“遥控调光灯”设计与总结报告

2011年校电子设计大赛遥控调光灯的设计技术报告学校： 滨州学院 专业： 电子信息科学与技术 作者： 日期： 2011年4月27日 目录摘要：31.系统的结构及功能介绍41.1 系统设计任务与要求41.2系统创新41.3系统结构介绍41.4系统的工作原理51.4.1 红外线遥控原理51.4.2 灯光控制器51.4.3液晶显示51.5 系统设计方案论证61.5.1 从机设计方案61.5.2 主机设计方案61.5.3液晶显示设计方案61.6 系统设计方案选定71.6.1 从机方案选定71.6.2 主机方案选定71.6.3 液晶显示方案选定72.系统硬件电路设计72.1 从机红外遥控单元的电路设计72.2 主机控制单元电路设计83.系统软件设计93.1 从机遥控功能软件流程图93.2 主机控制功能软件流程图104.设计总结12参考文献：12附录：12附录1 电路图纸12附录2 主要程序清单（详见附件）13摘要：本文主要介绍了遥控调光灯的基本原理和硬件电路设计，由主机和遥控从机两部分组成。本系统基于红外线无线遥感技术，以高亮度LED灯为光源，以TC9012芯片为从机的核心器件实现红外线远程控制，以AT89S52单片机作为主机的核心器件主要负责调光，采用PWM节能法来实现对LED灯启停、亮度等多种工作状态进行快速而准确地控制，同时主机带有液晶显示和独立按键，能够实时反应灯的状态和在从机失效时能够独立工作。电路结构简单、成本低、操作方便、遥控距离在8m左右。关键字：红外线遥控，节能环保，LED灯，PWM节能法Abstract:This article mainly introduced the remote dimmer basic principle and hardware circuit design, by host and remote control two parts from the machine. This system based on infrared wireless remote sensing technique, with high brightness LED lights for the light source, with TC9012 chips for the core components from machine to realize remote control, infrared AT89S52 SCM as host of the core device is mainly responsible for the dimmer, adopt PWM energy saving method to achieve LED lamp start-stop, brightness and so on many kinds of working condition for rapid and accurate control, and with an LCD display and independent host buttons, can real-time response from the state and the lamp of failure. Independent work machine Circuit is simple in structure, low cost, convenient operation, remote distance in about 8m.Key word: infrared wireless remote control, energy conservation and environmental protection, LED lamp, PWM energy saving method1.系统的结构及功能介绍1.1 系统设计任务与要求1、以高亮度LED为光源，以单片机为主控芯片；2、系统分为主机和遥控从机，主机负责调光，从机负责远程控制，采用红外遥控的方法；3、遥控从机上要有四个按键，按键1，是开关，按一下灯开，再按灯关；按键2，是低亮度；按键3，是中亮度，按键4，是高亮度。4、主机也有调光功能，通过旋转亮度旋钮可以任意调节光的亮度。1.2系统创新1、主机带有液晶显示模块，能够实时反应灯的状态。2、主机带有独立按键，能够在从机失效时独立完成工作。1.3系统结构介绍遥控调光灯的设计，主要分成两个部分：从机和主机。从机以TC9012芯片为控制核心，通过按键控制红外遥控的方法来远程控制LED灯的开关和亮度级别；主机以AT89S52单片机为核心，当接收到从机的命令后，处理数据而用不同指令来控制高亮度LED灯（下文统一称为LED灯）的不同亮度级别,同时液晶会显示灯的状态。主机也有调光功能，通过旋转亮度旋钮可以任意调节光的亮度，通过主机上的按键也可以控制LED灯的开关和亮度级别，还控制其他的装置实现不同的功能。系统结构框图如图1所示。 VCC从机按键GNDVCC主机按键控制LED灯亮度液晶显示工作指示灯LED亮度控制旋钮工作指示灯图1 系统结构框图1.4系统的工作原理1.4.1 红外线遥控原理红外线遥控通常是将受控信号（二进制脉冲码）调制在38kHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。红外接收管是一种特殊材料的PN结。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度（红外解码）。当接收到从机的指令后，采用不同占空比的PWM来控制LED灯。1.4.2 灯光控制器 1、旋钮控制LED灯亮度通过主机上的LED亮度控制旋钮控制LED灯的亮度。当旋钮转动时，其电阻值改变，从而引起旋钮两端的电压值发生改变，由于滑动变阻器并联在LED两端，所以LED两端的电压也会随之变化，从而实现到控制LED灯亮度的效果。2、按键控制LED灯亮度通过主机上的按键也能控制LED灯。按下不同的按键，单片机根据采集到的不同数据而输出不同的PWM，从而控制LED灯的亮度。1.4.3液晶显示当灯的亮度改变时，单片机会给液晶发送当前灯的状态信息，从而可以使液晶实时反映灯的状态。1.5 系统设计方案论证1.5.1 从机设计方案方案一：蓝牙通信:蓝牙主要用于短距离传输，芯片价格一直偏高。方案二：用单片机直接进行红外编码发射，都采用软件编程实现，但编程相对复杂。方案三：TC9012芯片为专用红外线编码发射芯片，可以有32用专用芯片进行红外线的发射个不同的编码，芯片内部已有固定的编码，外部元件只要一个455KHz的晶振和两片瓷片电容，上电后即可工作，价格便宜，别广泛的应用于电视机，DVD，空调的遥控器中，性能十分稳定。1.5.2 主机设计方案方案一：ATMEGA16L单片机。采用单片机进行红外线解码，直接在单片机内部进行数据处理，产生不同的PWM对LED灯进行控制。ATMEGA16L自带A/D转换功能，可以直接采集亮度调节旋钮两端的电压，处理成不同的数据，然后对LED灯进行PWM方式控制亮度，单芯片价格相对较高。方案二： 以LPC2138 为主控芯片:其本身自带A/D转换功能，带大容量的32KRAM和512KFLASH ,内部资源丰富且系统稳定，芯片价格十分昂贵。 方案三：AT89S52单片机+专用红外解码芯片+。SN2501为专用红外线解码芯片，专用芯片有固定的解码方式，外部元件只要一个4M晶振和两片瓷片电容，上电后即可工作。将解码数据输送到AT89S52单片机中进行处理，然后对LED灯进行PWM方式控制亮度。主机上的亮度调节旋钮调节LED两端电压，实现控制LED亮度的目的。方案四：AT89S52单片机+软件解码。将接收到的红外信号用软件进行解码，解码后数据输送到AT89S52单片机中进行处理，然后对LED灯进行PWM方式控制亮度。主机上的亮度调节旋钮调节LED两端电压，实现控制LED亮度的目的。1.5.3液晶显示设计方案方案一：用12684液晶，显示图案多，但价格相对较高。方案二：用1602液晶，图案虽不多，但价格相对便宜。1.6 系统设计方案选定权衡各方案的利弊并结合本次大赛主题“环保、节能、成本控制”综合考虑后，方案确定如下：1.6.1 从机方案选定系统采用方案三，用TC9012芯片直接进行红外编码发射。芯片购买比较容易。红外线发射载波相对稳定。1.6.2 主机方案选定系统采用方案四，AT89S52单片机，直接用外部中断端口连接红外线接收头，通过软件解码，解码相对简单。1.6.3 液晶显示方案选定 系统采用1602液晶，显示图案可以满足要求，还价格便宜，降低成本。2.系统硬件电路设计2.1 从机红外遥控单元的电路设计从机主要的功能是实现红外线远程控制LED灯的开关及亮度级别。从机的硬件电路结构简单，功能的实现靠TC9012芯片的固定编码用红外发射管发射实现。硬件电路主要由TC9012芯片、按键和红外发射管组成，其原理图如图2所示。图2 从机电路原理框图从机通过按键给TC9012芯片命令，芯片接收到不同的按键指令，从而使芯片通过红外线发送不同的指令编码。按键主要设有：LED灯的开/关、低亮度控制、中亮度控制、高亮度控制。2.2 主机控制单元电路设计主机主要是对LED灯的控制作用，通过产生不同的PWM脉宽信号传送给LED灯，LED灯就会产生不同的亮度变化。主机硬件电路的设计简易而又可以完成特定的功能，其原理框图如图3所示。电路原理图如附录A图所示。 51单片机 最小系统红外线接收头4*1按键LED亮度控制旋钮控制LED灯亮度工作指示灯液晶显示图3 主机电路原理框图主机上可分为几个部分:1、主机通过红外接收头接收从机的红外线编码调制脉冲，AT89S52单片机直接与红外接收头相连接，通过内部软件将红外线调制脉冲进行解码，得到不同的指令数据，从而执行不同的操作；2、主机上还有功能按键与单片机相连，可以通过按键直接控制主机进行操作；3、通过液晶显示可以实时反映出灯的状态。4、主机还可以通过调节LED亮度控制旋钮，来直接改变灯的亮度。3.系统软件设计3.1 从机遥控功能软件流程图在从机遥控工作过程中，当检测到有按键按下时，TC9012芯片判断是哪个按键按下的，从而发送不同的编码。TC9012芯片工作控制流程图如图4所示。在流程图中的低级显示、中级显示和高级显示是从机传输给主机的红外线编码控制LED灯的显示低、中和高亮度级别。NYNY开始有按键按下吗？LED灯开/关低亮度中亮度高亮度LED灯关LED灯开低级显示中级显示高级显示红外线编码发射LED开吗？返回图4 从机遥控功能流程图3.2 主机控制功能软件流程图主机采用AT89S52单片机，内部功能强大。红外接收头接收到数据时，通过单片机外部中断端口向单片机传送数据。主机上的红外接收和按键同时扫描，只要一有指令输入时，单片机就会做出判断，执行相应的功能。其工作流程图如图5所示。流程图中的，低级亮度、中级亮度、高级亮度分别是对LED灯执行低、中、高亮度级别显示，逐步显示为亮度旋钮的任意调光，显示低级显示、中级显示、高级显示分别是液晶对灯的状态显示。YNYNYN判断是否接收到红外线开始系统初始化，设置中断收到哪个键值扫描指令输入判断执行指令判断执行指令开/关控制低亮度中亮度高亮度手动调节亮度LED灯是开？LED灯关LED灯开低级显示中级显示高级显示返回图5 主机控制功能流程图4.设计总结本系统主要以单片机AT89S52和TC9012芯片为主要控制芯片，采用红外发射头发射信号和红外接收管接收信号，并运用PWM技术实现灯的亮度调节。在设计过程中力求硬件电路简单，充分发挥软件设计的优势编程灵活方便来满足系统的要求。在作品的制作当中，遇到的主要困难是红外线的解码，遥控固定编码脉冲信号采用ppm码，ppm码通常包括三大部分，即引导码（起始码）、系统码（即识别码，用户码或设备码）、功能码（键位数据码）和功能码反码。解码的困难主要体现在了接收到所有码后，从中提取出有用的数据码进行处理分析。因此，单片机解码程序较难编写。参考文献：【1】 模拟电子线路基础，华成英、童诗白著，北京：高等教育出版社，2006年；【2】 数字电子技术基础，康华光著，北京：高等教育出版社，2005年；【3】 通信电子线路基础，严国萍、周龙占著，北京：科学出版社，2006年；【4】 单片机基础，李广弟、朱月秀、王秀山著，北京：北京航空航天大学出版社，2001年；【5】 51单片机C语言高级程序设计，周兴华著，北京：中国电力出版社，2008年；【6】 热红外遥感，田国良著，北京: 电子工业出版社, 2006年。附录：附录1 电路图纸图A 主机电路原理框图附录2 主要程序清单（详见附件）#include#define unit unsigned int#define uchar unsigned charsbit led1=P00;sbit led2=P02;sbit pwm=P01;sbit k1=P03;sbit k2=P04;sbit k3=P05;sbit k4=P06;sbit lcdrs=P36;sbit lcden=P37;sbit wr=P33;sbit rd=P35;sbit cs=P34;/sbit addate=P2;uchar code table=XIAN SHI;uchar code table1=CLOSE LED;uchar code table2=ZHONG LIANG;uchar code table3=GAO LIANG;uchar code table4=DI LIANG;uchar startflag,bitnum,irreceok,num;uchar irtime,m,n,a,b;uchar irdata33;uchar ircode4;uchar irprosok;uchar disp8;void delay(uchar z) uchar x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void timer0init(void);void panduan(void);void write_data(uchar date);void write_com(uchar com);void anjian(void);void main()led1=0; 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