基于单片机的遥控灯光系统的设计.doc

毕业论文基于单片机的遥控灯光系统的设计专业:电子信息工程考籍号:姓名:摘要随着人们生活水平的不断提高，当人们在一天繁忙的工作之后，回到家里需要有个轻松舒适的环境。而灯光在家庭环境中占了很大的部分，能够轻松控制灯光成为人们一个共同的要求，所以我们需要设计一个灯光控制系统，来满足人们的要求。本问阐述了遥控技术的发展和历史，生活中的应用，为我们的生产生活提供的诸多方便，在遥控技术中主要阐述了用红外线的遥控方式在本设计中的应用。本文就是通过遥控技术和单片机的相互结合设计灯光控制系统，该系统是基于单片机的控制系统，用遥控的方式对系统灯光进行控制。本人设计了分为遥控发射模块和遥控接收模块，调光控制电路几个重要部分。本设计主要解决信号的发射和接收，在信号的处理接收之后对信号的处理程序，通过电路对灯光系统进行控制，这样我们就可以很方便的控制室内灯光的开关和亮度了。关键词：遥控技术红外线单片机AT89C51可控硅目录前言.1第1章绪论.21.1遥控技术的基本概念.21.2遥控技术的发展历史与现状.21.3遥控技术的发展前景及应用.3第2章总体设计方案.52.1总体设计思路.52.2总体方案的确定.5第3章无线模块的设计.73.1无线遥控方案的选择.73.2红外线遥控的基本原理.73.3系统的遥控功能实现方法的设计.93.3.1频分制与码分制的选择.93.3.2码分制遥控功能实现.103.4硬件电路的设计.123.4.1单片机的介绍.123.4.2红外线发射电路的设计.163.4.3红外线接收及控制电路的设计.18结论.28参考文献.291前言随着人们生活质量的提高，人们对住宅装饰愈来愈讲究，新潮家具配上豪华灯具，不但给人以富丽堂皇的感觉而且可使人们在劳累之余有个舒适的休息环境，灯具已不单纯是室内的基本照明工具，而且是建筑装饰的一种实用艺术品，当家里有各式各样的灯具之后，将它们精心地搭配在一起，达到最适合的气氛效果是高品质生活的需要，目前灯光的控制主要还是手动形式，逐个控制所有的灯具，这样不仅麻烦而且效率低下，也不符合现代舒适生活的标准。生活中常常遇到这些问题，当在看电视或看书时，并不需要太强烈的灯光，就可以用调光系统来调节灯光强度。因此，设计一个可以便捷地控制灯光等功能的智能化灯光系统不仅具有实用价值，而且还具有广阔的市场前景。智能不是昂贵和不实际的代名词，而是方便。智能灯光控制，能控制不同生活区域、不同场合的各种照明效果，提高生活品质。当今的发展，室内的电视、台灯、地灯、鱼缸照明、夜灯、廊灯、吧台灯等开关与床头灯调光开关均集中安装在床头柜处。由于开关较多且固定在一个位置，想开灯时必须先看清开关下面的标记才能正确开灯，有时为开一盏灯竟把所有的开关都按了一遍，使用时极为不便。现在都采用微动开关轻触式集中控制面板。但是开关多且固定仍不是十分方便。本人采用8051系列单片机将原来固定的机械式开关改用红外线遥控，利用红外线技术来发送信号。红外线技术是最近几十年发展起来的一门新兴科技。红外线是十分丰富的波谱资源，目前在工业、农业、国防、医疗卫生等方面得到了广泛的应用。这样一个红外线遥控器再结合单片机就可以控制室内的灯光开启，美观且实用即大方便的使用。2第1章绪论1.1遥控技术的基本概念随着电子技术、计算机和传感器技术的迅速发展，遥控技术在现代工农业生产、日常生活、科学研究、国防建设等领域得到了广泛应用，并取得可喜成果。遥控技术就是按照预定的目标对被控对象的参数、工作状态实现远距离控制的一门技术。现代遥控技术又是电子技术、计算机技术、传感器技术等多学科知识和技术。现在遥控技术已经普遍地应用于各类家用电器中。例如电视遥控、电灯遥控、电风扇遥控、空调遥控等。这类应用提高了家电的功能和档次，给使用者带来了极大的方便。设有遥控功能的电视机，使用者不必离开座位，只需要使用手持红外遥控器就可以进行节目切换，实现对音量、对比度等的调节。在这些应用中说明，“远”“近”都是相对的。有“千里之遥”，也有“一步之遥”之说，家用电器的遥控就是一个生动的实例。操作者与被控者之间对负载非接触式的一种自动控制方式。1.2遥控技术的发展历史与现状早在20世纪20年代，就有了遥控系统的雏形，人们试图利用遥控技术来控制无人驾驶飞机，但由于技术不够完善，没有得到实际运用。直到第二次世界大战末期，德国首先制成了V-1和V-2导弹以及无线电指令制导的防空导弹，才使遥控技术进入了使用阶段。20世纪30年代，无线电遥控技术首先用于天气预报，研制出第一部无线点测候仪，可以测量高空中的温度、湿度、大气压力等气象参数并通过无线电波传送到地面。20世纪40年代，由于军事山的需要，飞机、导弹的研究进展非常迅速，必须采用遥控技术进行测量与控制。从20世纪50年代起，美国和前苏联都积极开展卫星、导弹研制工作，使遥控技术得到了飞速的发展。1957年苏联发射了第一颗人造地球卫星，标志着遥控技术进入一个新的阶段。1969年美国“阿波罗-11”将送上月球，实现了载人登月的往返飞行，从而将遥控技术推向一个新的高度。从技术方面，也经历了几代的发展，在晶体管出现以前，遥控装置都是由电子管组装而成的，由于受到的容器和载重的限制，通常只用电子管组装。这种接3收机易受外界干扰而发生误控及失控事件，因此在普及与提高方面受到限制。上个世纪60年代初就有了全晶体管化的单通道遥控装置，其接收机仅有火柴盒那么大，地面遥控距离只有200M左右。60年代中期又出现了多通道晶体管化遥控设备，对遥控技术发展起到了较大的推动作用。20世纪70年代中期，集成电路的问世，特别是20世纪80年代至今，大规模、超大规模集成电路飞速发展，将微处理器引入遥控测系统，给遥控测带来了革命性的变化，使遥控遥测技术得到了一次又一次的飞跃。1.3遥控技术的发展前景及应用十年来，遥控技术在电子技术、计算机技术、通信理论、电子元器件发展的基础上，得到了极其迅速的发展，应用前景广阔。今后发展趋向主要表现在以下几个方面:1.提高系统的适应能力，以满足各种不同用途的需要。以前的遥控系统，大都是按照特定的任务设计的，其性能完全由系统的硬件所决定。系统传输信号的数目、信息速率、采样频率以及各种参数基本上固定的。虽然在一定程度上能通过更换硬件或某些接线来改变工作状态，但其变化范围有限，不能适应多方面的需要。为此，就要求发展一种灵活通用的可编程序遥控系统，这种系统具有较强的自适应能力与实时性能，能够根据不同用途的需要，随时改变系统的工作状态。2.采用先进的信息处理方式和新的多路信号的传送方法，以提高信息传输的高可靠性和稳定性。3.采用先进的元器件及工艺设计，以提高可靠性，减小设备体积、重量，降低成本及系统消耗。4.遥控技术在计算机、通信技术、传感器技术等科学发展的基础上，应向超时空、大容量、多媒体、智能化的方向发展。5.遥控技术应综合多学科技术解决我国的技术难题。如我国一年中，煤矿发生多起瓦斯爆炸事故，夺走许多煤矿工人的宝贵生命，如果采用地下无人采煤遥控系统，系统包括采煤机操作系统，煤块向上运输提升系统，有害气体浓度监督测、报警、吸收处理及转化系统。有这样一套完整的生产自动线，再也不会发生人身事故了。这种设想，经过广大技术人员的科技攻关，不久的将来变为现实。无线遥控的出现，首先应用在军事上。二次世界大战中，由于战争的需要，出现了无线电遥控的坦克、鱼雷快艇、无人驾驶飞机和导弹。战后，随着计算机技术和集成电路的出现，不仅无人驾驶飞机、火箭、导弹、人造卫星等离不开无线电遥控，而且在军事训练中也广泛应用无线电遥控设备。在工业生产方面，无线电遥控技术也大有用武之地，炼油厂、发电厂等大型4联合企业，工艺流程复杂，牵涉的范围广，人工操作管理难以准确及时地掌握远处设备的运行情况，容易产生误差和造成不稳定。采用遥控和其他相应的装置后，设备可以按照预定的工作程序准确运转，提高工作效率和产品质量。在农林渔业生产方面，人们可以采用遥控的方式，定时定量的给庄稼浇水、喷洒农药；对养鸡养猪场，可以采用遥控一条龙的饲料加工、生产、自动送料喂养系统。遥控检测鸡舍温度，可以提高产单率。可以采用遥控技术定时、定量喂养，检测鱼的新鲜程度和生长情况。神通广大的遥控技术正在日益深入到我们的生活领域中。无线遥控的地铁机车自动驾驶设备，提高的车辆的运转效率，使你快捷舒适地到达目的地；天然气、自来水管线的自动检测和控制装置把天然气和自来水送到你的家中；利用无线遥控的机器人，按照预定编号的程序，代替人做家务劳动，如洗衣、做衣，当你辛苦工作下班回到家中，呈现你面前的是一桌美味佳肴。无线遥控的电视机、空调机、电风扇等家用电器，使你的生活更加丰富多猜。除上述外，无线遥控在体育运动领域也得到广泛的应用，在体育比赛中，我们看到航模表演，模型飞机在跑道上加速滑行，离开地面，飞向天空。时而从水平方向突然向上直冲太空，时而以急转弯向下俯冲；海模比赛，海模在水中乘风搏海，勇往直前，动作优美准确，迎来阵阵喝彩，无数观众为之倾倒。小小的航模、海模不可能有飞行员操纵，而是地面上的运动员通过遥控方式，使之展示高超的技艺。在医学上的应用也很广泛，如运动状态下控制仪器测量心电图，利用超声波能顺利通过人体，且没有放射性的危害的特点，可以观察母体内胎儿状态，成了妇产科必备的器具。超声波多普勒血流计，可实施非创上伤的血流测量。利用遥控测量技术的传感器，可以对排放的污水水质进行控制与测量，可以检测大气污染情况，检测有害气体，还人们一片洁净的蓝天。5第2章总体设计方案在确定基于单片机的无线灯光控制系统前，我们还要自己拟定一个本系统的基本步骤及其的要遵循的基本原则，从而使设计更合理化，更加有条理性。2.1总体设计思路设计本单片机的灯光控制系统大致上可以分为以下几个步骤：1、系统分析过程根据系统的目标，明确所采用灯光控制系统的目的和任务。确定系统所在的工作环境。根据系统的工作要求，确定系统的基本功能和方案。如系统的无线传输类型、无线遥控功能的方法、对发送信号的要求、对灯光的开关控制、灯光亮度控制。2、总体设计过程因为此系统是基于单片机无线控制灯光系统，要实现无线遥控功能，就首先需要选择实现这遥控功能的通信方式。如蓝牙通信、红外线无线遥控等。在确定通信方式后，我们想的是以何种形式来发送这种控制信号。根据比较来确定控制信号的形式。在确定控制信号的形式后，我们就对这控制信号进行具体设计。要实现系统的功能，单片机是必不可少的。就要确定单片机的类型。根据系统的要求，来对硬件电路图进行设计。对系统的实现功能的重要程序进行分析。下面就根据系统的基本要求和基本原则来确定本系统的方案。2.2总体方案的确定提到总体方案的确定，就要符合本课题的要求：1、它是一个室内用的灯光控制系统。2、要求人们手持遥控器就可以对室内的灯光进行控制。3、要求能够在室内简便的安装，应用。4、在设计本系统中，成本是必须考虑的条件。要求成本不能太高，使一般家庭都能够承担的起费用。本系统为基于单片机的无线灯光控制系统，人们通过手中的遥控器对室内灯6光进行控制。要实现无线控制功能，就要设计一系列的硬件电路。首先要对无线模块进行设计，其中这部分的模块就要设计发送信号和对信号的接收，就要对这部分的电路进行设计。在对信号接收之后，要能使对系统灯光进行控制，就要设计一调光控制电路，从而对每一盏灯具进行开启关闭和调亮调暗的控制。要驱动调光电路，就要通过单片机相应的程序来控制调光电路。在发送电路中，其中也要通过单片机的相应程序对按键进行扫描处理等。在系统设计中，要使单片机能够正常实现其功能，就必须为其提供相应的直流电压，而我们一般的家用电压中都是220V，所以我们就要设计一个电源电路，为单片机提供正常的工作的电压。以上就是我对本系统设计的总体方案，下面我们就对总体方案中每一部分进行一一设计。下图1为本设计的一个总体设计框图。图1系统的设计总框图按键单片机扫描按键单片机调制频率对信号进行放大通过红外线发射二极管发射信号红外线接收器信号输入单片机调光控制电路