遙控調(diào)光燈的設(shè)計與總結(jié)報告

1、. . . . 遙控調(diào)光燈的設(shè)計與總結(jié)報告學(xué)校： 濱州學(xué)院 專業(yè)： 電氣自動化 孟照陽 慶淮 崇美 指導(dǎo)老師： 衛(wèi)兵 日期：2011年4月26日目錄摘要第一章 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能介紹引言1.1 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與要求1.1.1 設(shè)計任務(wù)1.1.2 設(shè)計要求1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹1.3 系統(tǒng)的工作原理1.3.1 紅外線遙控原理1.3.2 光亮度采集1.3.3 燈光控制器1.4系統(tǒng)設(shè)計方案1.4.1 從機方案1.4.2 主機方案1.5 系統(tǒng)的特點和使用說明1.5.1 系統(tǒng)特點 15.2 系統(tǒng)使用第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 2.1 從機紅外遙控單元電路設(shè)計 2.2 主機控制單元電路設(shè)計第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 3

2、.1主機控制功能軟件流程圖第四章 系統(tǒng)測試4.1 測試儀器4.2 測試方法4.2.1 檢測紅外線的發(fā)射與接收4.2.2 檢測PWM的輸出占空比4.3系統(tǒng)功能與指標參數(shù)分析第五章 設(shè)計總結(jié) 元件明細表 從機主機介紹摘要：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)，

3、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)能環(huán)保，LED燈，PWM節(jié)能法第一章系統(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

4、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。基于上述原因，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,被認為是21世紀最有價值的源。為滿足控制需要，本系統(tǒng)從機部分采用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

5、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

6、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on，是開關(guān)，按一下燈開，再按燈關(guān)；按鍵0，是低亮度；按鍵1，是中亮度，按鍵2，是高亮度。按鍵+或-也可以凋節(jié)亮度。4、主機也有調(diào)光功能，通過旋轉(zhuǎn)滑動變阻器可以任意調(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。從機用專用芯片進行紅外線的發(fā)射為控制核心，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）

7、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，

8、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小。通過ADC0803的A/D轉(zhuǎn)換功能檢測光敏電阻的兩端的電壓變化，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 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，其電阻值改變，從而引起旋鈕兩端的電壓值發(fā)生改變，通過 ADC0803采集旋鈕兩端電壓值，將其轉(zhuǎn)換

9、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。1.4 系統(tǒng)設(shè)計方案1.4.1 從機設(shè)計方案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。1.4.2 主機設(shè)計方案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。1.5 系統(tǒng)的特點和使用說明1.5

10、.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。用專用芯片可以實現(xiàn)同樣的功能，操作簡單。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。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，微調(diào)按鍵+和-，4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，按+可稍微提高亮度，按-可稍微降低亮度。3、主機上也設(shè)置了從機上的一些功能鍵，是為了防止從機丟失而

11、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)。硬件電路主要是專用遙控器，其原理框圖如圖2所示。電路原理圖如附錄A圖所示。02，+，-專用遙控器5個按鍵紅外發(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)送不同的紅外線指令送給主機單片機，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。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

12、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。AD轉(zhuǎn)換器圖3 主機電路原理框圖P10 ATMEGA16LP32最小系統(tǒng)光亮度采集按鍵紅外線接收頭LED亮度控制旋鈕控制LED燈亮度工作指示燈AD轉(zhuǎn)換器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、通過光敏二極管對外部環(huán)境的光線亮度進行采集，ADC0803

13、的A/D轉(zhuǎn)換功能將感受到的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳送給單片機進行處理并根據(jù)指令的不同而完成不同的功能操作；第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 主機控制功能軟件流程圖主機采用AT89S52單片機，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

14、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。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。4.43系統(tǒng)功能與指標參數(shù)分析系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能可以完成我制作的技術(shù)要求，系統(tǒng)設(shè)計分從機和主要兩大部分，主機負責(zé)調(diào)光，從機負責(zé)遠程控制。從機實現(xiàn)了紅外遙控功能，從機上有六個按鍵，按鍵on，是開關(guān)，按一下燈開，再按燈關(guān)；按鍵0，是低亮度；按鍵1，是中亮度，按鍵2，是高亮度。按鍵+和微調(diào)亮度。主機也有調(diào)光功能，通過旋轉(zhuǎn)亮度旋鈕