基于紅外遙控的LED照明系統(tǒng)精

1、基于紅外遙控的大功率 LED 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要 . 1 Abstract . 1第一章 引言 . 2第二章 設(shè)備選擇 . 3 2.1 照明現(xiàn)狀分析 . 3 2.2 LED 照明優(yōu)點(diǎn) . 4 2.3 LED 照明驅(qū)動(dòng)、調(diào)光問題及解決方案 . 42.3.1 LED工作特性 . 4 2.3.2 調(diào)光措施 . 5第三章 控制方式 . 6 3.1 紅外遙控技術(shù) . 6 3.2紅外遙控優(yōu)點(diǎn) . . 6 3.3 系統(tǒng)方案描述 . 7第四章 硬件分析 . 8 4.1 紅外發(fā)射電路的設(shè)計(jì) . 8 4.2 接收電路的設(shè)計(jì) . 10 4.3 單片機(jī)主控電路的設(shè)計(jì) . 11 4.4 恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) . 12第

2、五章 電路與程序設(shè)計(jì) . 14 5.1電路設(shè)計(jì) . 14 5.1.1紅外發(fā)射電路 . 14 5.1.2接收電路 . 14 5.1.3單片機(jī)主控電路 . 15 5.1.4恒流驅(qū)動(dòng)電路 . 15 5.2程序設(shè)計(jì) . 16 5.2.1系統(tǒng)主程序 . 16 5.2.2紅外解碼中斷程序 . 17 5.2.3紅外碼值處理程序 . 18 5.2.4鍵值識別散轉(zhuǎn)程序 . 19第六章 結(jié)論 . 21參考文獻(xiàn) . 22致謝 . 23摘要LED (發(fā)光二極管被認(rèn)為是繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明光源,具有發(fā)光效率 高、壽命長、無污染、體積小、光方向性強(qiáng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn),是未來最具有發(fā)展?jié)摿Φ?光源之一。本文設(shè)計(jì)了一

3、種以 AT89S51單片機(jī)為核心的紅外遙控大功率 LED 照明系統(tǒng), 其紅外遙控系統(tǒng)由 TC920發(fā)射器與 HS0038紅外接收器構(gòu)成,采用 PT4115芯片實(shí)現(xiàn) LED 恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng), PWM 方式實(shí)現(xiàn)調(diào)光。本文詳細(xì)給出系統(tǒng)的硬件和各部分的電路設(shè)計(jì)。實(shí) 踐證明,該大功率 LED 照明系統(tǒng)高效穩(wěn)定,控制方便,在普通照明應(yīng)用中具有較好的實(shí) 用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)適用性。關(guān)鍵詞:紅外遙控;大功率 LED ;單片機(jī)AbstractLight emitting diode (LED was considered as 3-Gen lighting source since incandescent and fl

4、uorescent lamp, which had merits of high luminous efficiency, long lifetime, no pollutions, small size, strong directivity and environmental friend. LED is the most promising and perspective light source in the future. A high-power LED lighting system based on AT89S51 single chip computer is present

5、ed, The infrared remote control system consists of a transmitter and HS0038 TC920 infrared receiver, using PT4115 chip LED constant current drive system, PWM dimming mode. This paper gives the system's hardware and circuit design of each part. Practice has proved that the system is highly effici

6、ent and stable power LED lighting, easy to control, and has good practical value and affordability in general lighting applications. Keywords: infrared remote control; high-power LED; single chip computer第一章 引言隨著科技的不斷進(jìn)步,能源消耗巨大,節(jié)約能源是我們未來面臨的重要問題。 LED 作 為一種新型的綠色光源節(jié)能產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于各種顯示、裝飾背光源、普通照明和城市夜 景等領(lǐng)域。 LED

7、 是英文 Light Emitting Diode的縮寫,中文就是發(fā)光二極管。它實(shí)際上也是 一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的一種電子元件,也具有一般半導(dǎo)體二極管的特性。它發(fā)出的光波 基本涵蓋了全部的可見光。LED 是美國在 1965年研究制造的,當(dāng)時(shí)也只能發(fā)出紅外光,不久后出了能發(fā)紅光的 LED ,發(fā)光強(qiáng)度低,只能作為指示應(yīng)用。到了 90年代的末期, LED 才有了飛躍的發(fā)展, 光波基本上覆蓋了整個(gè)可見光。特別是藍(lán)光的出現(xiàn),復(fù)合白光就誕生了,藍(lán)光通過激發(fā)熒 光粉發(fā)出白光。進(jìn)入 21世紀(jì)后,白光 LED 更是日新月異,無論是材料技術(shù)、芯片尺寸、 外觀和發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光效率方面都得到了空前的發(fā)展。各種色溫、各

8、種發(fā)光角度、高亮超 白的以及暖色的 LED 相繼應(yīng)運(yùn)而生,給 LED 廣闊的市場帶來了無限的商機(jī)。在如今這個(gè)更加人性化的社會,不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同人需要不一樣的燈光,所 以對于現(xiàn)在的照明設(shè)備,調(diào)光是必不可少的。 PWM 調(diào)光以其精確控制 LED 的亮度的同時(shí), 也保證 LED 發(fā)光的色度這一優(yōu)點(diǎn),是現(xiàn)在人們大多數(shù)照明設(shè)備中的選擇。隨著人們生活品質(zhì)的提高,對控制開關(guān)的要求也越來越多。遙控技術(shù)正在向許多領(lǐng)域 滲透 , 紅外線遙控就是其中的一種。由于其結(jié)構(gòu)簡單制作容易在家用電器、工業(yè)生產(chǎn)、安 全保衛(wèi)以及人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。 紅外遙控是一種無線、 非接觸控制技術(shù), 具有抗干擾能力強(qiáng),

9、信息傳輸可靠,功耗低,成本低,易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)。本文利用紅外 遙控控制大功率 LED ,組成一種新型的照明系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)解決了現(xiàn)在普通照明系統(tǒng)中開 關(guān)位置固定、無法調(diào)光等許多問題,無論從經(jīng)濟(jì)性還是實(shí)用性出發(fā),此系統(tǒng)都優(yōu)越于現(xiàn)在 的照明系統(tǒng)。第二章 設(shè)備選擇如今,我們生活中的主要照明設(shè)備有兩大類:白熾燈(鹵鎢燈類和熒光燈類。 白熾燈類的電光源冷態(tài)電阻很小,約為正常工作時(shí)的 1/10左右。全壓啟動(dòng)時(shí)的瞬時(shí) 沖擊電流為正常發(fā)光電流的 10被左右,對于供電線路及配電設(shè)備的安全及壽命都有影響。 因此,白熾燈使用時(shí)間一長就會出現(xiàn)燒毀或變黑等問題,同時(shí)對供電線路的傷害也很大, 已經(jīng)不怎么適應(yīng)現(xiàn)在的社會需求。

10、熒光燈類照明電光源是應(yīng)用數(shù)量最多,范圍也最廣的高效節(jié)能光源。按照熒光燈電 路的原理,可以分為電感式和電子式兩大類。(1電感式熒光燈電感式熒光燈由于電感鎮(zhèn)流器的作用,啟動(dòng)瞬間有一較強(qiáng)的激磁電流,但是時(shí)間很 斷,時(shí)間一般在數(shù)個(gè)工頻周期內(nèi)。以常用的 36W 電感式熒光燈為例,瞬時(shí)的沖擊電流約為 正常工作時(shí)的 1.5倍。(2電子式熒光燈電子式熒光燈由于電子鎮(zhèn)流器輸入濾波電容的作用,在啟動(dòng)的瞬間又較強(qiáng)的電容充 電流,時(shí)間一般在數(shù)十個(gè)工頻周期內(nèi)。以常用的 36W 電子式熒光燈為例,電子鎮(zhèn)流器的瞬 時(shí)沖擊電流約為正常工作時(shí)的 10-20倍。因此,不管是電感式還是電子式熒光燈都需要合適的軟啟動(dòng)電壓值,加上生產(chǎn)

11、過程 中加入的熒光粉等有毒物質(zhì)、運(yùn)輸安裝過程中的種種不便,熒光燈類照明電光源的諸多問 題開始顯露出來,一種新的照明設(shè)備 LED 照明開始逐漸步入人們的生活中。2.1 照明現(xiàn)狀分析當(dāng)前,國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)的高速發(fā)展與電力供應(yīng)相對滯后的矛盾突出,導(dǎo)致幾乎全國范圍 內(nèi)的電力供應(yīng)緊張。許多地方不得不采取了拉電、限電的被動(dòng)措施,對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā) 展、人們的日常生活和社會的穩(wěn)定和諧都造成了一定的影響。為了緩解供電的壓力,提高 照明的應(yīng)用效果,各種照明節(jié)電設(shè)備應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大,并取得了積極的效果,為降低 日趨高漲的用電需求發(fā)揮了積極的作用。目前,照明消耗約占整個(gè)電力消耗的 20%,大大降低照明用電是節(jié)省能源的

12、重要途 徑, 為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)業(yè)界已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具, 并達(dá)到了一定的成效。 但是, 距離 “ 綠色照明 ” 的要求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,開發(fā)和應(yīng)用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢 在必行。 LED 以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。LED 發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年,但在照明領(lǐng)域的應(yīng)用還是新技術(shù),但隨著 LED 技術(shù)的迅 猛發(fā)展,其發(fā)光效率的逐步提高, LED 的應(yīng)用市場將更加廣泛,特別在全球能源短缺的憂 慮再度升高的背景下, LED 在照明市場的前景更備受全球矚目,被業(yè)界認(rèn)為在未來 10年 成為最被看好的市場以及最大的市場將是取代白熾燈、熒光燈的最大潛力商品。隨著科技的不斷發(fā)展,我國的用電比

13、例將逐漸加大,與此同時(shí),能源枯竭和節(jié)能環(huán)保 的問題日益嚴(yán)重,這意味著我國的照明必將走綠色節(jié)能的發(fā)展道路 1。2.2 LED 照明優(yōu)點(diǎn)LED 從發(fā)明到現(xiàn)在, 憑借其體積小、 壽命長、 環(huán)保節(jié)能等特點(diǎn), 在照明領(lǐng)域受到青睞。 隨著 LED 技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,以及人們節(jié)能環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng),大功率 LED 必然 日漸受歡迎, LED 技術(shù)預(yù)計(jì)在未來可能會替代白熾燈、 熒光燈的主導(dǎo)地位。 LED 相對于白 熾燈熒光燈等傳統(tǒng)光源的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在發(fā)光質(zhì)量方面,在其生產(chǎn)制造及易用性方面都大 大得到改善相對于老一代發(fā)光設(shè)備, LED 的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 2:(1 LED 為固體樹脂結(jié)構(gòu),抗振動(dòng)性

14、好,在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝上方便快捷。(2 LED 光線集中度高,色彩純度高,發(fā)光效率高于普通照明設(shè)備。(3 LED 屬于固體冷光源,不純在燈絲燒毀問題,壽命長達(dá) 5萬到 10萬 h 之間。(4 LED 在生產(chǎn)過程中不添加汞、熒光粉等化學(xué)物質(zhì),屬于綠色環(huán)保照明光源。(5 LED 可利用紅 綠及藍(lán)三基色原理,實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果。2.3 LED 照明驅(qū)動(dòng)、調(diào)光問題及解決方案LED 作為一種新興光源,具有高節(jié)能、長壽命、利環(huán)保等其他光源無法比擬的性能。 因此,對 LED 的研究具有劃時(shí)代的意義 3。2.3.1 LED工作特性LED 具有對電壓敏感的特性, 當(dāng) LED 兩端電壓超過其導(dǎo)通電壓后。

15、可近似的認(rèn)為其正 向電壓 VF 和正向電流 IF 成比例關(guān)系。因此,電壓的變化會引起電流的變化。從 LED 伏安特性曲線圖 2.1可知, LED 在正向?qū)ê笃湔螂妷旱募?xì)小變動(dòng)將引起 LED 電流的較大波動(dòng),并且環(huán)境溫度、 LED 老化等因素也將影響 LED 的電氣特性,若 LED 電流失控, LED 長期工作在大電流下將嚴(yán)重影響其可靠性和使用壽命。而 LED 的光輸出直 接與 LED 電流有關(guān),所以 LED 驅(qū)動(dòng)電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動(dòng)的情況下宜 采用恒流驅(qū)動(dòng)方式 7。圖 2.1 LED伏安特性曲線要進(jìn)行恒流控制就要在斬波輸出端串聯(lián)一個(gè)小電阻,采樣其對地電壓,然后對其進(jìn)行 放

16、大并反饋到恒壓控制端,以進(jìn)行恒流控制。由于采樣電阻串聯(lián)在輸出回路里,要降低落 在電阻上的功耗,就要盡量減小電阻的阻值,通常選 0.1 電阻。采用恒流驅(qū)動(dòng) , 必須每一路 LED 燈串有一個(gè)恒流源驅(qū)動(dòng)。當(dāng)燈串中單顆 LE D 發(fā)生 短路故障時(shí),由于輸出電流不變 , 因此,并不影響其它 LED 的光效,采用恒流驅(qū)動(dòng)能大大 提高 LED 的使用壽命。因此,本設(shè)計(jì)的大功率 LED 照明系統(tǒng)采用恒流驅(qū)動(dòng)。2.3.2 調(diào)光措施PWM 調(diào)光措施相對于傳統(tǒng)的線性調(diào)光,不影響 LED 的光效。 PWM 調(diào)光的基本原理是保 持 LED 正向?qū)娏骱愣?而通過控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例,即控制每個(gè)周期電流 導(dǎo)通

17、的時(shí)間。 PWM 調(diào)光的優(yōu)勢是 LED 正向?qū)ǖ碾娏饕恢笔呛愣ǖ? LED 的色度就不會像 模擬調(diào)光一樣會變化。 PWM 調(diào)光可以在精確控制 LED 的亮度的同時(shí),也保證 LED 發(fā)光的色 度。線性調(diào)光是通過改變流過 LED 的電流來調(diào)整光效的,流過 LED 的電流的變化必然會 影響 LED 的色度。因此, PWM 調(diào)光相對傳統(tǒng)的線性調(diào)光具有很大的進(jìn)步,也符合本設(shè)計(jì)的要求。 第三章 控制方式如今,照明設(shè)備的控制方式有很多。有最普通的墻壁固定開關(guān)、有樓梯口用的聯(lián)動(dòng) 開關(guān)、有聲控開關(guān)、有光控開關(guān)還有許多特殊地方的用的溫控等開關(guān)。但這些控制方式都 有位置固定使用不方便,價(jià)格昂貴易損壞等問題。紅外遙

18、控以其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠 性高等優(yōu)點(diǎn)被人們所接受。3.1 紅外遙控技術(shù)紅外遙控本質(zhì)屬于紅外信息傳輸?shù)囊环N應(yīng)用形式。紅外傳輸大體分為數(shù)據(jù)的傳輸和控 制信息 ( 指令 的傳輸二類。紅外遙控就屬于控制信息傳輸類,信息量小,但可靠性高。 紅外遙控由于其發(fā)射和接收方便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性較高 , 因而早已在家用電器 中得到廣泛應(yīng)用。紅外遙控由發(fā)送和接收兩個(gè)部分組成。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼 調(diào)制為一系列的脈沖串信號,通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外接收完成對紅外信號的 接收、放大、檢波、整形,并解調(diào)出遙控編碼脈沖。為了減少干擾,采用的是價(jià)格便宜性 能可靠的一體化紅外接頭接收紅外

19、信號,它同時(shí)對信號進(jìn)行放大、檢波、 整形得到 TTL 電 平的編碼信號,再送給單片機(jī),經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對象。3.2 紅外遙控優(yōu)點(diǎn)紅外遙控和照明系統(tǒng)的結(jié)合時(shí)時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物。紅外遙控與普通照明控制開關(guān)相比有 以下優(yōu)點(diǎn):(1抗干擾能力強(qiáng),能適應(yīng)各種環(huán)境。(2體積小,穩(wěn)定性和壽命長。(3功耗低,普通的 5號電池就可以給他長期供電。(4成本低,有廣闊的市場和很大的發(fā)展空間。(5靈敏度高,調(diào)節(jié)方便、快捷。紅外遙控由于其發(fā)射和接收方便、 結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性較高 , 因而早已在家 用電器中得到廣泛應(yīng)用。在照明設(shè)備中的應(yīng)用也在不斷的發(fā)展和完善中。紅外遙控的照明 系統(tǒng),適用于現(xiàn)在人們高效、快捷、

20、多變的生活方式,將是以后照明控制方式的主流。3.3 系統(tǒng)方案描述本設(shè)計(jì)采用一款基于 TC9012芯片的電視機(jī)遙控器作為紅外發(fā)射單元,紅外二進(jìn)制信 號的解調(diào)由一體化紅外接收器 HS0038來完成,主控系統(tǒng)采用 ATMEL 公司的高性能單片 機(jī) AT89S51, LED 光源采用基于 PT4115的大功率恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),最后,采用 PWM 調(diào)光 方式, 通過在 DIM 引腳加入可變占空比的方波脈沖信號調(diào)節(jié)輸出電流以實(shí)現(xiàn)調(diào)光 4。 系統(tǒng) 方案框圖如圖 3.1。圖 3.1 系統(tǒng)方案框圖 第四章 硬件分析本照明系統(tǒng)以 AT89S51單片機(jī)為主控芯片, 選用大功率白光 LED 為光源, 采用 PT4115芯

21、片實(shí)現(xiàn) LED 恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),紅外遙控系統(tǒng)則由 TC9012遙控發(fā)射器與 HS0038紅外接收器 構(gòu)成。4.1 紅外發(fā)射電路的設(shè)計(jì)TC9012是一塊用于東芝系列紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路。其內(nèi)部包括振蕩 器、分頻時(shí)序產(chǎn)生器、系統(tǒng)碼鎖存、數(shù)據(jù)寄存、鍵盤掃描輸入、鍵盤掃描輸出、載波控制 及輸出單元。內(nèi)部設(shè)置了 8位系統(tǒng)碼,可實(shí)現(xiàn) 256發(fā)射器同時(shí)同點(diǎn)操作發(fā)射而互不干擾。 圖 4.1為 TC9012外部引腳圖,圖 4.2為管腳圖。圖 4.1 TC9012外部引腳圖管腳說明: 圖 4.2 管腳圖功能說明:TC9012采用脈沖寬度調(diào)制編碼格式, 以不同的脈寬寬度來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制信息的編碼, 其 發(fā)射編

22、碼格式由引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼和結(jié)束碼構(gòu)成。引導(dǎo)碼由 4.5ms 的高 電平和 4.5ms 的低電平波形所構(gòu)成,以作為一幀數(shù)據(jù)的起始位;一幀數(shù)據(jù)中含有 32位碼, 包含兩次 8位用戶碼, 8位數(shù)據(jù)碼和 8位數(shù)據(jù)碼的反碼,用戶碼用于區(qū)分不同類型的紅外 遙控設(shè)備,數(shù)據(jù)碼即代表實(shí)際按下的鍵值信息,數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼的各位求反,通過比較 數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼,可判斷接收到的鍵值數(shù)據(jù)是否正確;最后發(fā)送結(jié)束位(SY ,作為一 幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。 TC9012的發(fā)射碼的格式如圖 4.3所示 .紅外二進(jìn)制編碼信息 0 與 1 分別由毫秒量級的高低脈沖組合實(shí)現(xiàn)。 以脈寬 0.56ms 、 間隔 0.565ms

23、、周期為 1.125ms 的組合表示二進(jìn)制“ 0” ,以脈寬 0.56ms 、間隔 1.69ms 、周 期 2.25ms 的組合表示“ 1” 。脈沖信號都調(diào)制在占空比為 1/3,頻率為 38kHz 的載波上再發(fā) 送出去。二進(jìn)制參數(shù)“ 0”和“ 1”如圖 4.4所 5示 。 圖 4.3 TC9012發(fā)射碼的格式 圖 4.4 數(shù)據(jù) 0與數(shù)據(jù) 1參數(shù)圖4.2 接收電路的設(shè)計(jì)紅外接收需要先進(jìn)行解調(diào),解調(diào)的過程是通過紅外接收管進(jìn)行接收的。其基本工作過 程為:當(dāng)接收到調(diào)制信號時(shí),輸出高電平,否則輸出低電平,是調(diào)制(圖 4.5調(diào)制的逆 過程(圖 4.6解調(diào) 。紅外接收電路用于接收紅外信號并解調(diào)遙控器二進(jìn)制控

24、制脈沖信號, 該紅外接收電路采用 HS0038(它接收紅外信號的頻率為 38kHz ,周期約為 26 s 。 HS0038集光電轉(zhuǎn)換、解調(diào)和放大于一體,只需少量外接元件就能實(shí)現(xiàn)從紅外接收到輸出與 TTL 電 平兼容的所以工作。對于接收端而言,當(dāng)無紅外脈沖信號時(shí) HS0038的數(shù)據(jù)輸出 OUT 端輸 出高電平,當(dāng)有高脈沖紅外信號時(shí) OUT 端輸出為低電平,故其輸出信號電平正好與發(fā)射端 相反。 圖 4.5 二進(jìn)制碼的調(diào)制 圖 4.6 二進(jìn)制碼的解調(diào)4.3 單片機(jī)主控電路的設(shè)計(jì)AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗, 高性能 CMOS8 位單片機(jī), 片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編

25、程的 Flash 只讀程序存儲器 , 器件采用 ATMEL 公司的高密度、 非易失性 存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲器既可在線編程 (ISP 也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中, ATMEL 公司的功 能強(qiáng)大,低價(jià)位 AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合,可靈活應(yīng)用于各 種控制領(lǐng)域。AT89S51引腳如圖 4.7。所用引腳介紹:P1口:Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I /O 口, Pl 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)(吸收 或輸出電流 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 對端口寫 “l(fā)” , 通過內(nèi)部的上拉電阻把端口

26、拉到高電平, 此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí) 會輸出一個(gè)電流(ILI。P3口:P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I /0 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng) (吸 收或輸出電流 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “l(fā)” 時(shí),它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí),被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流(ILI。 P3.2口第 二功能 INT0(外中斷 0 。RST :復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí), RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片 機(jī)復(fù)位。XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL

27、2:振蕩器反相放大的輸出端。本設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)采用 ATMEL 公司的高性能單片機(jī) AT89S51實(shí)現(xiàn)。 單片機(jī) P3.2口連接 一體化紅外接收器 HS0038的數(shù)據(jù)輸出 OUT 端;單片機(jī) P1.0口作為 PWM 信號的輸出端 并連接 PT4115芯片 DIM 端,用于實(shí)現(xiàn) PWM 調(diào)光控制。單片機(jī)通過對紅外遙控器 09按 鍵以及開關(guān)按鍵紅外編碼的識別與解碼,并根據(jù)解碼結(jié)果產(chǎn)生鍵值對應(yīng)的 PWM 信號,從 而驅(qū)動(dòng) LED 實(shí)現(xiàn)不同的亮度調(diào)節(jié)。系統(tǒng)晶振電路由 12MHZ 晶振與兩個(gè) 30PF 電容組成; 復(fù)位電路則由 S1按鍵、 10K 電阻與 10uF 電解電容構(gòu)成。 圖 4.7 A T89S5

28、1引腳4.4 恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì) LED 光源采用基于 PT4115的大功率恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 PT4115是一款連續(xù)電感電 流導(dǎo)通模式的降壓恒流源芯片,其具有以下特點(diǎn): 6V30V寬電壓范圍輸入;輸出電 流可達(dá) 1.2A ;復(fù)用 DIM 引腳進(jìn)行 LED 開關(guān)、模擬調(diào)光、 PWM 調(diào)光;輸出電流精度 達(dá) 5%;轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 97%; LED 開路保護(hù);輸出可調(diào)的恒流控制方法;內(nèi)部含 有抖頻特性,極大的改善 EMI 。該芯片適合用于各類綠色照明 LED 燈的驅(qū)動(dòng)電路,應(yīng)用 電路簡潔,所需外部元器件較少且價(jià)格低廉 6。PT4115管腳如圖 4.8。 圖 4.8 PT4115管腳管腳描述: P

29、T4115采用 PWM 調(diào)光措施 , 當(dāng) DIM 引腳電壓低于 0. 3 V時(shí)關(guān)斷 LED 電流 , 高于 2. 5 V 時(shí)開啟 LED 電流。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式,其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極 的偏置,來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變,這種方式能使電源的 輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定,是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制 的一種非常有效的技術(shù)。 PWM 控制技術(shù)以其控制簡單,靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電 力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng) 沒有了學(xué)科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振

30、軟開關(guān)技術(shù)將會成為 PWM 控 制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。在實(shí)際應(yīng)用中, LED 調(diào)節(jié)亮度一般采用兩種方法,即模擬調(diào)光或 PWM 調(diào)光。模擬調(diào)光 是通過改變通過 LED 電流的大小來調(diào)整光效的,除了亮度會改變外,也會影響 LED 的光效 質(zhì)量, 即電流變化必然導(dǎo)致 LED 的色度偏差。 PWM 基本原理是保持 LED 正向?qū)娏骱愣? 而通過控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例,可以實(shí)現(xiàn)從 0到 100%范圍的亮度調(diào)節(jié)。 PWM 調(diào)光 的優(yōu)勢是 LED 正向?qū)ǖ碾娏饕恢笔呛愣ǖ? LED 的色度就不會像模擬調(diào)光一樣變化:在 精確控制 LED 的亮度的同時(shí),也保證 LED 發(fā)光的色度。第五章 電路與

31、程序設(shè)計(jì)5.1電路設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)了一種以 AT89S51單片機(jī)為核心的紅外遙控大功率白光 LED 照明系統(tǒng), 其采用 PT4115 大功率 LED 恒流驅(qū)動(dòng)方案與紅外遙控技術(shù),通過對一款基于 TC9021紅 外遙控器的按鍵編碼識別與解碼處理,可紅外遙控實(shí)現(xiàn)對 LED 光源的 PWM 調(diào)光功能。5.1.1紅外發(fā)射電路采用 TC9012F 芯片的紅外發(fā)射電路,如圖 5.1。圖 5.1 紅外發(fā)射電路5.1.2接收電路采用 HS0038的接收電路,如圖 5.2。 圖 5.2 接收電路5.1.3單片機(jī)主控電路采用 AT89S51單片機(jī)的主控電路,如圖 5.3。 圖 5.3 主控電路5.1.4恒流驅(qū)動(dòng)電路采

32、用 PT4115,如圖 5.4。圖 5.4 驅(qū)動(dòng)電路5.2程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序主要包括初始化程序(包括定時(shí)器與外部中斷設(shè)置 、紅外碼值處理程序 與鍵值識別散轉(zhuǎn)程序 8。5.2.1系統(tǒng)主程序主程序流程如圖 5.5。 圖 5.5 系統(tǒng)主程序流程圖5.2.2紅外解碼中斷程序紅外解碼中斷程序用于完成對遙控器發(fā)出一幀脈沖的各個(gè)高、低脈沖時(shí)間的計(jì)時(shí)與 存儲,以便在紅外碼值處理程序中通過分析各個(gè)脈沖的時(shí)間實(shí)現(xiàn)對紅外編碼的二進(jìn)制解 碼。當(dāng)遙控器無鍵按下時(shí),即紅外接收器 HS0038在沒有接收紅外信號,其 OUT 端輸出高 電平;當(dāng)遙控器有鍵按下時(shí), 0和 1編碼中的高電平經(jīng)紅外接收器 HS0038倒相后輸 出低

33、電平。由于 HS0038的 OUT 端與單片機(jī)的外部中斷 INT0引腳相連,將會觸發(fā)單片機(jī)中 斷 (即設(shè)置為負(fù)跳變沿觸發(fā)中斷 。 一旦系統(tǒng)檢測到紅外脈沖中的高電平信號, 即觸發(fā) INT0中斷,定時(shí)器 T0開始計(jì)時(shí) (定時(shí)時(shí)間為 250us ,以定時(shí)器 T0溢出中斷記錄每次脈沖期間 定時(shí)器溢出的次數(shù);到下一個(gè)高電平脈沖到來時(shí),即再次產(chǎn)生中斷時(shí),先將定時(shí)器溢出次 數(shù)取出,然后將溢出次數(shù)清零后再重新記錄。通過定時(shí)器溢出次數(shù)判斷每次中斷與上一次 中斷之間的時(shí)間間隔(時(shí)間間隔即為定時(shí)器溢出次數(shù)與 250us 的乘積 ,便可判斷接收到 的是引導(dǎo)碼、編碼 0或 1 。在中斷程序中,首先判斷并跳過持續(xù) 9ms

34、 的引導(dǎo)碼,然 后依次采集存儲 32位脈沖編碼時(shí)間。紅外解碼中斷流程和定時(shí)器定時(shí)流程如圖 5.6所示。 圖 5.6 紅外解碼中斷程序圖 定時(shí)器定時(shí)流程圖5.2.3紅外碼值處理程序紅外碼值處理程序主要完成對紅外編碼的解碼處理,通過對一幀紅外編碼中 32位脈 沖編碼時(shí)間的分析處理,判斷其對應(yīng) 0或 1的二進(jìn)制編碼,從而確定兩次 8位用戶 碼、 8位數(shù)據(jù)碼和 8位數(shù)據(jù)碼的反碼。從 TC9012紅外編碼分析可知, “ 0”編碼脈沖時(shí)間為 1.125ms , “ 1”編碼脈沖時(shí)間為2.25ms 。在實(shí)際程序處理中,應(yīng)考慮由于遙控器晶振參數(shù)等原因存在的誤差,故定時(shí)器 T0溢出次數(shù)值取 7(即 1.75ms

35、 作為 0或 1編碼的判斷標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)溢出次數(shù)小于 7時(shí)則 判斷為 0編碼,當(dāng)溢出次數(shù)大于 7時(shí)則判斷為 1編碼,并將該 32位二進(jìn)制編碼按 4個(gè)字節(jié)處理分別得出用戶碼、數(shù)據(jù)碼以及數(shù)據(jù)反碼,其中數(shù)據(jù)碼即代表實(shí)際按下的紅外遙 控器鍵值信息。可利用單片機(jī)將解碼出的鍵值數(shù)據(jù)碼通過數(shù)碼管顯示,通過得出遙控器鍵 值與數(shù)據(jù)碼的對應(yīng)關(guān)系,以便用于鍵值識別散轉(zhuǎn)程序的判斷處理。紅外碼值處理流程如圖 5.7。圖 5.7 紅外碼值處理流程圖5.2.4鍵值識別散轉(zhuǎn)程序鍵值識別散轉(zhuǎn)程序用于對正確接收下來的紅外發(fā)射器鍵值編碼進(jìn)行識別散轉(zhuǎn)處理, 在判斷用戶碼正確的前提下, 根據(jù)不同的按鍵數(shù)據(jù)碼控制生成對應(yīng)的 PWM 信號, 以

36、實(shí)現(xiàn) LED 亮度調(diào)節(jié)功能。本程序采用紅外遙控器的 09按鍵作為 LED 的 110級亮度的選擇按鍵, 并將遙控器開關(guān)鍵作為 LED 的關(guān)閉按鍵。鍵值識別散轉(zhuǎn)流程如圖 5.8所示。PWM 脈沖信號則由單片機(jī)利用定時(shí)器 T1中斷控制 P1.0口輸出產(chǎn)生, 其輸出的高低電 平輸入 PT4115芯片 DIM 端以控制 LED 電流的通斷狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn) LED 的亮度調(diào)節(jié)。將定 時(shí)器 T1溢出中斷定為 1/2500秒 (即 400S , 每 10次脈沖作為一個(gè)周期, 即頻率為 250HZ 。 這樣,在每 1/250秒的方波周期中,通過改變方波的輸出占空比,從而實(shí)現(xiàn) LED 燈的 10級亮度調(diào)節(jié),即 LED 亮度等級由每個(gè)周期內(nèi)的高電平脈沖數(shù)目決定,其中高電平脈沖數(shù)目 由紅外遙控器鍵值確定,即 09按鍵對應(yīng)確定 110亮度等級數(shù)值。定時(shí)器 T1生成 PWM 流