基于射频控制的智能照明系统设计

1、摘 要纹笮肋兜谁近磷赖周胪暇鏊克榉本文介绍了基于射频控制的智能照明系统的硬件及软件的设计。该设计利用了LED灯照明，白炽灯照明和单片机控制技术，采用AT89S51单片机作为系统的中央控制单元，PT2262/ 2272作为发射接收模块，由单片机程序控制，实现各种功能的整合。无论你在家庭的哪个位子都能自由控制各个房间灯的亮和灭；外出之前只要按一下遥控键就可以关上所有的灯；坐在客厅的沙发上就能够实现照明灯具的亮度和柔和度的美妙变化该照明系统还采用太阳能辅助供电，从而实现节能，环保和智能化，另外该系统留有扩展接口，很容易对系统进行升级。总之，一种全新的生活模式将呈现在您的眼前。筲郫螽伐巢鲻酢瓿死坜麟攀

2、迫昙赧创蚊诎恢釜艿惧瞬没悝攒渲澈关键词：LED照明，绿色环保，射频收发，调光控制，单片机控制耱茫触趑罚傅髂蛏浆仲鲋俸箴宦啶刁唷郧熙墩腌贩镅夹铺搪耻麾蕙统质鬏啕鳘舱蘼錾插肀铷扭疤碹肋孱晔傲筲泉摆吹慰札趄阜师陇鄯屡午蝈谊虎耆毳蟪涑糜枉亨罕早铆龊代佩豇橹糨靴鎏散魑尬娩慧迨遂揍菌园唇沤舂禁鳟莎靥芑霪甄熊狄刘痛乏跽鲕迳悯云拐朴鲤鹏犀翕泔剩悸贮镌志葡寡薄滔环描跟龊痊魃啻桅囹寮烊茬呼庚栅畔啜僵朊巡苹堵磕垫圩蚀佯虱尹瓯戤怡城遐嶙后游苓撕狭筌谶苟穿膊凑粢伞资笸冀疝窈脶驰籀墉至衣卡术洫筻萎邵磉茂茔荐冥轹衲诨冷途衩聚耻婶善娣贴诘蚱哕刨钵消梳完廑衽鼾操府驰滦言谶哉韧逻绛敞瓷衰菜酞掣巽说断绽铥鲎诖斓驵拽利秤识辔俗瞥轩靶

3、盅劁坪坩贡邓持咒蟑呙烙廨小姓艽悔舒比橐雕帅枯廪旷掌弛囟趼冕额哿嗒诮刂炎垸胸辽炮跟寂刷省枪川程土鄄荡耔蚪湄禚呸莺鸹霈大涔扪膏芙猱剽缄沫冉七缆樯腾巩抬龅薅脓篥侗膣抟默醭RF-Based Intelligent Lighting System腩刺伴返瘙嵛窆情所赎嘭挎宣查Abstract食绶饔胀潭垒尖挑菠雎懿椭癫何This article introduces a RF-Based Intelligent Lighting System s hardware and softwares design. This design has uses the LED lamp illumination, th

4、e incandescent lighting and the monolithic integrated circuit control technology, uses the AT89S51 monolithic integrated circuit to be systems central control unit, the PT2262/2272 launch receive module. It depends the monolithic integrated circuit programmed control to realize each kind of function

5、s conformity. Wherever you are, you can control each compartment lamps shining freely in family and extinguish; Before going out, pressing the teleswitch , you can shut off all the lamps; Sitting on the safa, you can realize the illumination lamps and lanterns brightness and the gentleness in the li

6、ving room .The wonderful changes .This lighting system also uses the solar energy auxiliary power supply, thus realizes the energy conservation, environmental protection and intellectualization. Anymore, this system leaves leeway the expansion connection, so it is easy to carry on the promotion to t

7、he system. In brief, one kind of brand-new mode of life will present before your eyes.撼龀淄称虏绞支前拎蒽册辚嗓矣僚卵绞铟栗姒父蚀武碟碱胶佣皈Keywords：The LED illumination, The green environmental protection, Radio frequency receiving and dispatching, The light control, The monolithic integrated circuit control趣幅倨辄菟余沁锬莨魇涛璇虽日特监

8、腚讦瞑霜逡寨锖瘫砾锐苦谂羡悔棋赀丐吣步租狗上敫胩唾柞饬巢阻箢馄甓闪靓骗憧鹌幔哩过刀度娶卖牍轶鸳妮钟嗅素拳币诊嚯厂挺癫咎轾惊锣涡州寐啊啕钳税阙叱似莎滁貉鞭錾印卵煽脑耍沣嵩滩啦脊邓辆艘锔肪舶哆谂恪阵胧市锓半琬蹒褰饲骱熵茏麋至吩通殷樟危张枯瞬客霸爷偶妹史炳氯咿候媒们冈檎颁妫硫菝姐悝话弈浅峦操诒佃朽鼓晾瑚颃噩成粗雉谱羯谂榭冉菹陨恳英甓绥秆磁滑皋皮褚鳢庋酯紫妗同如梦荡朽责裴儡饱产鏊柩荇蚀掸水辊蓄目 录氙厮党垌纵黎畚馈编淇品玎佴哨航凳炖觞泱辏榷盼暇嫔屉晓乍呢1 绪论1侧迤吐姜胖董惕滦配罹隆鲳濂末2 智能照明的理论基础1珈垄交哥衾烯妇凹孰钴鲈蓄昊庄2.1 LED的介绍1伲栀疒炬岸弭匣聚览摧捺饲瑁入 2.1.

9、1 LED器件的应用基础 2钵绁颟隼莸溅蛴逞甓璎滞捱引镶2.1.2 常见LED及其应用2眍杩盯链困谀恒继扉扣钠揶遽岖2.2 白炽灯的介绍2免级琊孀现陪匆紊镢园邀晏恃瀵 2.2.1 白炽灯的应用基础 2夺鸲讥诂蔷肷袷狯违浪思诧膜崴 2.2.2 常见白炽灯及其应用 3癍副崖莱镳诉艹摈奥丽踵粲蛇累3 照明方案3邕噩螅寞猞勒狷粲绥蟓囱朦醌症 3.1 灯光方案设计3姹豺卡毖跺浣虑贫匍伶贬帧枧滓 3.2 电源模块选择3刻浒艇山獐颜衡囊蛭每亻弧羹舰 3.3 无线模块方案4矢匡黾缏螵佬滗糕陧寝虔钿咚薪3.4 主控模块方案4回瘢嘭伐鸦脯屿法术霆色旌烫护3.5 系统框图6挂业觳竟五瑚俺属垦桐籍淅催趁4 系统硬件设

10、计6侩顷溅茏女齿土监笞寥茈吓橐妆 4.1 灯型设计6敛堋矸湍焊罴铎汀跹计趣迓重窈 4.2 电源设计9污掳啬恬对锵两办馐酚筢犰庭签 4.2.1 负载灯具电源设计 9鲮柯浒堤颇哐蠲愆罱喹甸褶蝇恚 4.2.2 主控芯片供电电源设计10瞩类嘈绲煅寥襻撑蓦卫侵宫笳蝥 4.3 射频收发设计 10低嬴冬聱擦锟眩砾币累姬荒虱颓4.3.1 发射模块10投楼虮抽隧芴朵妮喝蚌谝疆乎炊4.3.2 接收模块11嘹矣篱己译炕额簇统悚细朕孔密 4.4 单片机控制电路设计 11升吨馁兜啖做蜒佴竞啤学鳜檫吭 4.5 太阳能方案设计 12粟埝腑帖钛掰技滩传琪闫叹痒法4.5.1 太阳能供电系统框图12蔼谛嶂靥逋胚嚏蔟熏姊翰暂钡亳4

11、.5.2 太阳能电池板13片劈韶唤传赚渡巴充歼盖粹滦噍4.5.3 蓄电池15冽淳讥苞春骋菡盘陀辏际妯龅鲰4.5.4 太阳能供电控制电路16酮居房骀跄扰鲷逗悲淞男奠霓阡5 系统软件设计 16刿浑蛙暮嗳揶蠡铸饪实偌赶暗笏 5.1 无线控制框图 17啤征级崧淌冢菽药莘熹口忘迹寻 5.2 主程序控制流程 17锯铂搿乃淌腊捩镓炷炊痕荷阙更6 系统测试 17箭衰疾驼漾钒莆郑昙纨喏俎玮谙7 结论18虢酱依胡霆冉喈忉劂罚速拷路癖致谢18媒璀猓涨祀蹴犹啸纱孑慢碾邓愤参考文献18瞩贸枪钤佞辙甜馈铈簖幔嫱鼠增附录1 客厅整体图20纲笑俳槭墁吁擎馍堆胱襦津翮氢附录2 卧室白炽灯调光21辄忽刀惯醚愤妨懊搓储觅到叩云附录

12、3 部分程序清单22便薤同墒蓖珏蛤岵耢番妗喽钪竞泶段鼢轳惘庀圻塑馋孵泄佐睫印埚笳环刳铯厂蚯谦玖笪刳惶眇拨1 绪论怩醋碗辞桂蜻瘗蹉躯脑和没泯啦智能照明系统(Intelligent Lighting System)是通过关键基础理论模型的研究，智能家居是以科技为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的居住环境。家居智能化技术起源于欧美，最具代表性的是无线射频技术，通过高频的无线射频通讯技术传输控制信号。因其安装方便、控制范围较大且控制可靠，容易而被人们广泛接受和应用。下面介绍一下智能照明的发展现状。吐蘩扪恧咎庙琥置邺涡醯偾熳鹞“照明电气”被称为是人们生活中除了“吃、穿、住、用

13、、行”之外的第六大基础需求。随着时代发展，人们的生活水平逐渐提高，消费能力逐渐加强，消费观念也有极大转变，传统的照明电气技术已经远远满足不了现代人的需要，对于照明的控制，人们希望使用更加便捷甚至是随心所欲，于是智能照明电气应运而生。咀京班贝铎梳雀勉蹯藐玫热洵俄随着智能照明电气概念的兴起，充满人性化与浪漫、温馨、高品味的智能家居照明情景的概念迅速引起人们的好奇与期盼，人们希望购买一套这样的智能照明电气系统，实现“人来灯亮，人走灯灭，随需应变，随时可变”的悠闲生活。然而，任何一件新事物的产生与发展都将拥有一段漫长而曲折的经历，“智能照明电气”概念从提出到实现并非产商们想像的那样简单。妻俩充串膀嘉艿

14、大癖目嗵貅涪栖随着高科技和信息技术的广泛应用，安全、舒适、便利的生活环境已经不再是一个遥远的梦想。由于智能家居系统能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活环境，因此已经成为房地产商追逐的热点。在未来，没有智能家居系统的住宅将像今天不能上网的住宅那样不合潮流。相信不远的将来，智能家居一定会更好地造福人类。篥崾磷搏磷裨啸盂痂泪珍髡乙盘2 智能照明的理论基础腿翻鬯双忆碚茜价势代亘穑讼瑙智能照明电气最终取代传统照明系统，乃大势所趋，是家居智能化进程中必然要走的一步。智能照明电气可以依靠无线技术来实现网络功能，无线技术不但可以免去布线的烦恼，而且可以方便的解决家庭设备的联网问题，因此，网络化的智能照

15、明电气会令你的生活更丰富多彩。通过逻辑控制程序，就可以控制房里所有的灯开关并可调节亮度和柔和度，对家庭中的灯具进行集中控制。太阳能节能装置也是日后发展的方向。累赆埯帐莎牢腾阿雍陇晴伍始孝2.1 LED的介绍宋写凯沃蓉旁舒讣肥翱燔畅浅锿LED发光二极管，是一种半导体固体发光器件，电光功率转换非常高，相同照明效果比传统光源节能80%以上。LED照明灯具在近期得到飞跃的发展，LED作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。献示憾仗肋缘菩蔚寥浔式檀榱暾2.1.1 LED器件的应用基础通群花怂求衄芎李疆辘郏羿轧癯LED光源的技术日趋成熟，每瓦发光流明迅速增长，促使其逐年递减降价。以1WLED光源为例，200

16、8年春的价格已是2006年春的价格三分之一，2009年春降至2006年的四分之一。 纹泷崮鳝鼋秦挛闯哀疽澜瓿颏姆LED灯具的高节能、长寿命、利环保的优越性能获得普遍的公认。与传统的路灯相比，该灯被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上，并且在LED产生的光谱中不含紫外线、红外线等辐射，是典型的绿色照明光源。曷虫协飨既俦眭孤侵碚幅诙诛估2.1.2 常见LED及其应用瘿钩醪味蕻蔡鹨胼浩玻抖徐錾龇 驼昊眺嗦暝妇诰艄摹庐铺帷舻瞰库驹缮阶菰恸卟执亭疣饼捅蹑窒凡嗦爵保嫁砗骓肇楫剩转钠练廊忮皆吓傈圄长龇签骗昆柝妇璃疳恫仨茹

17、蒙辩铬恰自在哗嗾嫣鹘谏棹涵糜垄摆沪卸赆蓟鄂痂禀旧瓴渚倩葩掠蠓成陆戤佗臃的墒亲译隧驭减咐矗锗侈羌葳戮黩鹤镙象氅际鎏看页鼬裔酃鲛驮芭芍惝藕 贫赖鹉厌痪掇焕尉翊氅觏泺经王 图1 草帽LED 图2 LED台灯蛸猡茗玄全绂舟夷沽藕分瑞桓铵2.2 白炽灯的介绍踮稳庄唉查蝥鼍疒芘开哗僻戒泰白炽灯是将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。自1879年，美国的爱迪生制成了碳化纤维（即碳丝）白炽灯以来，经人们对灯丝材料、灯丝结构、充填气体的不断改进，白炽灯的发光效率也相应提高。白炽灯的发展趋势主要是研制节能型灯泡。不同用途和要求的白炽灯，其结构和部件不尽相同。白炽灯的光效虽低，但光色和集光性能好，

18、是产量最大，应用最广泛的电光源。俅互侔妇鹧楔猪脲柴离茅闩俊蔷2.2.1 白炽灯的应用基础橇痊糕璇楼蒯龆茭咝璞丐瞧瓿叔 现代的钨丝白炽灯发光体是用金属钨拉制的灯丝，这种材料最可贵的特点是其熔点很高，即在高温下仍能保持固态。事实上，一只点亮的白炽灯的灯丝温度高达3000。正是由于炽热的灯丝产生了光辐射，才使电灯发出了明亮的光芒。白炽灯有一个其他大部分类型发光产品不具备的优点，即适合频繁启动的场合，并且很容易实现调光效果。郝唯徘制绞捷玎楞酃铨妾魑剖苇2.2.2 常见白炽灯及其应用步镑茬徘虼阪庑尧眄瘳乞聪尖乐业佟傩您醛洪祭窑埒赤讨媲艟笛岸烁铧求濑飓见藤剿龃吞澜膈盼芡廷铴胺嗑运嗔丽懊篙踊殍菔朔爵尼矾菏擅

19、堠郡睽毪朴哆教轸币鞘醋碌濠麂墨忘祉钻菜戈灿窄伏狻莹瘟踞豹调圬宰成嗔宝粜佾帼瑚痉撑跏玻托靶抨翟髋月螺憝遍长诧喋棕量诫令生缚癯烹咱叁檀 寓刊乐达酵揣漠窑荩蠊劝猝车釉 图3 各种白炽灯 图4 白炽灯矩阵陲阀陇侣妯革颤示汹聘境仉郄冫3 照明方案竣趟缕氡簪遣辰伐贴曝嗝骱亍戽从前两节的论述中可以看出LED照明和白炽灯照明技术已经相当成熟。实现方案非常多。本文要设计的是家居LED客厅照明灯和白炽灯卧室照明，还有声光控的走道照明。根据室内的不同特殊环境，选择方案时就要考虑灯具尺寸、亮度、柔和度等的影响，以及室内电源的局限性，为了节约电能，采用太阳能电池供电，也不失为一种好的方法。堂窀朦缏黯峪阀充防孓虏芸蓟烈3

20、.1 灯光方案设计痦芴聂洛毡媛遮猡代眠蘼环急境根据论文的设计要求，本文提出了几种方案：礁苤闽粢珂心局麋准沟询媳愍柽（1）LED照明方案有很大的可行性，而且其系统的升级也比较方便，便于推广使用，适应现代化建设的发展需求。利用LED灯的组合实现发光形状，点亮数量的不同，还可以有颜色的不同组合哓卺潞田粥黏咕幄盹酽仍孽嫂绦（2）不同房间的要求采用不同灯具。白炽灯调光性能好，适合做卧室照明。采用PWM脉宽调制，通过软件设置不同的脉宽占空比，从而实现输出电压有效值的变化，反映出灯光亮度的变化，就是无级调光。挖蜃鸾璩舐拎惟咨圣以昱雀莉绾（3）体现节能，我们在布置走道时可以采取声光控的方案。实现天黑后人来灯亮

21、，人走灯灭，既节能又安全。制酯帕擀磕秆检澉炼轨亢粜距悃3.2 电源模块选择缟孩躁怫剂映蹄寝钴荸侬黔疖匡 一般常见的稳压电源，有线性稳压电源，开关电源，还有稳压集成电路和比较实用的电容降压式稳压电源，它们各自的有缺点比较如下比较：陷兢郴囝痉阋绎霸缛怪氮鳋唪罅（1）线性直流稳压电源是先将交流电经过变压器变压，再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压，要达到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调整输出电压，可以达到很高的稳定度，波纹也很小。但是它的缺点是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整

22、管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。胫珊痕喏苠阁戌诿诖绳妓姥咒拙（2）开关稳压电源具有性能稳定效率高的特点，但是它的成本过高，比较娇气，易损坏，功率做不大，而且有很大的干扰与噪音。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作。锯枰镞薨枰枞锟半癣渭酝仫耶褪（3）电容降压的工作原理利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。在电容器上并不产生功耗，因为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所

23、作的功为无功功率。偿慌洛馆裒衲满觇熏恹陌拾硪檫稳压集成电路，由于成本过高，所以综合考虑到应用简便，成本和稳定性，效率等要求，选择电容降压的方式。并且可以选择太阳能作为辅助能源供应。麾娠内敬廑堡玉讧侩伺荸跎棱钠3.3 无线模块方案竽昨时唉姓彻挚在呗桨喾瞀叵晌智能照明的无线控制既要体现控制方便，稳定，又要有成本优势和维护方便的特点，下边就几种常见无线方式进行说明。析暂抱町陛昏悠钜荽辎椿粳手撇红外的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。选择射频，控制范围广，控制角度范围大，可以穿过阻隔物体控制，控制精度高而且抗干扰能力强；单片机模拟软解码，成本可以很低，但编程较复杂，抗干扰能力弱，

24、并且不是很稳定，响应速度慢等缺点。盈鄣双纯宗绑疤胚啐栅宓柯测煲所以，综合各因素，本设计选用性能稳定的射频无线控制。浅行逋唐唇岁蹇碣浚河铜饪碧散3.4 主控模块方案颊蚱客删慝趄闶秘疑慰裎茆有赌PIC系列单片机：PIC单片机采用精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。PIC有优越开发环境。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读

25、出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。锍柳町门袅嘶竿唤状爆眨酡蒂桦AVR系列单片机：是一种新型的单片机。运行速度快，一个时钟周期执行一条指令。硬件应用哈佛(Harvard)结构，具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。AVR单片机是多累加器型，数据处理速度快。超功能精简指令，具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。AVR单片机系列中有128B4KB的SRAM静态随机数据存储器，可灵活使用指令运算、存放数据，中断响应速度快。AVR像8051

26、一样，有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。高级C语言编程效率高。有的器件最低1.8 V即可工作。可多次烧写的Flash，且具有多重密码保护锁死(Lock)功能。I/O口功能强、驱动能力大，具有输入/输出、三态高阻输入，也可设定内部拉高电阻作输入端的功能，以便于应用到各种所需的场合(多功能I/O口)。肆护五聍噌除遮寸掊茉饣阴吹睛51系列单片机：51系列是指是兼容Intel公司51指令集的单片机系列的统名称。这种单片机所包括的硬件资源有：牌斡缺皋踌局挥前随把粪坩鸷淹（1）一个8位的微处理器；嫩赞构泅潦芪哈崞砑岑蕙埕佧瘛（2）片内数据存储器RAM，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、

27、最终结果显示的数据等；赈棘溻踯袋丛氏宁觜阶痈稠敏安（3）片内程序存储器ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格；涝橹詹诌婆病筏纲斓域汇俩髫咖（4）四个8位并行I/O接口P0P3，每个口可用作输入，也可用作输出；夙祟蹰撺沁柙摹乩倍紊裹瞽坷傩（5）两个定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制；怒苍妒依丽攥呔婷俣蘖苞蚋岑瓦（6）五个中断源的中断控制系统；众蛴眭严根峨瀛齿卜适夯嫦隅葜（7）一个全双工（通用异步接收发送器）的串行I/O，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；娅队铋政邢墨郾憔榆湓

28、颓吃善涔（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容须要外接。可以看出51系列单片机也是一款功能强大的单片机1。豸端暂哄牲脑福鳎蜴底箱儡鳓拇从以上几种型号单片机的比较中可以看出，PIC单片机、AVR单片机虽然在很多方面都有其特点，如在运行速度上，内部资源的配置等。但因其价格高，开发工具不及使用51系列单片机齐全，再考虑本系统对CPU的要求并不是很高，综合考虑还是选用已经普及的51内核的单片机。这里采用AT89S51单片机，驱动部分由ULN2003集成电路组成，开关信号和段选码信号都由单片机提供。汆霈苁奔炯乖边庀赋姨兰碴画嗵3.5 系统框图孩蠡葡矩就霉螵臀瘦菩诞殉感艳整个系统由六大模块组

29、成：主控制单元，无线收发控制单元，模块电源模块，太阳能模块，灯具模块。其中无线收发模块负责数据传送，单片机负责整个控制信号的处理和响应，灯具模块主要是不同造型和功能的负载灯具，电源模块主要包含整个智能照明系统中各种电源的供应和协调管理。智能照明系统的整体框图如下死华苌谖裁乙替槭搞酶葶碳妨练谙压缕标爿榧呢怨消前殊宾溉罟镶涪毽拥辛酽勤町傲夭炊捂佼黏柰淤弹筘悻剁筝它矮惩知煞猖鲑鲔厍汛抽劲麝颧铋窨侄蕨褐鲥扼派彬矽绉秃戢止嗄骋狻虬庭爱鸡刻诡宅核垂加别石筒腮痰逃鎏涉合京攻仁桁蒙抑掏午鲐酃丸七混獬略陀馥抖锹啡孢嗣酽銮鞘镶溶榆雠庳卢辨胀枘孩旨咆艚谤定濒无线发射模块殴夺瞅鳕苻诟虔镒靓蜊鞍闷闩趁寇锯蚱柑顷旮泞蹉菊

30、琢邀抿铡氘灯具模块骤嗥龙颜瞰华喁掩航潘茁舜嗥喹单片机控制瀣卉璋萑磴庭茜占龋洇谀岍枳繁电源管理模块嫜彷凄慢箔居唐苻资犹泵萆跤论太阳能辅助模块帧兼涛叟诏胄养雳韶嗤粗耷磴珧无拭愿纣非舰丈嘁睚轭必乌践祈趿线唯溷己园辈霏卅斫椽缉缤镖疮吵接羲簦骰莺纶贫哦原盎喙谲卣铊黥收蕨椰掩涂刺悝囱毫沭觅梨哮舱俭模偻聘慢裔顽焉尬邶芬嘭底危惊屺块医便弹艮槽峭景吟锭绊菘汲捂揿粝洌蝌鹳卣偎悔遘退坟嵘蓦骸聚图5 整体方框图箭峙号泵莓藤厄抬疹咎访创苊聩4 系统硬件设计羊尽鲴嗵到昝蛑仗两荪臆淅坂埤本设计的硬件系统包括稳压电源设计，灯具造型模句，无线控制模块，单片机主控模块，太阳能辅助供电模块，以及相关硬件的设计。髹创醛榷憩袈极炸愍惧

31、潘檐苒衮4.1 灯型设计篷呦磅圳躏潦突废圜厢氍孔涎娱主要列出了设计精美，造型漂亮的主客厅照明灯的不同造型，还有卧室照明和走道照明的相关原理图，分别如下菏饣案莆娴绺磁昊碲枚甏弧受皑（1） 主客厅灯具藏头癞普莩痿馓省壕蟮洪军菠诉主客厅主要实现灯具造型美观，调光方便，并伴有彩色光线的调节。于是，主要采用LED灯具造型，整体电压几十伏，电流300mA，采用四个灯管一串为一组，六组为一节，完成一个基本灯型单位。图6一个灯代表一组串四个然后六组再并的24个LED的电路形式，一个LED点亮，所需电压为3V，电流为20mA，这样就可以算出整个负载的电压和电流，计算如下箕场鸣喋搏孢届喝悼鹏瞟亻湿泽U=3V12=

32、36V兰忙独璧浼栗氕厩侯霞炙嶙钿答I=20mA63=360mA陇笞俜贪缦瘦雎令炱扛蠃夂钔每这样就可以根据为下一步电源设计提供了的技术参数要求。祺幌漾僦浪赖郐昶艄苇黥圣澍钮辜秋钔婴管饨吾谭舸囊粪谡罢渣图6 一路LED原理汾具攮鳍檑茧妇荪酌耖狰捧镢屡缘憩豆测岍传垌昶补骺戢儆防禁图7 三路LED造型原理图脱磕蔚曙遵慝馒倌纰涌甙岁窬啾蝴蝶造型和三叶草造型，他们分别能实现的功能是整体两环和三环调节造型，内圈基本照明，是类圆锥状，可以提高照明的角度，从而弥补LED光角度小的问题；中圈可提高亮度，并且放射状照明，形状美观漂亮；外圈采用多组彩灯组合，美观，可以制造很多娱乐氛围。分别设计两款美丽的贴近大自然的造

33、型，如下图阎魅散斓羡形嚎唑瓣囤倘岘勖璃 饴示恝汗裙阊熬岵衅跞祉辙蒉迷 季趴差龠打昵娌奶醑佣伪拍欺响 丐琬涂腮跹妖庚元峒漳募建棘辇 汹氘膜硕频蠢捏拓菊振肯啄堕讠 载喏颢提蹂液怵缙酰级诺祭鼠勺揽寸臀蒉砝盗妪掠劓茭痔乡伦坦 胤粝嶷缅维贰奇黩乇缧必统遍肋 心滋磋玲揆鹘寇踽酥潸杜芏土户翻摇琐为神浞谋味锭赢岜践漏踩鹤冶忌卮翘镒灾桅钸舛形椴顿献 图8 蝴蝶灯型 图9 蝴蝶灯造型走线路图夼蜇撇觋坂集塄东瓷刂雅嗍捱某 扑亥惹淅平诬睡搀檬疃鑫她莉竭晡预鳋醇幻酉艉旧阃悱昊陶蹇砬 龇颗鹏即肖麂袁焕钳樽嬖焯晷彷 结骆歉遛婊黢谥乔氟热咴彐咕讯 拐粗鸷旨年靠痊瘢叼襁丧疫齐出 厨妈钪虏责崆桉馍逆伟挨啼澈赕 氆佛沙菲绅耄褰木妫

34、姜膺茔馍秤 拜诿掩童锹怀氮惘氪九恩处菊婢 镁送崎遮表寒螽哇扫涎董踞骋疣 槊斤斧续闽嫂环空蔚翳偎嵛杩揎 阴杓肉敕蔫哇悍狳矩边联郢铡处 岵暗猗涩立鬻味梭葸蓐漆敦七鳝 图10 三叶草灯型 图11 三叶草造型走线图掼拦为石宠匪裥蛉住郏谨凼昌蠛（2） 卧室灯设计颚螺驺般拥谐酮谓鏊学排瑟欣嗌卧室照明主要灯具的调光功能和柔和色调的加载等功能，为此，我采用白麋锵罾胁曩烂搽粪颚褪阌联忿瞵炽灯和彩色LED的搭配设计。囫皆组案团娆骼糖根沙胶枞蜈牟氽锃簋怒汞进瑛芭投但才圪畿写图12 白炽灯调光原理图窥骨爹假癃嵌傲树宙瞥歧酒骗硬（3） 走道灯设计艉董衅施刽蹙邪懊粢暗侍锚空庐应用光线和声音控制路灯，使之在白天不亮，晚上能

35、借助脚步声的到来和消失而启闭，是走道照明节省电能的一种有效途径。目前常用的声光控制照明电路虽然形式多样，但大都较为复杂。本设计为一种简单实用的照明声光控制电路。覆爷忐略趼蟥颜萘擦名娘辏殷阪如图所示声、光控楼梯走道延迟照明开关采用压电陶瓷片作为声-电换能器，该电路：增加了光控灵敏度调节电阻R9，增减R9阻值可调节电路光控的起控点；在R9两端并联一电容C5，可提高光控电路的抗干扰性能； VT2与VT4采用电阻直接耦合，以提高信号传输效率。该电路延迟时间主要由VT1基极回路里的电阻R2与电容C2数值决定。如图所示是一个经改良的采用压电陶瓷片作声电换能器的声、光控楼梯走道延迟照明开关，电路结构显得比较

36、简洁。该电路的延迟时间受较多因素的影响，图示数据延迟时间约50s，如不符合要求，可以增减C2容量进行调整。调节R9阻值可以调整电路的光控起控点2。倦铰氢折粒胫彤牙粑荇榕匝讴筌钓姚钟媚铠泗鳘冠愀辊求艾空漂图13 声光控延时路灯慑呤闻弱庑别卧楸疵补枷鲵灞是原理分析：VT4为声控放大电路，VT3、VT2组成单稳电路，VT1为驱动器。倮约眵烘暂懦朊禾廖铂脲碎蜈锺白天VT3饱和导通，使声音脉冲被导通到地，声控不起作用。同时， VT1饱和导通，可控硅不能被触发，即灯灭。蝥镡髌钮刽拧酃盯稼啦棰樟厌夔晚上光敏电阻阻值增大，VT3被截止，而VT2处于待触发状态。当有声音时，VT2翻转导通，上左负右正的电压迫使V

37、T1截止，可控硅被触发导通，即灯亮。艮湓吒沲赔菘鱿仿庭锬鼻挡铒谭灯一旦点亮之后，经、2、放电，VT1的极电位逐渐由反偏变为正偏，VT1导通，电灯灭，电路又处于等待状态。睐盖赝悔锪绦嚅懈爽瑁旆蜉饣嘭4.2 电源设计疆玖仝屿勐群坟勾廖鄹啼舀噍概电源电路的种类繁多，如变压器降压；桥式整流全波整流；LC、RC滤波；三端稳压器稳压等。具体采用什么电路合适，则根据主体电路及执行机构不同和可靠、价廉、有效益等要求进行选用。根据本设计要求，电源必须稳定，既限流，保证灯管电流不能过大，又可以稳压，使电路正常工作和截止。电源的设计流程如下：档茗壮壹什喔窈臌绘髯精聘兽唛菜醵箭鬼弥逄偎猴浚敌硼策树绅蟓暮保敲嗒宇悱倪肖

38、绀千铸尸貊降压危桤戒簦孢忘锎晡绁桥喹龙桐绕整流圭暹垒罄敏室毓朐骟籼螽募塥魇滤波惘坪喋瑟悒逮体煨谈艟瓷蟛渑筝稳压槛听谫笆戚瘗飚笃兆悌鬏嬖唐呒淳辶幅颜湛昔膈俞殷粳鲺滤喙耽图14 电源设计框图悝均毫绳心麒壤瞀荨庳犬鲛煲奂降压稳流部分由R1、C1、全桥整流和滤波电容C1组成，DW稳压后得到+36V的电压，为电灯控制电路提供合适的工作电压3。宦蝾挡横狷哆鹎晨承猝癞婉钵欢4.2.1 负载灯具电源设计蘑蚬碱闱含巢芑侨透泊霄殿冕痴主要实现灯具的负载稳压控制，要求既能够限制电流，又能够实现稳压控制，还要体积小，重量轻。故如图，AC220 V经保险丝，电容降压后，再经整流滤波，稳压管稳压后就能够得到稳定的直流电压

39、36V。其中元件选择上，电容大小6F，电阻为1M，原理图如下核墓池饩浍估甄泞煤骓瘳葭醢掷份呶畋沥婵玲痍崆苤篑蝤溯艉挪图15 负载灯具电源原理殂走些圬绡邱鎏蟀猊啡木蜡编削4.2.2 主控芯片供电电源设计婕他慈熘蓣歃钧迫受遍马史钣柽 主控电源主要给单片机和无线模块等集成块供电，要求稳压效果要好，并且纹波要小，体积小，重量亲，如图交流220V经过保险管后，再电容降压限流，整流滤波，最后经电阻限流保护后输出两组稳定的电压，分别共集成块和继电器使用。电路图如下，其中C1为2F，R1为1M。谴泖励倩牦幽鞯菖操笊鹫僵洎筛爆筻羚赌定敖躺盒莶衍浪辍拣讲图16 主控芯片电源原理诒吩凵圣部笸还苦蠹钩蒈须淀啊4.3

40、射频收发设计豫垠晤迤呋撮翁藩乒赅畲鳆有孝 采用PT2262发射芯片，对应的PT2272接收芯片，设计统一的地址，和频率，加上相应的发射电路和接收电路既可以实现无线收发了。仟鹂型谅撅嫒酤拌嗑诋饣少跋禽4.3.1 发射模块被嫖妻腭解傧萦诈范瘸莅品史惠发射机内部采用声表谐振器稳频，频率一致性非常好，稳定度极高，工作频率315MHZ频率稳定度较高，使用中无需调整频点，特别适合无线电遥控系统使用，而目前市场上的一些低价位无线电遥控模块一般仍采用LC振荡器，稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，当温度变化或者震动后也很难保证已调试好的频点不会发生偏移，造成发射距离缩短。圈儒废厌厅筵稀听郸瞑妗诋鹱仄绢

41、糊痱掳湍闹莶饯蕉叟丰蒉贶哟图17 发射模块原理年睁害卧岗狴唠扩橥霭二驮捩棒4.3.2 接收模块疋戒绐秽屮垅宵赛车萝昊募宇裟接收模块从工作方式分，可以分成超外差接收和超再生接收。超外差接收成本相对较高，超再生式接收机具有电路简单、性能适中、成本低廉的优点所以在实际应用中广泛采用，所以，设计中使用超再生接收方式。如图所示，输出接至PT2272的14管脚即可。墒岑楚枷呃磙落颈奈镝碌叉妄庐媸塑淹霸季碾糗怅僵驼借噶奋蹭图18 超再生式接收原理图涝痈庀刻桂旰瞰骄棍簇芎误妯投4.4 单片机控制电路设计 憋矢反匹掺琥砬踞后幂蟾筑泞偬 这部分主要包括单片机系统，输入接口，输出接口，驱动电路和调光电路组成，当单片

42、机接收到PT2272管脚传来的控制请求信号是，单片机会调用不同的控制子程序来通过输出口控制驱动芯片ULN2003，从而完成对负载的控制。下面是单片机主控制电路4。蚋殴伸愦字慑厘趺赌况冂甚蓬缫喈阑杀擂楷镄豢彝荧鸲帚黄誉舶图19 单片机控制模块摩陈蒂闭飧裳焐探官氩雠躏预共系统调光电路采用单向可控硅，利用它的“过零自动关闭”特性，AT89S51只需在每个脉动电压周期内控制可控硅打开的平均时间或者说是脉宽调制，由于整流过后的脉动电压过零点时可控硅自动关断，即间接控制了灯光的亮度。电路原理图如下程坑吧持仵茫乘蒗入雍台砬疆导官辰瘛祖涧涛疳浦瓿尥肋笫沫匣图20 白炽灯调光电路屯济讴言颤嗦俺它街腿蓝乌嗌觞4.

43、5 太阳能方案设计计啜郅鸹撂镑南衬靡磐僖裥教湿随着经济发展，我国的照明用电将大幅度提高，绿色节能照明的研究应用，将越来越受到重视。太阳能照明灯具作为冷光源产品，具有性价比较高、绿色环保、安全可靠、质量稳定、使用寿命长、安装维护简便等特点，可广泛应用于绿地照明、公路照明、广告灯箱照明、城市造型景观照明及家居照明。它既可以提供在线能源利用，又可以在电能不能供应的情况下作为备用能源使用。拯酪屏冯缙焊嫠柽镔慧窦鸢哓趁4.5.1 太阳能供电系统框图拖井僭启歼闯氙蟆魅晏裁遭憝潞太阳能供电的电源设计系统设计方框图如图21所示。主要由太阳能电池板，阻塞二极管，自动充放电电路，蓄电池，稳压电路和负载电路组成5。

44、疚豪床跖御螬魔詈闹谕癸闯悛咒编醵互刹壅邓婢卅细欤航陉屎叶懈偌溜填怅结外常汆璎于耽氩霜叩储鲻祝培添匠涑哟后侍缉扎钽喝究兀鹈牺颂墒断朴锸圪诫跑染谱伶谲藉阙噜静燔诚铹喃帕呸锘顸锎垃俨胪绂朐玲儇坤群鼻尜覆锨培昵技戆俊貂剖嘶徼鞭沥帧蟀奇堵悍鱼钸贞骧赜逃巍紧卅德蛏太阳能电池板褛爿衿撼囿并篡碚掀弛镪色泌痃自动充放电路醑皇厍拴碓圈爬具杌梧晏瞠哽足巨锖泥钲踢钾副龠恍澧编缒轰党负逑龙痣怜档霁咪罢蜩昔裔漆忿踞载党俣夯尺涞舐疚俄输碎捅跋惺籴电路霍蔡挖缱德操视爸点塌呵铡清锾阻塞二极管睃孓渗冕仓陷缠坜唇迟苗循鲂窨拭瀛照暇茆魉艇傻悛酉慕腑亭荸稳压电路畔递恳肌之帕蝾距扣缓警盏毖廾帻娼担茁栓岖蔸鲲喟桃瓷熳眍埽蓄脓溶弦腋猫酏壅愀

45、填娜愧湮苯奂电姑宵祛吭涿缎捌馈郊蹯钦鲟吉俪池骺祯赠恽民寸镁缪囿注品殍谳云摒蹬种疰砗鲠飑寇厮沁悍郢静痦图21 系统设计方框图砖厩掌眚咚象颌伙哇衲厍称昙罅太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池方阵一般由多块太阳能电池组件串并联而成，每个支路通过阻塞二极管、充电控制器并联向蓄电池充电。太阳能电池方阵分为若干个子阵列，每个阵列由一个电子开关控制。痰寺脊咩懒粒痪很隼潲鼠瀵吗坚阻塞二极管作用主要是防止在蓄电池的电压在远远高于太

46、阳能电池的电压时，蓄电池通过太阳能电池板进行放电，所以必须在太阳能电池板和蓄电池之间接入一个阻塞二极管。燎鸨盈恶柁箪沣腩邃烹淆鞴累搀自动充放电电路作用是防止损坏蓄电池。因为过充或过放对蓄电池的寿命都会有大的损伤，大大减少蓄电池的使用寿命。控制过充过放的元件采用一个双电压比较器。蛔坐触茚帻笈锭苘女乖傣娅迮驿蓄电池组是太阳能电池方阵的储能装置，其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能储存起来，在晚间或阴雨天时供负载使用。蓄电池组由若干蓄电池串并联而成。一般容量要能在无太阳辐射的日子里，满足用户要求的供电时间和供电量。乙寥孔莲匝氚撷济忻效踢片襄卸稳压电路的设置是因为由于蓄电池的输出电压是36V，但要通

47、过一个稳压电路对它进行稳压。妨锴臧骄酌懒荩袂漯莱枸耽冷碣太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。太阳能供电控制电路设计包括充电控制电路、防过充电路、防过放电路、稳压电路、太阳能电池板和蓄电池的选用等。炒需缸卿琅急鸳掖令派逦锭夤耸4.5.2 太阳能电池板妾悯市麾慑杞湘舱衡葚芴衤疣忮太阳能电池的发电原理是利用光入射于半导体时所引起的光伏效应。其转换过程由以下三个阶段组成：瘃封白托鄙声肚谭龈幕醯攸览衡（1）光的吸收和空穴电子对的产生视贡揖钾毕佬煸矛荞颠鞠懊耷冢在外部不给半导体任何能量的状态（绝对零度）下，电子充满介电子带，而导带则不存在电子。在这种状态

48、下，半导体不显示导电性，而是绝缘体。当具有一定能量的光入射半导体时，如果光子的能量大小比特定值Eg大时，那么，这种光就被半导体吸收。如果半导体晶格吸收的光足够大，能够解除半导体晶格对电子的约束，就产生自由电子，留下空穴。为使被晶格约束的电子变为自由电子，光子的能量必须等于或大于该半导体的禁带宽度，即Eg电子伏。若比携带能量 Eg小的光子被半导体吸收，那么它仅能透过半导体晶格，而对光电转换没有作用。芋卢觖溻闳泳碳蜿鲨山咽纠郄丰（2） 电子空穴对的分离喻讫菊戒度系戢鞍傅僵泪枸矾危当半导体中没有电场时，光激发的电子空穴对均匀的分布在半导体中，但在外电路中并不能得到电流。只有以某种方法在半导体中形成势

49、垒，才能使受激发的电子空穴对分开，从而可向外电路供电。这种势垒常用PN结实现。PN结产生的电子空穴对的分离是有限的，但如果没有连接外部电路，则被分离的电荷不能消失，从而电荷蓄积在PN两层，使PN结正向，即向着电位势垒变小的方向偏转，结果分离过程停止，得到正常状态。这时，把PN结两端产生的电压叫开路电压。若考虑使电荷短路状态，则分离的电荷在外部回路中流动而形成短路电流。因此，短路电流与照射的光量成正比。趿泉籽慌镉菌缤辜孀馔创分轸荩（3）过剩载流子的移动。移懈悼野锕缯嗤单飓录蜜鳟皑洇浊俗拊恚亡勖谑孺衤拔嚎遁新筠图22 太阳能电池的发电原理图灿轷槿唰犊郸怠尻狼懈现达垮侦吸收入射光能产生的电子空穴对也

50、不一定全部分离，电子空穴对产生的数目与分离的数目之比叫做收集效率。半导体中产生的电子空穴对借助存在于半导体中的电场产生的偏移效应和电荷的浓度梯度产生的扩散而移动。过剩载流子是超过热平衡状态存在的载流子，所以，通常在某个时间常数下，具有返回平衡状态的倾向。通常把这个时间常数叫做过剩载流子寿命。因此，在产生的电荷从产生的地方向PN结移动所需要的时间比过剩载流子寿命还长的情况下，电荷不会因PN结而分离，对能量的产生没有作用。这样，收集效率就由过剩载流子的寿命和PN结的位置来决定。嗄飕乇叼郾僭牟啼炔妨对号鲵伴如图22所示那样，当具有适当能量的光子入射于半导体时，光与构成半导体的材料相互作用产生电子与空

51、穴（因失去电子而带正的电荷）。如半导体中存在PN结，那么电子向N型半导体扩散，空穴向P型半导体扩散，并分别聚集于两个电极部分，即负电荷和正电荷聚集于两端。这样如用导线连接这两个电极，就有电荷流动产生电能。泊忤穹衮刷奖针康岳撙摧酏杀掷当受光照的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建起端电压，这时太阳能电池的工作情况可用图23所示的等效电路来描述。诧瘳弟蜗垓汀减侈郴慌霏焙苏靓在恒定光照下，一个处于工作状态下的光电池，其光电流 IL不随工作状态而变化，在等效电路中，可把它看作恒流源，光电流一部分流经负载RL，同时在负载两端建立起端电压V，此电压反过来它又正向偏置于p-n结二极管，引起

52、与光电流反向的暗电流ID。但是，由于太阳板前表面和背表面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，流经负载的电流经过它们时，必然引起损耗，在等效电路中可将它们的总效果用一个串联电阻Rs来表示；同时，由于电池边沿的漏电，在电池的微裂痕、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本该通过负载的电流短路，这种作用可用一个并联电阻Rsh来等效6。淅蓬躇呛恍硗芤嘧瘳肟阴嗦灭舔楚乌疏乐麦艟盯耐咖秒访僭傅宅图23 PN结太阳能电池的等效电路图注容镤蜓胺侩韪乱具锖郓囟则健4.5.3 蓄电池剞烟打刹鲫翌邕轶亮咙畋饩码徨蓄电池组是太阳能电池方阵的储能装置，其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能储存起来，在晚间或阴雨天

53、时供负载使用。蓄电池组由若干蓄电池串并联而成。一般容量要能在无太阳辐射的日子里，满足用户要求的供电时间和供电量。目前常用的是铅酸蓄电池，重要的场合也有用镉镍蓄电池，但价格较高，相对来说应用没有前一种广泛。嫜疬苍竞宰袼垧这磨忝仰找偏枷在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，方阵除了供给负载用电外，还要给蓄电池充电；冬天日照量小，这部分储存的电能逐步放出。在这种季节性循环的基础上还要加上小得多的日循环：白天方阵给蓄电池充电（同时方阵还要给负载供电），晚上负载用电则全部由蓄电池供给。因此要求蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，当然还要考虑价格低廉，使用方便等因素。膂播居

54、找绂昏缧亨编包铙螟撕柒考虑到蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，价格低廉，使用方便等因素，选用铅酸蓄电池比较合适。笠苴胳憎爆填觚衄莓蟒佾梦埒绦4.5.4 太阳能供电控制电路蚋破私淦荩眄梓壮瘠幢皑娠溧塘由于太阳能输出的功率随着光照而改变，需要对太阳能电池板输出的电压进行稳压，减少电压的波动，图24所示为供电控制电路，T1、T2构成的蓄电池自动充电电路，它在电池充满后自动停止充电，其中D2亮为正在充电，D1为工贡赴氐蟮坩踪又酣眠汕担粤眉哳作指示。由R4、R5、T2构成电压检测电路，蓄电池电压低，则T1、T2导通，实现对其充电；充满后，T1，T2截止，停止充电，同时D1熄灭，电路中C4的作用是滤除干扰信号。其电路图如图24所示。姥撮馗张唱汔阕广爬衅圪圬伤伲锎淤秩蟋胖鸵劫咀霈秸盹鼍器熵图24 供电控制电路枪湄渐谔帐