【毕设论文】室内灯光亮度控制系统设计

毕业设计题目室内灯光亮度控制系统设计学生樊亚瑞学号20110311104院（系）职业教育师范学院专业电子信息工程指导教师李颀2015年6月6日陕西科技大学毕业设计（论文）任务书职业教育师范学院电子信息工程专业111班级学生樊亚瑞题目室内灯光亮度控制系统设计毕业设计（论文）从2015年3月6日起到2015年5月25日课题的意义及培养目标随着社会经济与科技的迅猛发展以及水平的日渐提高，人们对于智能家居的需求越来越高，灯光照明作为作为人民生活必不可少的一部分，正在逐渐成为智能家居的研究热点之一。基于蓝牙技术，以低成本的近距离无线通信方式为室内灯光控制提供很好的解决方案，通过上位机的操作实现对灯光开关和亮度调节，不仅可以解决无法远距离控制灯光的问题，并且可以让人们充分享受到现代科技为生活带来的便利。课题的主要任务（需附有技术指标分析）1）熟悉室内灯光控制系统的实现原理；2）蓝牙技术应用；3）单片机的选择；4）PCB绘制；5）继电器控制白炽灯；6）系统上位机编程。设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）周次设计（论文）任务及要求12查阅有关资料和书籍，完成开题报告35根据室内灯光控制系统设计要求，完成整体硬件设计67系统软件编程，完成蓝牙控制灯光亮度功能调试819软硬件综合调试，实现上位机通过蓝牙控制灯光亮度1011完善软件及硬件系统，论文初稿准备12整理论文资料，准备答辩学生签名日期指导教师日期教研室主任日期室内灯光亮度控制系统设计摘要灯光亮度的控制系统设计是现代家居构成智能住宅系统的一部分，由于信息技术的大力普及和应用，极大的推动了家居的智能化建设的进程，更为家居智能化提供了可靠的技术保障，实施起来更加的简捷。智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化、个性化的独特魅力，它对于改善现代人类的生活质量，创造舒适、安全、便利的生活空间有着非常重要的意义。本论文是用蓝牙知识控制室内的灯光亮度，是一种LED灯控制系统，一种室内LED灯光蓝牙控制系统。包括电源模块、LED灯组和手持终端，所述电源模块用于给所述LED灯组供电；所述LED灯组的各个LED灯的驱动器上均集成有蓝牙信号接收模块，用于接收所述手持终端发送的控制信号，控制各LED灯的开关和亮度；所述手持终端上安装有蓝牙信号发送模块，用于根据用户的指令向所述LED灯组发送控制信号。本发明的技术方案采用了蓝牙模块对室内LED系统进行控制，用户可采用触摸或语音的方式控制各个LED灯的开关或亮度，控制方法简单、操作方便有趣，使得家庭照明系统更绿色环保，舒适和智能。论文首先介绍了系统的研究内容，并通过比较分析确定最终方案。接着分模块介绍各个电路的相关原理及在本系统中的运用，最终进行软件调试并实现相关功能。关键词灯光亮度，蓝牙模块，单片机CONTROLSYSTEMDESIGNOFINDOORLIGHTINGBRIGHTNESSABSTRACTTHECONTROLSYSTEMDESIGNOFLIGHTINGBRIGHTNESSISAPARTOFMODERNHOMEFURNISHINGCOMPOSINGINTELLIGENTRESIDENTIALSYSTEM,ALLINVENTIONSANDCREATIONSARETOMAKEHUMANSLIFEMORECONVENIENTANDCOMFORTABLEDUETOTHESTRONGPOPULARITYANDAPPLICATIONOFTHEINFORMATIONTECHNOLOGYGREATLYPROMOTESTHEPROCESSOFTHEINTELLIGENTHOMEFURNISHINGCONSTRUCTION,EVENPROVIDESARELIABLETECHNICALSUPPORTFORINTELLIGENTHOMEFURNISHING,LETITSIMPLEMENTBECOMEMORESIMPLEINTELLIGENTHOMEFURNISHINGSYSTEMHASITSOWNUNIQUECHARMOFSAFETY,CONVENIENCE,EFFICIENCY,SHORTCUT,INTELLIGENCEANDPERSONALITYITHASAVERYIMPORTANTSIGNIFICANCEFORIMPROVINGTHEQUALITYOFMODERNHUMANSLIFEANDCREATINGACOMFORTABLE,SAFEANDCONVENIENTLIVINGSPACETHESYSTEMDESIGNISTOCONTROLTHEINDOORLIGHTINGBRIGHTNESSACCORDINGTOBLUETOOTHKNOWLEDGE,ANDTHEINVENTIONALSORELATESTOANLEDLAMPCONTROLSYSTEM,ESPECIALLYRELATESTOAKINDOFINDOORLEDLIGHTINGBRIGHTNESSBLUETOOTHCONTROLSYSTEM,WHICHINCLUDESPOWERMODULE,LEDLAMPGROUPANDHANDHELDTERMINALSTHEINVOLVEDPOWERMODULEINTHEESSAYISMAINLYTOSUPPLYFORTHELEDLAMPGROUPEACHLEDLAMPDRIVEOFTHELEDLAMPGROUPINVOLVEDISINTEGRATEDWITHBLUETOOTHSIGNALRECEIVINGMODULE,WHOSEAIMISFORRECEIVINGTHECONTROLSIGNALSSENTBYTHEHANDHELDTERMINALINVOLVED,ANDCONTROLTHESWITCHESANDBRIGHTNESSOFEACHLEDLAMPTHEINVOLVEDHANDHELDTERMINALEQUIPPEDWITHBLUETOOTHSIGNALTRANSMITTINGMODULEISAPPLIEDFORSENDINGCONTROLSIGNALACCORDINGTOTHEINSTRUCTIONSFROMTHEUSERSTOTHELEDLAMPGROUPTHETECHNICALPROPOSALOFTHEINVENTIONWASADOPTTEDTHEBLUETOOTHMODULETOCONTROLTHEINDOORLEDSYSTEM,THEUSERCANCONTROLTHESWITCHESORBRIGHTNESSOFEACHLEDLAMPBYUSINGTHEWAYOFTOUCHORVOICE,WHICHMAKESTHECONTROLMETHODMORESIMPLEANDTHEOPERATIONBECOMEMORECONVENIENTANDINTERESTING,WHICHALSOLETSHOMELIGHTINGSYSTEMBECOMEMOREGREEN,ENVIRONMENTAL,COMFORTABLEANDINTELLIGENTTHISPAPERFIRSTLYINTRODUCESTHERESEARCHCONTENTOFTHESYSTEM,ANDDETERMINESTHEFINALSCHEMETHROUGHCOMPARATIVEANALYSISTHENUSINGSUBMODULETOINTRODUCETHERELEVANTPRINCIPLESOFEACHCIRCUITANDITSAPPLICATIONINTHESYSTEM,INTHEENDSOFTWAREWILLBEDEBUGGEDANDRELEVANTRELATEDFUNCTIONSALSOWILLBEREALIZEDINTHISSYSTEMKEYWORDSLIGHTBRIGHTNESS,BLUETOOTHMODULE,MCU目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题背景及意义1111课题背景1112研究意义112国内外发展与现状113研究内容22室内灯光亮度控制系统设计方案321系统总体设计方案322有线技术和无线技术的介绍3221有线技术的分类3222无线技术的分类423无线技术的比较6231ZIGBEE技术的特点6232蓝牙技术的特点724总体确定系统方案725系统方案模块的选择83室内灯光亮度控制系统设计原理1031系统总体设计原理1032微控制器介绍10321微控制器的作用10322STC15L2K60S2的介绍及引脚定义10323STC15L2K60S2的相应寄存器介绍1333蓝牙模快介绍15331蓝牙应用介绍15332蓝牙20型号HC06介绍16333蓝牙串口桥接模式17334蓝牙连接原理图1734双向可控硅19341MAC97A6的作用及概念19342MAC97A6工作原理2035继电器21351继电器的概念以及作用21352继电器的分类21353继电器的工作原理224室内灯光亮度控制系统硬件设计2341硬件的整体设计2342电源过零点检测方法2343蓝牙模块接口的设计2544按键控制模块设计2645微处理器模块最小系统实现275基于室内灯光亮度系统软件设计2951ALTIUMDESIGNER的介绍2952软件设计30521程序流程图设计3053本章小结316系统实物制作3261PCB的介绍3262PCB的设计3263系统的调试3364本章小结337总结3471结论3472展望34致谢35附录基于室内灯光亮度控制系统原理图36附录基于室内灯光亮度控制系统硬件实现仿真图38附录基于室内灯光亮度控制系统程序代码391绪论11课题背景及意义111课题背景灯光亮度控制作为现代智能家居的一个重要组成部分，在现代生活中有重要的应用及研究价值。在现实的生产生活中，人们对居住环境的要求逐渐提高，因此就有必要提出新的方案来控制灯光的亮度。现在有用单片机控制灯的亮度，同时也有ZIGBEE控制灯的亮度，但是考虑到价格的实惠我们选用以蓝牙控制灯的亮度，以较低的硬件成本实现具有明显的操作效果。112研究意义智能家居系统可以提供智能控制方案，是家庭主人公在处理家务方面既快捷又省力还提供舒适健康的环境，可以监视室内的温度和湿度，达到人工模拟的大自然气息，由于信息技术的大力普及和应用，极大推动了家居智能化建设的进程，更为家居智能化提供了可靠的技术保障，实施起来更加的容易和简捷。它对于改善现代人类的生活质量，创造舒适，安全便利的生活空间有着重要的作用。在家居工作学习的各个环境中，我们使用的光源均为固定瓦数的，提供固定光强电灯，我们设计的灯光调节能给人提供“绿色光源”，这种调节器能真正意义上达到自动调节光强的目的，让家内造成稳定光强，减少经常开关灯的不适合，又解决了电灯的耗能以及影响视力问题，此灯成本低，让人们生活在自己随心所欲的控制光环境下，满足了工作/学习及家居对光的要求。12国内外发展与现状自从世界上第一个智能建筑1984年在美国出现后，美国加拿大欧洲澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居照明方案，在智能家居发展过程中，美国一直处于领先水平。微软开发的“梦幻之家”，IBM公司开发的“家庭主任”,3COM公司也一直在通过因特网向用户宣传智能家居这一概念，并正在研发家用无线网关等网络产品。此外IOTEL公司，托马杜多媒体公司，日本松下电器公司。新加坡科技电子公司，韩国三星公司等知名企业也正致予智能家居系统的研发工作，在国外各大企业研发智能家居产品的同时，国内厂商也已开始智能家居产品的研发和生产，特别是一些大型企业利用自身在资金与技术方面的优势，在低端产品市场上占据了相当重要的地位，例如上海五艾智能系统有限公司，北京德达创先科技集团。总体来说，国内智能家居产品的研发从上世纪九十年代后期才起步，起步较晚，在整体水平上参差不齐，软件功能较差，升级能力差，系统也不易维护，而且大都采用了有线通信技术，系统设计，布线成本较高，基于无线通信技术的智能家居系统目前还处于试验阶段。13研究内容（1）基本要求基于蓝牙技术，以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动通信环境建立了一个接入点，可以替代电缆连接实现设备之间的无线组网。将蓝牙知识应用于照明灯光控制，实现人与照明灯光的信息交互，是一个创新的尝试，并且将逐渐发展成为智能家居的研究热点，操作简单继而实现对灯光开关、亮度调节或实现各种灯光情节的交换组合系统，解决无法远距离控制灯光问题，并能让人们充分享受到现代科技带来的轻松，舒适、愉悦的新生活。（2）基本原理本设计是一种LED灯控制系统，特别是一种室内LED灯光蓝牙控制系统。包括电源模块、LED灯组和手持终端，所述电源模块用于给所述的LED灯组供电；所述LED灯组的各个LED灯的驱动器上均集成有蓝牙信号接收模块，用于接收所述手持终端发送的控制信号，控制各LED灯的开关和亮度；所持手持终端上安装有蓝牙信号发送模块，用于根据用户的指令向所述LED灯组发送控制信号。本论文的技术方案采用了蓝牙模块对室内LED系统进行控制，用户可采用触摸或语音方式控制各个LED灯的开关和亮度，控制方法简单、操作方便有趣，使得家庭照明系统绿色化。2室内灯光亮度控制系统设计方案21系统总体设计方案在日常生活中，我们常常需要对灯光的亮度进行调节。本调光控制器通过单片机控制双向可控硅的导通来实现白炽灯纯阻负载亮度的调整。双向可控硅的特点是导通后即使触发信号去掉，它仍将保持导通；当负载电流为零交流电压过零点时，它会自动关断。所以需要在交流电的每个半波期间都要产生触发信号，触发信号产生时间的长短（触发角的大小）就决定了灯泡的亮度。调光的实现方式就是在交流电源信号过零点后一段时间触发双向可控硅开关的导通，称这段时间为双向可控硅的触发角。触发角越大，导通时间越长，可控硅导通的时间越短，灯的亮度就越低；反之，灯就越亮。这就要求确定交流电源同步信号的过零点，并以此为基础，控制触发信号触发角的大小，达到白炽灯亮度调节的目的。本系统结构主要分为应用服务层、网络传输层、感知控制层。网络服务层包括应用服务层与无线通信模块的通信，无线通信模块与单片机的通信，以及单片机与各继电器的通信，这部分是控制系统的主机或单控单元；感知控制层包括控制开关及其安装连接部分。网络传输层和感知控制层功能通过控制电路板实现。控制部分为了便于灵活设计，选择可多次写入的可编程器件，本设计方案中选用的是ATMEL公司生产的AT89C51单片机。驱动部分由于驱动的对象是交流负载，且为了实现连续调节的目的，本电路中采用了无触点开关元件双向可控硅。双向可控硅能够对交流电源的导通进行无触点连续控制，以小电流控制大电流，且动作快、寿命长、可靠性高。负载部分本电路的负载是白炽灯纯阻负载。22有线技术和无线技术的介绍221有线技术的分类有线传输，顾名思义，就是以光电信号通过光缆、电缆等传输介质实现信息传送的传输方式。一般有线传输系统包括信息终端、信道终端、信号处理和有线信道四大部分。（A架空明线传输是在电线杆上架一对或多对导线，一对导线就构成了一个信道。这种信道的频带低端一般在300HZ左右，高端根据线径尺寸、间距大小不同而不同，一般在1MHZ左右。这种信道可以用来传输单路电话或多路载波，也可以用来传输数据，电报或传真业务。由于传输速率低，传输距离近，架空明线现在已很少应用。（B平衡电缆绞合电缆传输平衡电缆也叫对称电缆，可分为低频对称电缆和高频对称电缆两大类。低频对称电缆如市话电缆，它的频带较窄，一般一个信道只能通一路电话。高频对称电缆如双绞线，双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种，屏蔽双绞线由于笨重且价格高已很少应用，非屏蔽双绞线分两个等级，3类双绞线速率可以用到10MBS以上，5类双绞线可达100MBS。随着新型导线材料的发现，平衡电缆传输技术也将有一定发展前景。（C同轴电缆传输同轴电缆是以一根铜线作芯线外包一个同轴铜管或铜网以代替电缆的另一条铜线来组成一个信道。这样，电磁波基本上在同轴内部传输，很好地减弱了干扰的进入。同轴电缆的频带很宽，高端可以到十几GHZ，广泛应用于信号馈线和电视信号传输。同轴电缆传输将是一种不可或缺的有线传输方式。（D光纤传输以光导纤维作传输介质的信道。光纤传输是目前各大骨干网的主要传输手段，具有带宽高、通信容量大；抗干扰能力强、保密性好通信质量好；重量轻、尺寸小原料充足、造价低；信道是数字信道等特点，是有线传输技术的主要发展方向。222无线技术的分类随着通信事业的高速发展，无线网进入了一个新的天地，其有标准作基础，功能强，轻易安装，组网灵活，即插即用的网络连接，可移动性等优点，提供了不受限制的应用。网络治理人员可以迅速而轻易地将它加入到现有的网络中运行。无线数据通信已逐渐成为一种重要的通信方式。总之，无线数据通信不仅可以作为有线数据通信的补充及延伸，而且还可以与有线网络环境互为备份。在某种非凡环境下，无线通信是主要的甚至唯一的可行的通信方式。从通信方式上考虑，多元化通信方式是现代化通信网络的重要特征。下面我们将从传输方式、网络拓扑、网络接口等几个方面来描述无线网的特点。（A传输方式传输方式涉及无线网采用的传输媒体、选择的频段及调制方式。目前无线网采用的传输媒体主要有两种，即无线电波与红外线。在采用无线电波做为传输媒体的无线网依调制方式不同，又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。扩展频谱方式在扩展频谱方式展频谱方式中，数据基带信号的频谱被扩展至几倍几十倍后再被搬移至射频发射出去。这一作法虽然牺牲了频带带宽，却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。由于单位频带内的功率降低，对其它电子设备的干扰也减小了。采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择所谓ISM频段，这里ISM分别取于INDUSTRIAL、SCIENTIFIC及MEDICAL的第一个字母。许多工业、科研和医疗设备辐射的能量集中于该频段，例如美国ISM频段由902MHZ928MHZ，24GHZ248GHZ，5725GHZ5850GHZ三个频段组成。假如发射功率及带宽辐射满足美国联邦通信委员会（FCC）的要求，则无须向FCC提出专门的申请即可使用ISM频段。窄带调制方式在窄带调制方式中，数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直接搬移到射频发射出去。与扩展频谱方式相比，窄带调制方式占用频带少，频带利用率高。采用窄带调制方式的无线局域网一般选用专用频段，需要经过国家无线电治理部门的许可方可使用。当然，也可选用ISM频段，这样可免去向无线电治理委员会申请。但带来的问题是，当临近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时，会严重影响通信质量，通信的可靠性无法得到保障。红外线方式基于红外线的传输技术最近几年有了很大发展。目前广泛使用的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。做为无线局域网的传输方式，红外线的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰，且红外线的使用不受国家无线电治理委员会的限制。然而，红外线对非透明物体的透过性极差，这导致传输距离受限。（B网络拓扑无线局域网的扩扑结构可归结为两类无中心或对等式（PEERTOPEER）拓扑和有中心（HUBBASED）拓扑。无中心拓扑无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直接通信。采用这种拓扑结构的网络一般是用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道，而信道接入控制（MAC）协议大多采用CSMA（载波监测多址接入）类型的多址接入协议。这种结构的优点是网络抗毁性好、建网轻易、且费用较低。但当网中用户数（站点数）过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。并且为了满足任意两个站点可直接通信，网络中站点布局受环境限制较大。因此这种拓扑结构适用于用户相对减少的工作群网络规模。有中心拓扑在中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。这样，当网络业务量增大时网络吞吐性能及网络时延性能的而恶化并不剧烈。由于每个站点只需在中心站覆盖范围之内就可与其它站点通信，故网络中点站布局受环境限制亦小。此外，中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑接入点。有中心网络拓扑结构的弱点是抗毁性差，中心点的故障轻易导致整个网络瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。在实际应用中，无线网往往与有线主干网络结合起来使用。这时，中心站点充当无线网与有线主干网的转接器。（C网络接口这涉及无线网中站点从哪一层接入网络系统。一般来讲，网络接口可以选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层。所谓物理层接口指使用无线信道替代通常的有线信道，而物理层以上各层不变。这样做的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可不做任何修改。这种接口放式在使用时一般做为有线网的集线器和无线转发器以实现有线局域网间互连或扩大有线局域网的覆盖面积。另一种接口方法是从数据链路层接入网络。这种接口方法并不沿用有线局域网的MCA协议，而采用更适合无线传输环境的MAC协议。在实现时，MAC层及其及其以下层对上层是透明的,配置相应的驱动程序来完成域上层的接口,这样可保证现有的有线局域网操作系统或应用软件可在无线局域网上正常运转。目前，大部分无线局域网厂商都采用数据链路层接口方法。23无线技术的比较231ZIGBEE技术的特点ZIGBEE技术是一种先进的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、高可靠性、高安全性的双向无线通信技术，其基础是IEEE802154国际标准协议。目前在世界范围内，ZIGBEE技术已经在医疗、农业、汽车、通讯、电力、智能化控制多种行业中获得了广泛的应用。（A数据传输速率低最大是250K字节/秒，专注于低传输速率应用；（B功耗低其工作功耗远小于WIFI的工作功耗；（C抗干扰性强在低信噪比的环境下，ZIGBEE具有很强的抗干扰性能；在相同的环境中，ZIGBEE抗干扰性能远远好于蓝牙和WIFI；（D成本低因为ZIGBEE数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且ZIGBEE协议免收专利费；时延短通常时延都在15毫秒至30毫秒之间；（E高安全性ZIGBEE提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES128，同时可以灵活确定其安全属性；（F高可靠性ZIGBEE在物理层和通信协议设计上保证了通信的高可靠性，这点对高要求的工业级应用非常重要；（G网络容量大每个ZIGBEE网络最多可支持65535个设备，也就是说，每个ZIGBEE设备可以与另外65535台设备相连接；（H优良的网络拓扑能力ZIGBEE具有星型、树型和网格网络的拓扑结构，并且ZIGBEE无线网路具有自组织和自愈的能力；（I有效范围灵活、布网容易ZIGBEE网络有效覆盖范围从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定。另外，通过ZIGBEE无线路由器极大降低了ZIGBEE网络布网及调试的难度和时间，并消除了无线通信死角；（J工作频段灵活使用的频段分别为24GHZ全球、868MHZ欧洲及915MHZ美国，均为免执照频段。232蓝牙技术的特点（A）全球范围使用（B）同时可以传输语音和数据（C）可以建立临时性的对等连接（D）具有良好的抗干扰能力（E）蓝牙模块体积很小，便于集成（F）低功耗（G）开放的接口标准（H）成本低24总体确定系统方案目前利用普通开关来控制电灯开关以及亮度的方法使人们的生活出现不方便、不安全、控制地点少，综合以上几种方案的比较，蓝牙无线技术实际上是一种短距离无线通信技术，蓝牙技术使现代一些易携带的移动通信设备和电脑设备不必借助电缆就能联网，应用范围广，可以组成一个巨大的无线通信网络，再加上蓝牙的价格比较便宜，稳定所以最终方案决定为用蓝牙控制室内灯光的亮度。调光控制有很多种，如按键进行控制、无线红外遥控、手机蓝牙控制等。现对这三种方案进行比较论证。方案一按键控制按键控制具有结构简单、使用方便、成本低等优点。但是按键对位置比较敏感，同时也存在使用寿命的问题，不易于操作。方案二无线红外遥控红外遥控利用红外线进行信息通信的一种遥控方式，红外遥控拥有抗干扰、结构简单、编码简单、小功率、价格便宜等优点，当前几乎全部的视频和音频设备都支持这种无线控制方法。由于驱动LED的开关恒流源电路的工作频率比较高，一般在几十KHZ以上，造成的工作电压起伏会影响对光源负载输出的纹波大小，虽然电路对输出电流进行了滤波处理，但红外接收头和光源的距离较近，残留的纹波会使LED仍然会对红外接收头造成信号的干扰，现象为光源打开后红外接收头的灵敏度会明显降低，甚至会出现红外遥控光源易开不易关。而且红外遥控的脉冲副载波信号大部分都在38KHZ左右，光源对红外接收有很大的干扰，造成工作状态时红外接受信号的困难。同时使用的时候需要在灯具上钻开一个放置红外接收头的小圆孔，遥控时候需要对准，同时也影响到了灯具的美观。另外，红外遥控器虽然提供了无线控制的方便性，但家里有各种家电遥控器，如果灯具再加个红外遥控器，就会造成遥控器太多而不容易分辨的问题。方案三手机蓝牙控制目前国人基本都使用上了智能化手机，这些手机里面基本自带有蓝牙通信模块。而且在手机界面上对灯光进行控制有很好的界面效果。在有效范围内不受到障碍物的影响，同时也不存在因遥控多而混淆的问题。也不会因为遥控器电池没电而苦恼。不受到个体的影响，只要是手机带有蓝牙功能，都可以使用APP来对灯光系统进行控制。节约能源。在一对一/多的点对点通信方面有着很大的优势。基于这些原因，本设计采用蓝牙模块来对灯光系统进行智能化控制25系统方案模块的选择（1）微控制器的选择单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个最小系统。STC15L2K60S2单片机具有片内的大量容量，超级加密以及超强抗干扰，高温度范围以及不怕电源的抖动，超低的耗能，可彻底省掉外部昂贵的复位电路，内部集成高可靠复位电路，因此我们选用此单片机。2蓝牙模块的选择蓝牙模块的选择要从它的功能及引脚来确定，蓝牙BLUETOOTH作为一种比较成熟的短距离无线传输技术，引领着3G时代的通信潮流。目前其已经渗透到通信、工业、教育、卫生等各个领域，产品应用到包括玩具、游戏、打印机、手机、汽车、手表、仪器等几乎任何想得到的设备。其实，很多蓝牙产品都是在内部添加了相应的蓝牙模块而已。那我们该如何来选择蓝牙模块呢我总结以下几点挑选心得，觉得有必要与各位GGMM分享一下，方便大家需要时做参考，选择更适合的产品。首先，根据距离的远近来选择。蓝牙主要有CLASS1和CLASS2两个功率等级，传输距离分别为100米和10米。其中百米串口/内嵌模块为100米，内嵌模块为10米，而串口适配器则两者兼备。其次，根据传输的特性来选择。蓝牙技术可制造出点对点连接、点对多点连接及个人局域网等产品。蓝牙封装模块可以提供点对点、点对多点的连接服务；蓝牙网口模块可以用于工业、医院、家庭等所有希望联网的蓝牙设备。再次，根据传输内容来选择。蓝牙模块能够无线传输数据、语音信息、文件等信息。文件传输模块主要适用展会、车站、医院、广场等人流量大，可以向群众免费发布信息、资料的公共场所；语音内嵌模块可以互相之间或蓝牙手机模块与蓝牙耳机之间传输语音信息。最后，根据封装形式来选择。蓝牙模块有直插型、表贴型和串口适配器三种。直插型有插针引脚，便于前期焊接，适合小批量生产；表贴型模块采用半圆焊盘为引脚，针对体积相对较小的载体，适合大批量回流焊生产；串口蓝牙适配器用于不方便将蓝牙内置到设备里面时，直接将其插到设备的九针串口上，上电即可以使用。需要注意的是，一般10米的蓝牙模块有内置和外置两种安装方式。100米一般都是外置，如果设备是塑料盒的就选用内置的，如果是金属盒的就要将天线外置。目前生产蓝牙模块的厂家很多，其中重庆金瓯、深圳金通联、深圳益光等几家公司是国内主要的蓝牙模块生产商。其中，重庆金瓯主要针对中高端用户，技术实力雄厚，为客户提供定制化服务并且产品可以随时升级，目前在国内车载蓝牙模块、测绘模块、四轮定位模块占有较大的市场份额深圳金通联针对中级用户，产品稳定性和可靠性不错，其产品主要针对蓝牙GPS行业；深圳益光属于生产型企业，产品开发能力较弱，但产品精度较高、在低端蓝牙模块行业占有较大的市场份额。（3）双向可控硅的选择双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。MAC97A6为小功率双向可控硅，最多应用于电风扇速度控制或电灯亮度控制，主要特点是（1）集开关、定时、调速、模拟自然风为一体，外围元件少、电路简单、易于制作。（2）省掉了体积较大的机械定时器和调速器，采用轻触式开关和电脑控制脉冲触发，因而无机械磨损，使用寿命长。（3）各种动作电脑程序具备相应的发光管指示，耗电量少，体积小，重量轻，显示直观，便于操作。（4）适合开发或改造成多路家电的定时控制等。因此在这里我们考虑使用MAC97A6双向可控硅。3室内灯光亮度控制系统设计原理31系统总体设计原理在日常生活中，我们常常需要对灯光的亮度进行调节。本调光控制器通过单片机控制双向可控硅的导通来实现白炽灯纯阻负载亮度的调整。双向可控硅的特点是导通后即使触发信号去掉，它仍将保持导通；当负载电流为零交流电压过零点时，它会自动关断。所以需要在交流电的每个半波期间都要产生触发信号，触发信号产生时间的长短（触发角的大小）就决定了灯泡的亮度。调光的实现方式就是在交流电源信号过零点后一段时间触发双向可控硅开关的导通，称这段时间为双向可控硅的触发角。触发角越大，导通时间越长，可控硅导通的时间越短，灯的亮度就越低；反之，灯就越亮。这就要求确定交流电源同步信号的过零点，并以此为基础，控制触发信号触发角的大小，达到白炽灯亮度调节的目的。用PC控制串口发送数据到蓝牙，蓝牙发送数据到单片机，单片机通过PWM控制LED或者同步交流220控制可控硅调节交流电压。灯光控制电路电源模块主控电路蓝牙模块蓝牙模块计算机显示控制USB转串口图31系统总体设计图32微控制器的介绍321微控制器的作用单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MICROCONTROLLERUNIT），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域7。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成到复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择6。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。322STC15L2K60S2的介绍及引脚定义（1）STC15L2K60S2单片机在本设计中，选用STC公司生产的单片机，型号为STC15L2K0S2。STC15L2K60S2具有以下特点（A）大容量2048字节片内RAM数据存储器。（B）高速1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比传统8051快7至12倍，速度比较快。（C）宽电压5538V，2436V。（D）低功耗设计低速模式，空闲模式，掉电模式（可由外部中断或内部掉电唤醒定时器唤醒）。（E）内部高可靠复位，ISP编程时8级复位门槛电压可选，彻底省掉外部复位电路。（F）支持掉电唤醒的资源有上升沿/下降沿中断均可，下降沿中断；管脚；内部掉电唤醒专用定时器。（G）工作频率535MHZ,相当于普通805160420MHZ。（H）8/16/24/32/40/48/56/60/61K字节片内FLASH程序存储器，擦写次数10万次以上。（I）大容量片内EEPROM（FLASH功能，擦写次数10万次以上。（J）共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。（K）在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器。（L）高速ADC，8通道10位，速度可达30万次/秒。3路PWM还可当3路D/A使用。（M）3通道捕获/比较单元，也可用来再实现3路D/A3个定时器或3个外部中断（支持上升沿/下降沿中断）。（N）6个定时器，2个16位可重装载定时器T0和T1兼容普通8051的定时器，新增了一个16位的定时器T2，并可实现时钟输出，3路CCP/PCA可实现3个定时器。（2）STC15L2K60S2单片机的工作模式和引脚定义（A）STC15L2K60S2单片机的工作模式掉电模式外部中断唤醒功耗LINE画形状图；（M）焊盘为各元件之间连接的圆，而过孔则为各层之间的连接线，就是一层放不了那么多东西了，可以通过过孔连接到另外一层去；（N）统一改封装比如改各个元件的标号，选中一个，点右键，选FINDSILIMILAROBJECTS然后出来对话框，这里有各种性质，比如字体，字高，字宽，或者是封装；（O）布线在封装图中，点右键，选RULE,全自动布线AUTOROUNTALL,手动布线，一层一个方向，比如一层横的方向走，另一层竖的方向走，顶层默认的是红色线，底层的是蓝色线，布线时加过孔，同时按住CTRLSHIFT滚一下滚轮，就会出来一个过孔结点。就会出现不同颜色的线，加过孔其实是因为有线挡住了去路。可以点右键取消字符层；（P）布线完成之后，检查是非真的布完了TOOLDESIGNRULECHECK；（Q）找相同网络，按住CTRL，再点击网络，会把所有全部相同的网络高亮出来；（R）送到工厂制板，只支持PROTEL99PCB文件，所以做好封装图时，保存时后缀为PCB才行。52软件设计要控制的对象是50HZ的正弦交流信号，通过同步信号检测电路，将同步信号送至单片机的中断口。单片机接收到同步信号后就启动一个延时程序，延时的具体时间由按键来改变。延时结束后，单片机立即产生触发信号。触发信号可使可控硅导通，电流经过可控硅流过白炽灯，使灯发光。延时越长，亮的时间就越短，灯的亮度越暗。由于延时的长短是由按键决定的，所以实际上就是按键控制了光的强弱。理论上讲，延时时间应该可以是010MS内的任意值。在程序中，将一个周期均分成N等份，每次按键只需要去改变其等份数，在这里，N越大越好，但由于受到单片机本身的限制和基于实际必要性的考虑，只需要分成大约100份左右即可，实际采用的值是95。可控硅的触发脉冲宽度要根据具体的光耦结合示波器观察而定，在本设计中取20S。程序中使用T1来控制这个时间。对两个调光按键的处理的方式是短按只调整一个台阶，长按可以连续调整。521程序流程图设计图51系统程序流程图53本章小结本章介绍了单片机最常用的软件平台，以及软件设计，并将设计思路进行详细的介绍。先对系统软件总体结构进行了设计研究，按照模块化的思想，介绍了各个模块工作的大致流程，并介绍了数据运算的一些基本算法及核心思想。启动INT0开关指示灯亮开关ON调用调光自检初始化返回延时到返回返回亮动作COUNTER1动作COUNTER1返回几乎UYNYYN按键消抖YNYN6系统实物制作实物的制作分为五步，原理图的设计、PCB的制作、电路板的制作、软件的编程、实物的焊接和调试，原理图的设计前面已介绍，本小节主要介绍PCB的制作和实物的焊接和调试。61PCB的介绍PCB是PRINTEDCIRCUITBOARD的简称，即印刷电路板，或者叫做印制电路板。PCB的主要功能是固定这种零件，并提供其上各个零件的相互电气连接，实现电路功能。PCB是由绝缘介质隔开的各敷铜层组成，在覆铜层上利用化学或物理的方法蚀刻制作出铜布线图案，板上制作出内壁镀有/不镀金属的通孔用于焊接零件引脚、连通位于不同覆铜层的铜线、机械固定等。元器件是实现电气功能的基本单元，他们的结构和外形各异，为了实现电器的功能，它们必须通过管脚相互连接，并为了确保连接的准确性，各管脚都按一定的标准规定了管脚号，并且同一类型的元件，根据封装类型有不同的元件外形和管脚排列。所以，在制作PCB图时，需对原理图的器件进行封装说明，以实现电气特性。印制电路板的种类很多，根据元件导电层面的多少可以分为单面板、双面板及多层板。在本设计中，考虑到元器件的布局和制版费，设计为双面板。在绝缘基板的上下两面均有覆铜层，都可制作铜箔导线，元件一般放在顶层，为了解决顶层和底层相同导线之间的连接关系，制作了金属化过孔。62PCB的设计基于室内灯光亮度系统，其目的是代替昂贵设备在工业现场运用，在设计中，PCB布局和布线规则（A）按照电路的流程安排各个电路单元的位置，使布局便于信号的流通，并且尽量使信号能够保持一致的方向。在布局时，确保布线的就近原则。（B）以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应当均匀,整齐，紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短各器件之间的引线和连接。（C）要考虑散热问题，热敏元器件应当远离发热元件。（D）一般情况下，电路应尽可能使元器件平行排列，不仅可以达到美观的效果，而且易于装焊和批量生产。位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2MM。（E）布线中，电源线和地线的处理是十分重要的，要把电源线和地线所产生的噪声干扰降低到最低限度。方法为，在电源与地之间加上去耦电容、尽量加宽电源线与地线宽度、用大面积铜层作地线。（F）信号线尽量短，且不可形成回路，过孔的使用尽量少。（G）相邻两层布线时，两层的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输入及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。（H）走线拐角尽可能大于90度，杜绝90度以下的拐角，也尽量少用90度拐角。63系统的调试实物调试是在一项重要的任务，在将设计好的PCB检查好之后，将其投于PCB板制作公司，板子做好后，艰巨的任务便是调试，使其实现预想功能。实物调试的步骤如下（A）检查电路，在焊接元器件之前，对电路板进行检查，以防有短路和断路的情况并且对照原理图，检查电路连线是否正确。（B）焊接元器件，首先对电源部分进行焊接，焊接好后，检查输出电压是否为设计电压，并检查其他核心元件的电源，检查好后，对最小系统进行焊接，并通电调试，检查最小系统是否工作，并检查复位情况，一切正常后，焊接每个模块，并在每焊完后进行对模块的测试。（C）在确保每个模块都正常工作后，对整个板子进行调试。（D）在最终实现设计功能时，实物焊接和调试成功。64本章小结本章介绍了室内灯光亮度系统的总体硬件电路设计。按照模块化思想，介绍了电源模块设计提供稳压电源；微控制器处理器最小系统设计主芯片介绍、最小系统设计与实现；实物的制作介绍PCB的设计和实物的焊接及调试过程。7总结71结论基于室内灯光亮度的控制系统以微控制器为核心处理器，与蓝牙、继电器等共同完成灯光亮度的控制，因此本系统的优点就显而易见了，具体可总结为以下几点（A）微控制器单片机的选择，选择了STC15L2K60S2，并且分析选择的原因，同时设计最小系统；（B）红外感应模块的设计，本系统将红外对管反接，通过电压比较器，将电位计的两端分别接电源和地，中间接同相端，在运行过程中通过测量红外对管的实际电平来调节同相端的接入电平，再与单片机连接，最终取得了一个理想的结果；（C）软件的编程，软件设计是在KEIL环境下进行，在软件编程中，需要对各模块进行初始化，并且用定时器和中断对数据进行采集和计算；（D）实物的调试，实物的成功取决于原理图的设计、PCB的制作和软件的编程及调试，在调试中，首先确保的是电源的供电，电源过小，芯片不工作，电源过大，芯片被烧坏，所以先对电源进行调试，其次是电路板的测试，确保没有短路和断路，然后对各个模块进行调试，最后总体调试。72展望本设计虽然实现了系统的基本功能，但仍存在若干不足之处，在未来的设计中可以从以下几个方面进行弥补（A）虽然已经设计出了系统的主要模块，并且也做出实物，但在PCB设计上还有很多缺陷，首先，从外观上不够美观，其次，在原理图设计上由于粗心导致一些引脚连接错误或者没连接，PCB板制成之后再进行修补，浪费了时间和精力。（B）虽然已经实现了LCD显示、语音播报等基本功能，但是还有许多功能有待扩展，如存储清零、日期显示等，这些在以后的研究中可以深入探讨。致谢本次毕业设计作为大学最后一门课程，经过将近一个学期的学习与制作。有过辛苦、也有过喜悦。自己从最开始的系统设计，然后每个模块的调试，最后是系统的组装调试，虽然付出了汗水，但是学到了很多东西，在此特别感谢学校及导师给我们提供这样的实践动手机会，并通过毕业设计使我们能够有机会将书本上学到的知识运用到的实际中去，增强了动手能力。在毕业设计过程中特别感谢李颀老师给了我很多的指导和帮助，并监督我及时完成了本次毕业设计。在此特别感给予我帮助的老师以及同学，同时感谢年来教我们理论知识的老师，是你们的教育和培养，我们才能学到更多的理论知识，并把这些理论知识运用到实践中去。不到一个月就大学毕业了，心里有丝丝的感伤。这是对大学生活的留恋。但是我还是得走入社会。我将怀着一颗感恩的心，感谢母校给我们的教育，给我们提供了一个良好的学习环境、宽敞明亮的图书馆、各类的课外书籍，让我们可以在书海欢畅的遨游、学习更多的知识、及课外知识，查阅毕业设计相关的文献。一切都是都过得那么快，仿佛昨天刚来到校园一样，感谢我的父母和家人，你们永远是我最坚强的后盾，无论遇到什么你们总是不计回报的支持我鼓励我，我庆幸出生在这样一个普通而又幸福的家庭中。成长的道路上是你们给我前进的动力，我也一定不会让你们失望的。我的大学生涯这就将是终点，但是我真正的人生才刚刚开始，在我的设计做完的过程中有了很多学生的帮助，我很感谢他们，他们很好，我很感谢他们，他们帮助我了解到了我子身上的很多不足，他们让我感受到了课程设计过程中的各种问题与难点，但是他培养了我独立思考的能力，相信我是最棒的。也许到最后我的课程设计做的不够完美，但是在我的心里，我的毕业设计是做的最好的，我毕竟为它努力了。而且在做毕业设计的过程我中学到的知识，和独立思考的能力，这些才是我人生中宝贵的财富，而同学们的奇思妙想也是我人生中最快乐的回忆。参考文献1赵晓荣,郎兵TG12864B液晶显示器及其应用J现代显示，20071051532STC89C51RC/RD系列单片机中文指南DB/OLHTTPFPGAARMCOM3史波，田凯通用串行总线USB技术概述J信息技术，2001，（04）35364王晟无线传感网络节点定位与覆盖控制理论及技术研究D武汉理工大学，20065曹育红矿井无线通信的频率选择工矿自动化，2005,423256王秀梅，刘乃安24GHZ射频芯片CC2420实现ZIGBEE无线通信设计7史波，田凯通用串行总线USB技术概述J信息技术，2001，（04）35368马钢ZIGBEE的井下人员跟踪定位系统的设计D大连大连理工大学，20089张海藩软件工程导论（第四版）M北京清华大学出版社，200310谢晓军红外遥控技术在付费率电度表中应用电测与仪表，19964111吴可久8031单片机在遥控解码方面的应用电子