遙控調(diào)光燈的設(shè)計總結(jié)報告

1、. . . . 遙控調(diào)光燈的設(shè)計設(shè)計與總結(jié)報告 學(xué)校： 學(xué)院 專業(yè)： 電子信息工程 梁偉林、石新權(quán)、娟 指導(dǎo)老師： 建盛 日期： 2009年7月1 8日 目錄摘要3第一章 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能介紹4引言41.1 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與要求41.1.1 設(shè)計任務(wù)41.1.2 設(shè)計要求41.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹41.3 系統(tǒng)的工作原理51.3.1 紅外線遙控原理51.3.2 光亮度采集51.3.3 燈光控制器51.4 系統(tǒng)設(shè)計方案論證61.4.1 從機設(shè)計方案61.4.2 主機設(shè)計方案61.5系統(tǒng)設(shè)計方案選定71.5.1 從機方案選定71.5.2 主機方案選定71.6 系統(tǒng)的特點和使用說明71.6.1 系統(tǒng)特點7

2、1.6.2 系統(tǒng)使用說明7第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計8 2.1 從機紅外遙控單元電路設(shè)計8 2.2 主機控制單元電路設(shè)計8第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計9 3.1 從機遙控功能軟件流程圖9 3.2 主機控制功能軟件流程圖10第四章 系統(tǒng)測試 124.1 測試儀器 12 4.2 測試方法12.4.2.1 檢測紅外線的發(fā)射與接收 124.2.2 檢測PWM的輸出占空比124.3 測試結(jié)果124.4系統(tǒng)功能與指標(biāo)參數(shù)分析13第五章 設(shè)計總結(jié)13參考文獻13 附錄14附錄1 元件明細表14附錄2 電路圖紙14摘要：隨著現(xiàn)代建筑和照明技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的照明設(shè)計方法已經(jīng)不能解決實際場景對照明效果的不同需求,簡單的控制

3、方式更不便于管理和維護。紅外線無線遙控調(diào)光燈，以節(jié)能環(huán)保為目的，與現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等相結(jié)合的智能照明技術(shù),滿足了“綠色照明”的設(shè)計要求,具有較大的發(fā)展空間。本文主要介紹了遙控調(diào)光燈的基本原理和硬件電路設(shè)計，由主機和遙控從機兩部分組成。本系統(tǒng)基于紅外線無線遙感技術(shù)，以高亮度LED燈為光源，以AT89S52單片機為從機的核心器件實現(xiàn)紅外線遠程控制，以ATMEGA16L單片機作為主機的核心器件主要負責(zé)調(diào)光，采用PWM節(jié)能法來實現(xiàn)對LED燈啟停、亮度等多種工作狀態(tài)進行快速而準(zhǔn)確地控制。電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作方便、遙控距離在8m左右，可廣泛應(yīng)用于家庭照明。關(guān)鍵字：紅外線無線遙控，節(jié)

4、能環(huán)保，LED燈，PWM節(jié)能法Abstract :Along with the development of modern architecture and lighting technology, the traditional lighting design method cant solve the actual scene on the different needs of illumination. The simple control method is more difficult to management and maintenance. Infrared wireless

5、remote dimmer, with the purpose of energy conservation and environmental protection, combining modern communications technology, computer technology and control technology into intelligent lighting technology, is satisfied with the design requirements of "green lighting" and has greater sp

6、ace for development. This paper mainly introduces the remote dimmer basic principle and hardware circuit design, containing the hosting and remote from the machine. This system based on infrared wireless remote sensing technology, with high brightness LED lights for the light source,AT89S52 SCM in f

7、rom the machine core device for infrared remote control, the ATMEGA16L microcontroller as the main core device to be mainly responsible for the light, adopting PWM energy saving method to control LED lights on or off, brightness of Various working condition rapidly and accurately. The circuit with S

8、imple structure, low cost，easy operation and around 8m in remote distance, can be widely apply to home lighting.Keywords: infrared wireless remote control，energy-saving and environmental，LED light，The PWM energy-saving method 第一章 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能介紹引言：近年來,全球性的能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出,人們迫切希望應(yīng)用節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)。當(dāng)今絕大部分照明控制系統(tǒng)都是利用

9、各類普通的手動開關(guān)來控制燈具的開關(guān)狀態(tài)，其亮度調(diào)節(jié)也是通過普通的調(diào)光開關(guān)進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，每次操作都必須走到開關(guān)處才能完成。在日常生活中，人們往往因離電燈開關(guān)較遠，即使在暫時不需要照明的時候，人們也懶得去熄燈，任其亮著，直到睡覺前或外出才關(guān)燈。這種情況非常普遍，從而造成電能的大量浪費?；谏鲜鲈?，為了更方便生活，本文設(shè)計出了一遙控調(diào)光燈，其不僅可以遙控開、關(guān)燈，還能根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)燈光的亮度，有記憶存儲功能，可分為睡眠/工作兩種模式。此外，本設(shè)計還有一大亮點采用高亮度LED燈作為光源。半導(dǎo)體照明以壽命長、節(jié)能、環(huán)保等顯著優(yōu)點而倍受人們關(guān)注,被認(rèn)為是21世紀(jì)最有價值的源。為滿足控制需要，本系統(tǒng)從

10、機部分采用AT89S52單片機為核心控制器件，通過按鍵控制紅外線遙控來控制LED燈的開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)；主機部分以ATMEGA16L單片機為核心控制器件，利用自帶的A/D轉(zhuǎn)換功能將光敏二極管采集到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，從而通過控制PWM來準(zhǔn)確而快速地控制燈啟停與亮度的調(diào)節(jié)。本設(shè)計的主要特點：1、采用高亮度LED燈作為光源；2、采用PWM調(diào)光方式更節(jié)能；3、電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易操作；4、LED燈，具有壽命長、安全、節(jié)能環(huán)保、耐閃爍、色彩多樣、調(diào)控方便等顯著特點；5、本系統(tǒng)具有記憶存儲功能，分為睡眠/工作兩種模式。1.1 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與要求1.1.1 設(shè)計任務(wù)以“環(huán)保、節(jié)能、成本控制”為主題，設(shè)計并制作

11、一遙控調(diào)光燈。1.1.2 設(shè)計要求 1、以高亮度LED為光源，以單片機為主控芯片；2、系統(tǒng)分為主機和遙控從機，主機負責(zé)調(diào)光，從機負責(zé)遠程控制，采用紅外遙控的方法；3、遙控從機上要有四個按鍵，按鍵1，是開關(guān)，按一下燈開，再按燈關(guān)；按鍵2，是低亮度；按鍵3，是中亮度，按鍵4，是高亮度。4、主機也有調(diào)光功能，通過旋轉(zhuǎn)亮度旋鈕可以任意調(diào)節(jié)光的亮度。1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹遙控調(diào)光燈的設(shè)計，主要分成兩個部分：從機和主機。從機以AT89S52單片機為控制核心，通過按鍵控制紅外遙控的方法來遠程控制LED燈的開關(guān)和亮度級別，當(dāng)從機發(fā)射紅外線時，工作指示燈會閃爍提示；主機以ATMEGA16L單片機為核心，對接收到從

12、機的命令后，接收到的不同指令而控制高亮度LED燈（下文統(tǒng)一稱為LED燈）的不同亮度級別。主機也有調(diào)光功能，通過旋轉(zhuǎn)亮度旋鈕可以任意調(diào)節(jié)光的亮度，通過主機上的按鍵也可以控制LED燈的開關(guān)和亮度級別，還控制其他的裝置實現(xiàn)不同的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 VCC從機按鍵GNDVCC主機按鍵控制LED燈亮度光亮度采集工作指示燈LED亮度控制旋鈕工作指示燈圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.3系統(tǒng)的工作原理1.3.1 紅外線遙控原理紅外線遙控通常是將受控信號（二進制脈沖碼）調(diào)制在38kHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，轉(zhuǎn)化為紅外信號發(fā)射出去的。紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管

13、加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度（紅外解碼）。當(dāng)接收到從機的指令后，采用不同占空比的PWM來控制LED燈。1.3.2 光亮度采集光亮度采集，是通過光敏二極管對光線的敏感作用而實現(xiàn)的。當(dāng)外部光線越強，光敏二極管的阻值就越大。ATMEGA16L單片機通過自身的A/D轉(zhuǎn)換功能，通過檢測光敏二極管的兩端的電壓變化，單片機將采集到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，從而輸出不同的PWM來控制LED燈的亮度，就可以實現(xiàn)根據(jù)外部光線自動調(diào)整LED燈的亮度。1.3.3 燈光控制器 1、旋鈕控制LED燈亮度通過主機上的LED亮度控制旋鈕控制LED燈的亮度。當(dāng)旋鈕轉(zhuǎn)動時

14、，其電阻值改變，從而引起旋鈕兩端的電壓值發(fā)生改變， ATMEGA16L通過自帶的A/D轉(zhuǎn)換通道采集旋鈕兩端電壓值，將其轉(zhuǎn)換后，進而控制輸出不同占空比的PWM，達到控制LED燈亮度的效果。2、按鍵控制LED燈亮度通過主機上的按鍵也能控制LED燈。第一種控制方式，其工作原理簡單些，按下不同的按鍵，單片機根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)輸出不同的PWM，從而控制LED燈的亮度。第二種控制方式，根據(jù)個人的需要，想把當(dāng)前LED燈亮度在下一次使用中直接調(diào)用，可以使用按鍵將當(dāng)前亮度存儲起來，這個原理是通過光敏二極管采集當(dāng)前的光線強度傳給單片機，單片機得到一個數(shù)據(jù)后就產(chǎn)生一種PWM脈寬，當(dāng)接收到存儲按鈕按下時，并將這兩個數(shù)據(jù)

15、存儲起來，這樣就可以根據(jù)需要直接調(diào)出適合自己使用的LED燈亮度。1.4 系統(tǒng)設(shè)計方案論證1.4.1 從機設(shè)計方案方案一：藍牙通信:藍牙主要用于短距離傳輸，芯片價格一直偏高。方案二：用專用芯片進行紅外線的發(fā)射，HT6221為專用紅外線編碼發(fā)射芯片，可以有32個不同的編碼，芯片部已有固定的編碼，外部元件只要一個455KHz的晶振和兩片瓷片電容，上電后即可工作，價格便宜。方案三：用單片機直接進行紅外編碼發(fā)射，都采用軟件編程實現(xiàn)，51系列單片機價格相對也比較便宜，可以采用軟件控制，功能強大，編碼靈活，安全性高。1.4.2 主機設(shè)計方案方案一：AT89S52單片機+專用紅外解碼芯片+A/D轉(zhuǎn)換芯片。SN

16、2501為專用紅外線解碼芯片，專用芯片有固定的解碼方式，外部元件只要一個4M晶振和兩片瓷片電容，上電后即可工作。將解碼數(shù)據(jù)輸送到AT89S52單片機中進行處理，然后對LED燈進行PWM方式控制亮度。主機上的亮度調(diào)節(jié)旋鈕通過DAC0832的A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將信號傳送到單片機中進行處理，然后對LED燈進行PWM方式控制亮度。方案二：ATMEGA16L單片機。采用單片機進行紅外線解碼，直接在單片機部進行數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生不同的PWM對LED燈進行控制。ATMEGA16L自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，可以直接采集亮度調(diào)節(jié)旋鈕兩端的電壓，處理成不同的數(shù)據(jù)，然后對LED燈進行PWM方式控制亮度。

17、方案三： 以LPC2138 為主控芯片:其本身自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，帶大容量的32KRAM和512KFLASH ,部資源豐富且系統(tǒng)穩(wěn)定，芯片價格昂貴。1.5 系統(tǒng)設(shè)計方案選定權(quán)衡各方案的利弊并結(jié)合本次大賽主題“環(huán)保、節(jié)能、成本控制”綜合考慮后，方案確定如下：1.5.1 從機方案選定系統(tǒng)采用方案三，用單片機直接進行紅外編碼發(fā)射，使接收紅外線的解碼一端的裝置有更多的器件來選擇。12MHz的晶振為常用元件，購買比較容易。紅外線發(fā)射載波和編碼都能通過軟件編寫，編碼比較靈活，使得紅外線的編碼具有一定得獨特性，安全性也更高。1.5.2 主機方案選定系統(tǒng)采用方案二，ATMEGA16L單片機，直接用外部中斷端口

18、連接紅外線接收頭，通過軟件解碼，解碼相對簡單。ATMEGA16L單片機自帶8通道A/D轉(zhuǎn)換功能可以使用一路A/D轉(zhuǎn)換通道直接連接亮度調(diào)節(jié)旋鈕，采集電壓，輸出控制PWM。第二路A/D直接連接光敏電阻，外界環(huán)境光線變化，影響光敏電阻的阻值，引起其兩端電壓的變化。因此，可以增設(shè)其他的功能。1.6 系統(tǒng)的特點和使用說明1.6.1系統(tǒng)特點1、系統(tǒng)用單片機進行編碼解碼，實現(xiàn)的難度也比較大，但它的安全性能也非常的高，也可以靈活的改變紅外線的編碼；2、系統(tǒng)具有自動調(diào)整LED燈亮度的功能，通過采集外界環(huán)境的光線亮度變化而自動改變LED燈亮度。也可以將當(dāng)前適合使用的LED燈亮度存儲起來，下一次想使用這一亮度時，可

19、直接通過按鍵控制LED燈實現(xiàn)；3、系統(tǒng)有睡眠/工作狀態(tài)。1.6.2 系統(tǒng)使用說明從機上設(shè)置有多個功能按鍵，按鍵主要設(shè)有：LED燈的開/關(guān)、低亮度控制、中亮度控制、高亮度控制、亮度存儲、模式轉(zhuǎn)換和睡眠/工作狀態(tài)，7個功能鍵。1、“LED燈的開/關(guān)”按鍵：該按鍵按一下燈開，再按燈關(guān)。2、“低亮度”、“中亮度”、“高亮度”按鍵：三個按鍵，每個按一個按鍵都可以控制LED燈的一個亮度級別。3、“亮度存儲”按鍵：該按鍵按一下存儲一次當(dāng)前亮度。4、“模式轉(zhuǎn)換”按鍵：該按鍵按下，從自動模式轉(zhuǎn)到直接調(diào)用模式，并調(diào)出存儲的過的LED燈亮度。5、“睡眠/工作狀態(tài)”按鍵：該按鍵按下，喚醒從機單片機進入正常模式。主機上

20、也設(shè)置了從機上的一些功能鍵，是為了防止從機丟失而無法進行控制。還有一個亮度旋鈕可以任意調(diào)節(jié)LED燈亮度。第二章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1 從機紅外遙控單元的電路設(shè)計從機主要的功能是實現(xiàn)紅外線遠程控制LED燈的開關(guān)與亮度級別。從機的硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，功能的實現(xiàn)主要靠軟件編程實現(xiàn)。硬件電路主要由AT89S52單片機最小系統(tǒng)、按鍵和紅外發(fā)射管組成，其原理框圖如圖2所示。電路原理圖如附錄A圖所示。P00-P05 52 單片機 最小系統(tǒng) P203*3鍵盤紅外發(fā)射管工作指示燈圖2 從機電路原理框圖從機通過按鍵發(fā)送給單片機，單片機接收到不同的按鍵指令，從而使單片機通過紅外線發(fā)送不同的指令編碼。按鍵主要設(shè)有：LE

21、D燈的開/關(guān)、低亮度控制、中亮度控制、高亮度控制、亮度存儲、模式轉(zhuǎn)換和睡眠/工作狀態(tài)。2.2 主機控制單元電路設(shè)計主機主要是對LED燈的控制作用，通過產(chǎn)生不同的PWM脈寬信號傳送給LED燈，LED燈就會產(chǎn)生不同的亮度變化。主機硬件電路的設(shè)計簡易而又可以完成特定的功能，其原理框圖如圖3所示。電路原理圖如附錄B圖所示。 16單片機 最小系統(tǒng)紅外線接收頭3*3按鍵光亮度采集LED亮度控制旋鈕控制LED燈亮度工作指示燈圖3 主機電路原理框圖主機上可分為幾個部分:1、主機通過紅外接收頭接收從機的紅外線編碼調(diào)制脈沖，ATMEGA16L單片機直接與紅外接收頭相連接，通過部軟件將紅外線調(diào)制脈沖進行解碼，得到不

22、同的指令數(shù)據(jù)，從而執(zhí)行不同的操作；2、主機上還有功能按鍵與單片機相連，可以通過按鍵直接控制主機進行操作；3、通過光敏電阻對外部環(huán)境的光線亮度進行采集，單片機通過自身的A/D轉(zhuǎn)換功能，根據(jù)指令的不同而完成不同的功能操作；4、主機有一定的存儲功能，當(dāng)需要指定的LDE燈亮度時，可以將此LED燈的亮度存儲起來，當(dāng)想在特定的環(huán)境中使用特定的LED燈亮度時，即可直接調(diào)用出來。第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 從機遙控功能軟件流程圖在從機遙控工作過程中，單片機在一分鐘沒有檢測到有按鍵按下時，就會自動進入省電模式，當(dāng)檢測到喚醒按鍵按下，單片機有進入正常工作模式，并判斷是哪個按鍵按下的。單片機軟件控制流程圖如圖4所示。

23、在流程圖中的低級顯示、中級顯示和高級顯示是從機傳輸給主機的紅外線編碼控制LED燈的顯示低、中和高亮度級別。NYNNYY開始1分鐘有按鍵按下嗎？進入省電模式喚醒鍵按下？LED燈開/關(guān)低亮度中亮度高亮度亮度存儲模式轉(zhuǎn)換LED燈關(guān)LED燈開低級顯示中級顯示高級顯示存儲數(shù)據(jù)調(diào)出存儲數(shù)據(jù)紅外線編碼發(fā)射LED開嗎？返回圖4 從機遙控功能流程圖3.1 主機控制功能軟件流程圖主機采用ATMEGA16L單片機，部功能強大。紅外接收頭接收到數(shù)據(jù)時，通過單片機外部中斷端口向單片機傳送數(shù)據(jù)。主機上的紅外接收和按鍵同時掃描，只要一有指令輸入時，單片機就會做出判斷，執(zhí)行相應(yīng)的功能。其工作流程圖如圖5所示。流程圖中的，低級

24、顯示、中級顯示、高級顯示分別是對LED燈執(zhí)行低、中、高亮度級別顯示，逐步顯示為亮度旋鈕的任意調(diào)光顯示。YNYNYN判斷是否接收到紅外線開始系統(tǒng)初始化，設(shè)置中斷收到哪個鍵值掃描指令輸入判斷執(zhí)行指令判斷執(zhí)行指令開/關(guān)控制低亮度中亮度高亮度手動調(diào)節(jié)亮度LED燈是開？LED燈關(guān)LED燈開低級顯示中級顯示高級顯示逐步顯示返回圖5 主機控制功能流程圖 第四章系統(tǒng)檢測4.1 測試儀器系統(tǒng)使用到的測量儀器有：示波器、萬用表、網(wǎng)絡(luò)攝像頭。4.2 檢測方法4.2.1 檢測紅外線的發(fā)射與接收首先檢測紅外發(fā)射管和紅外接收管的好壞。1、用網(wǎng)絡(luò)攝像頭觀察上電后的紅外發(fā)射管是否發(fā)出紅外光；用示波器探頭檢測單片機給紅外發(fā)射管

25、的載波頻率，載波一定要在38KHz-40KHz的頻率上，才能將紅外編碼發(fā)射出去。2、用示波器探頭檢測紅外接收頭的數(shù)據(jù)端，數(shù)據(jù)端口的電平會被拉低，即可在示波器上觀察到，也說明紅外線已經(jīng)成功發(fā)射和接收到。4.2.2 檢測PWM的輸出占空比直接用示波器接到單片機的I/O端口，當(dāng)從機、主機有按鍵按下或者亮度旋鈕旋動時就會產(chǎn)生不同占空比的PWM。4.3 測試結(jié)果1、從機用單片機實現(xiàn)紅外編碼，通過6個功能按鍵向主機發(fā)射不同的脈沖編碼，主機通過單片機解碼，進行數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生不同的PWM控制LED燈的亮度。其從機遙控實現(xiàn)功能如表1所示。表1 從機遙控發(fā)射功能對照表按鍵碼數(shù)據(jù)碼控制指令0x010x01LED燈開/關(guān)狀態(tài)0x020x02LED燈低亮度控制0x030x03LED燈中亮度控制0x040x04LED燈高亮度控制0x050x05LED燈任意調(diào)節(jié)亮度控制2、主機的控制功能實現(xiàn)紅外線的解碼與產(chǎn)生控制功能外，主機上也有按鍵，主機可以脫離從機而獨立工作，實現(xiàn)對LED燈的控制作用。主機上還有一個LED燈亮度旋鈕，通過單片機的A/D轉(zhuǎn)換功能，將旋鈕旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的不同電壓采集處理，從而可以產(chǎn)生不同占空比的PWM實現(xiàn)對任意LED燈亮度的控制。4.4 系統(tǒng)功能與指標(biāo)參數(shù)分析系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的