基于单片机的红外遥控LED调光系统的设计.doc

基于单片机的红外遥控LED调光系统的设计2011年8月第22卷第4期照明工程ZHAOMINGGONGCHENGXUEBAOAug.2011V01.22No.4基于单片机的红外遥控LED调光系统的设计齐春辉王巍(1.天津工业大学电子与信息工程学院,天津300160;2.天津工业大学电气工程与自动化学院,天津300160)摘要:介绍了一种红外遥控LED调光系统,给出了系统的硬件组成和软件设计方法.红外遥控器发射红外信号,STC单片机处理接收的红外信号并产生PWM信号,通过PWM信号调节LED光源的亮度.本系统方便,可靠并且具有实用价值,适用于家居照明等.关键词:红外遥控;STC单片机;LED;PWM;调光TheDesignoftheInfraredRemoteControlSystemforUDi珊【IliIlgBasedOilMCUQiChunhuiWangWei(1.SchoolofElectronics&InformationEngineering,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300160;2.SchoolofElectricalEngineering&Automation,TianjinPolytechnicUniversity,死口nj/n300160)AbstractAinfraredremotecontrolsystemforLEDdimmingispresented.Itssystemcompositionanddesignmethodofhardwareandsoftwarearegiven.TheinfraredinformationiSsentbyaninfraredremotecontroller.ASTC-MCUisusedtoprocesstheinfraredinformationandgeneratePWMsignalwhichcancontroltheintensityoftheLEDlamps.Itprovesthatthissystemisconvenient,reliableandpractical,andsuitableforhouseholdlighting.Keywords:infraredremotecontrol;STCMCU;LED;PWM;dimming1引言红外遥控就是利用红外遥控器产生的红外线作为空间传递遥控信息的媒介,从而实现对被控设备的各种遥控操作,它是一种电能一光能一电能的光控方式.红外遥控便于小型化,成本低,编码调制方法简单,功耗低,不易引起信号串扰,因此被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用.传统的照明灯具采用安装在墙上的机械开关进行控制,使用起来不太方便,而且灯的亮度不可调节.将红外遥控用于照明控制,既解决了黑暗中摸索墙壁开关的麻烦,又解决了房间重新布置时由于开关位置固定所带来的烦恼.本文设计的系统采用红外遥控方式,结合LED光源,并且可以在一定范围内任意调节亮度,既方便又节能.2LED调光系统方案总体设计红外发射器发射红外控制信号,一体化红外接收解调器接收来自红外发射器的红外信号,并对接收到的信号进行放大,检波,整形,直到从载波上解调出基带信号.解调器将解调出的信号传输到单片机,单片机对信号进行解码,然后产生相应占空比的PWM信号,PWM信号通过驱动模块调节LED灯的亮度.图1所示为照明控制系统方案原理框图.第22卷第4期齐春辉等:基于单片机的红外遥控LED调光系统的设计51本系统主要包括三部分:红外发射部分,红外接收控制部分,驱动照明部分.I可LEDJI红外发射器编l程/控1广一体化红外制卜,芯卜,接收解调器驱动模块片图1照明控制系统方案原理框图3系统硬件设计3.1红外发射器红外发射器的功能是完成红外控制信号的编码与发送,由按键的识别,指令编码,信号的调制及红外发射四部分组成.该系统选取PT2248作为构成发送器的芯片.这种芯片最大可用作18路红外遥控系统的编码,只需外接36的矩阵式按键,红外发光二极管及其驱动电路等少量元器件便可完成编码发送的功能.PT2248内部已集成了38kHz的红外载波振荡及相应的数字脉码调制电路,它的编码方式采用脉位调制(PPM),将遥控指令编码成脉冲序列,然后再调制以高频信号,最后以红外光的形式发送出去.其遥控指令的1是以占空比为3/4的正脉冲表示,0则用占空比为1/4的正脉冲表示.红外控制信号的脉冲表示图和红外发射器电路图如图2和图3所示.图2PT2248编码脉冲表不3.2红外接收控制部分3.2.1一体化红外线接收头目前,对于进行了调制的红外线遥控信号,通常采用一体化红外线接收头进行解调.一体化红外线接收头将红外光电二极管(即红外接收传感器),低噪声前置放大器,限幅器,带通滤波器,解调器,以及整形驱动电路等集成在一起,体积小,抗干扰图3红外发射器电路图能力强,使用十分方便.一体化红外线接收头型号很多,本系统使用HS0038,它的响应波长为0.94txm,可以接收载波频率为38kHz的红外线遥控信号,其输出可与微处理器直接接口,应用十分普遍.HS0038对接收到的信号除了进行了放大,限幅,检波,直至得到遥控指令的脉冲信号外,还对解调出的信号进行了整形和反向输出.因此图4所示的脉冲信号才是我们真正需要用单片机自行识别的.1o图4HS0038输出脉冲表示3.2.2STC单片机系统选用宏晶科技生产的STC12C5202PWM单片机,选择这个型号的单片机主要考虑到其具有PWM接口,使程序得到了大大的简化,而且产生的PWM信号可直接与驱动芯片相连,使得这个系统的成本降低很多.接收控制部分的电路图如图5所示,单片机是本系统的控制核心,它的主要工作是对一体化红外接收解调器解调出的信号进行解码,然后判断红外发射器按下的是哪个键,根据按键信息生成相应占空比的PWM信号对LED灯进行调光.3.2.3PWM调光方式LED的调光方式分为模拟调光和PWM调光.采用模拟调光技术时,只需要将白光LED的驱动电流降至最大值的一半,就能让LED亮度减少50%,但是这种方法会使LED色坐标偏移,并且需要采用模拟控制信号,因此使用率一般不高,PWM调光技52照明工程2011年8月图5接收控制部分电路图术时通过改变脉冲电流占空比的方法来调节白光LED的亮度,由于每个脉冲周期内的正向电流保持一致,因而色坐标不会偏移,为确保PWM调光不被人眼察觉,低频调光频率需大于100Hz,采用PWM调光最大的优势在于,PWM恒流输出可有效地缓解负载散热的压力,因此本系统选用PWM调光方式.3.3LED驱动模块由于采用PWM调光的方式,为了减少不必要的外围的电路,选择的驱动芯片可直接由DIM管脚输入PWbl方波.本驱动模块选用LM3407作为驱动芯片,电路图如图6所示.LM3407是一款集成了N沟道功率MOS场效应管的脉冲宽度调制的浮动式降压转换器,其设计是为提供精准的恒定电流输出,以驱动高功率发光二极管(LED).LM3407的显着特色是脉冲电平调制(PLM)控制方案,这一方案在使用一个外部1%精度的电流设定厚膜电阻时,能确保在整个输入电压和工作温度范围内恒定电流输出精度好于10%.转换器的另一个特点是具有一个可接收标准逻辑脉冲,控制LED阵列亮度的DIM图6LED驱动模块电路图恒流源的理想器件.4软件设计软件设计中单片机对每一位码的识别是通过计数器对每一位码的低电平进行计数实现的,在红外接收解调器和单片机之间增加了反相器MC74VHC1GU04,则转换为对高电平的计数.将单片机工作方式寄存器TMOD中GATE位设置为1,GATE为门控制设置位,工作于门控工作方式时,需要用指令提前对TR1置1,这样就具备了启动定时器的条件,只要INT1引脚出现01的跳变,即自动启动计数器计数,当引脚出现10的跳变时,则自动停止计数器计数,计数值就是被测信号的宽度,若计数值为a则判断为编码”0”,若计数值为3a则判断为编码”1”.单片机每识别出一位码后都会将其代表的信息”0”或”1”存人移位寄存器中,当将12码都译出后,单片机按照编码规则判断12位码所代表的信息,就能判断出被按下的是哪个按键,然后执行对应的指令.程序流程图如图7所示图7主程序流程图第22卷第4期齐春辉等:基于单片机的红外遥控LED调光系统的设计53(上接第49页)6结论由于无线通信技术可以不用固定电缆就可以在一个有限距离内进行传送信息,因此应用很方便.本文提出了运用Zigbee无线通信技术进行LED调光的系统,其中LED驱动部分采用美国国家半导体公司的LM3409HV.在Zigbee通信部分,本文提出通过改变通信的数据串格式就可以从单片机外围的拨码开关进行自主定义接收部分的地址.在LED驱动部分,所选择的LM3409HV采用的是恒关断时间(COFT)的PWM控制方式,实验结果表明,这种调光技术可对LED进行准确的恒流控制.整个调光系统操作简单,方便.今后,可以通过增加路由器或者叶节点的个数,对不同的LED串进行调光控制,通过自定义地址,既可以对其进行统一控制,还可以进行点对点的单独控制,是一种很有前景的调光控制系统.参考文献1宋适,刘廷章,艾叶,许炜.基于AVR单片机的LED自适应调光系统J.电气自动化.2009,31(1):33352王海涛,朱兆优.基于Zigbee的LED节能街灯控制系统J.东华理工大学.2009,32(4):3943963PrathyushaNarra,Zinger,D.S.AneffectiveLED456dimmingapproachC.IndustryapplicationsConference,2004NationalSemiconductorLM3409/LM3409HVPFETBuckControllerforHighPowerLEDDriversR.June12,2009HolleyGroup.20ZigbeeModuleHTMDLZEM一2400021一AV1.3.0R.June10,2008HolleyGroup.ATCommandsUsersManual(V3.1.1b)R.September4,2008沉痛悼念王大珩院士沉痛悼念中国照明学会第一届名誉理事长王大珩院士.王大珩院士曾担任中国照明学会第一届名誉理事长,是”两弹一星功勋奖章获得者,中国科学院院士,中国工程院院士,国际宇航科学院院士,着名光学家,我国近代光学工程的重要学术奠基人,开拓者和组织领导者.2011年7月21日13时02分在北京因病逝世,享年96岁.沉痛悼念中国照明学会