亮的光线才不会影响视力的发育。
先来了解一下PWM英文全称为Pulse Width Modulation即脉冲宽度调制，是一种利用数字输出对模拟电路进行控制的一种十分有效的技术，非常广泛应用到功率控制、电机调速、通信等各种电子技术培领域中。PWM简单来说就是把模拟信号进行量化，使其变为数字编码方便调控。PWM信号只有“高”和“低”，也可以看作“1”和“0”这2个二进制数字，在直流供电中的任何时刻只表示“通”与“断”。图1是2种占空比信号，分别是占空比为10%和90%的PWM输出。假设信号供电电源为10V，方波以一定频率进行10%占空比输出时，信号10%的时间是通的，90%的时间是断的，输出信号则对应一个电压幅值为1V的模拟信号，如果点空比为100%时，方波则变为高电平，则对应为10V的模拟信号。可能你还是没搞明白是PWM信号到底指什么，那可以看看图2的例子。
图2是一个电灯的控制电路，也是一个可以用PWM控制的电路，如果电池电压为12V，把开关按下50毫秒灯泡就亮50毫秒，这段时间内灯泡得到的电压12V，下一个50毫秒断开开关这时灯泡的电压为0V，1秒内进行10次这样开关，灯泡亮度看起来就像用6V电压供电一样，而6V正是12V的50%，这种情况就是调制频率为10Hz，占空比为50%的PWM。
同样的占空比，调制频率越低，负载效率就越低，可以设想一下，10Hz就是灯泡不断亮50毫秒灭50毫秒，这样人眼看起来是有点闪烁的，如果在一个周期内把12V供电灯泡点亮.5秒然后再断开5秒，这样就是0.1Hz，这时的占空比依然是50%，但是所得到的效果就更差了，光亮度看起来就5秒全亮，然后紧接着5秒全暗，根本就不可能相当于12V的50%（6V）供电的效果了。要想取得像调光灯一样的效果，就需要把调制频率提高，通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。大多数负载的PWM应用的调制频率一般是1K－200KHz。
了解了PWM的基本原理，我们就可以用硬件电路去实现了。笔者的这个制作里选用了ATMEL公司的Attiny13单片机生成PWM信号，它是一个只有8引脚的低功耗AVR单片机，除了基本的单片机功能外，还有一个具有8位PWM功能的定时器，能在PB0（OC0A）、PB1（OC0B）两引脚输出2路独立的PWM信号。本制作的电路图如图3。
制作中用到2颗“食人鱼”白光LED（eagle-eye led或piranha LED），其外形像食人鱼，所以得其名，所封装的支架为4引脚，提高了散热性能，还具有比较大的发光角度，一般为120度。笔者选用的是5mm的白光“食人鱼”，标称导通电压约为3.6V，电流30mA。制作中直接使用电脑USB取电，电压为5V，PWM信号从PB0输出，通过R3、R4使Q1基极得到电流从而对Q1发射极电流进行控制，总电流控制在最大60毫安左右。R1、R2则起到限流作用。SW1为功能按键。ATtiny13使用内部9.6MHzRC振荡电路不对系统时钟进行8分频，使其工作在9.6MHz的频率中，使用内部复位电路，使电路最简化。
笔者使用小型雕刻机制作好PCB后，焊接电路，效果如图5、图6。笔者用包装小型继电器的透明塑料包装条用来安装电路，切割成合适的大小，钻好安装孔，安装电路进入塑料条。使用USB接口线取得电源。使用USBASP工具将固件程序pwmled.hex烧录进入芯片中。电路焊接无误后，无需调试，上电后PWM输出12.5%的占空比，点亮LED总电流约为10mA，每短按一次按键时，占空比递增12.5%，直到100%输出电流约为60mA，再短按时又回到12.5%占空比，一共有8个亮度档位。长按3秒则可以关闭和点亮LED。图7是安装完成后的发光效果，为了使光线柔和笔者在塑料条上帖了一层美纹纸，光线柔和不剌眼。
本文中前两制作中使用的PCB是使用小型雕刻机在单面玻纤覆铜板上雕刻而成，因板材及雕刻刀具限制，最小线间隔在0.3MM左右，为了方便业余制作画板时尽量保留覆铜面，这样可以减少雕刻时间，同时没有钻过孔，也没有刷阻焊漆，使制作最简化。虽然比不上成品印刷电路板的精度和品质，但是胜在方便快捷，在制作一些业余制作中简单的电路时还是十分好使的。
程序编写使用到C语言，由于Attiny13的PWM是由硬件方式产生，只需要更改OCR0A寄存器的值，就可以更改PWM的占空比，所以在程序编写上显得极为简单，只需要编写一个按键处理程序就可以了，然后把按键的次数对应转换为定时器PWM设定值写入到OCR0A寄存器中。OCR0A为8位寄存器，也就是说它可以把一个方波周期分成256份，每增加一个值则占空比增加约为0.4%。
图5：PCB
图6：安装配件
图7：发光效果（左图为普通效果，右图为贴上美纹纸后的效果）
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