智能照明系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于遙控控制的智能照明系統(tǒng)設(shè)專心-專注-專業(yè)1 緒論1.1 選題的目的與意義作為一名電氣自動化的學(xué)生，有許多課程，例如電子電工，單片機(jī)，plc等。這些知識令我興奮，最終我們的目的是把所學(xué)知識真正應(yīng)用于生活工作中。而在沒有看到這個題目時，我早已對家庭智能家居充滿了興趣，總想著自己能動手做出簡單的智能控制應(yīng)用在自己的家庭。基于遙控控制的智能照明系統(tǒng)設(shè)計是我選擇的設(shè)計題目，希望通過自己所學(xué)知識來實現(xiàn)自己家庭的智能化。智能照明目前已經(jīng)有了一定的市場，為我們的工作生活提供了便利，但對于普通家庭來說，現(xiàn)在的智能化還沒有真正深入人心，沒有真正融入到普通家庭。而本設(shè)計針對普通家庭的照

2、明情況使家居智能化更好的應(yīng)用在家庭，服務(wù)于家庭。智能照明能夠營造更好的照明環(huán)境，在特定的場合人們會對照明環(huán)境有不同的要求，在這種需求的驅(qū)使下，我希望能對智能照明有更深入的了解，服務(wù)于自己。1.2 智能照明發(fā)展現(xiàn)狀照明的智能化是人們需求下的成果。在智能照明最初進(jìn)入我國時，并不能得到人們的認(rèn)可，這其中有許多原因，如價格較貴，沒有向人群大力度推廣等，導(dǎo)致智能照明的市場不能快速的在國內(nèi)發(fā)展起來。隨著時間的累積，人們認(rèn)識的提高，智能照明也快速發(fā)展起來。但智能照明市場也在飛速前進(jìn)的路上遇到了一些絆腳石，除了各種照明行業(yè)的質(zhì)量價格等標(biāo)準(zhǔn)不同，還有就是普通消費者的接受能力低，使得智能照明一直無法大面積普及開來

3、1。2 智能照明系統(tǒng)概述2.1 智能照明系統(tǒng)簡介該智能照明系統(tǒng)應(yīng)用于我的家庭，對家里的客廳、衛(wèi)生間以及樓道門前燈的照明進(jìn)行集中控制。遙控控制部分主要采用兩種遙控控制方式，一種主要以單片機(jī)為核心，制作紅外遙控的發(fā)射裝置與接收裝置，用獨立按鍵控制來實現(xiàn)家庭客廳等房間的照明，以單片機(jī)控制燈具的亮滅，制作直流5V電源模塊給單片機(jī)供電，制作12V的開關(guān)電源對整個照明燈具進(jìn)行供電。另一種則利用熱釋電紅外感應(yīng)開關(guān)對衛(wèi)生間和樓道燈的照明進(jìn)行單獨控制。而燈組的選擇上，客廳、衛(wèi)生間采用1W350mA大功率LED燈珠制成燈帶，根據(jù)各房間照明需求，進(jìn)行燈帶的組合配置，樓道燈則采用小功率LED2。2.2 智能照明系統(tǒng)工

4、作原理2.2.1 紅外遙控系統(tǒng)工作原理紅外遙控系統(tǒng)由最簡單的紅外發(fā)射系統(tǒng)和紅外接收系統(tǒng)組成。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，遙控發(fā)射將所要完成的命令發(fā)射出去，它的組成一般為按鍵系統(tǒng)，由單片機(jī)組成的編碼系統(tǒng)，還有基于紅外發(fā)射頭的驅(qū)動發(fā)射電路。將信號發(fā)出去后，由紅外接收系統(tǒng)對信號進(jìn)行解碼接收，在這里我的遙控接收系統(tǒng)有基于一體化紅外接收頭的信號接收電路，此電路對遙控信號進(jìn)行接收，然后把信號傳給單片機(jī)進(jìn)行解碼，解碼后根據(jù)相應(yīng)指令對外部電路做出動作。我的外部電路主要是照明燈具和蜂鳴器，根據(jù)單片機(jī)軟件的設(shè)計可對照明燈具進(jìn)行延時關(guān)閉和逐漸點亮及熄滅控制；而蜂鳴器則作為遙控提示音，防止發(fā)出無效指令3。圖1 紅外遙控系

5、統(tǒng)原理框圖2.2.2 熱釋電紅外開關(guān)系統(tǒng)工作原理熱釋電紅外開關(guān)系統(tǒng)一般由三部分組成，菲涅爾透鏡，熱釋電傳感器和信號處理電路。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，菲涅爾透鏡對檢測到的人體紅外光譜進(jìn)行聚焦，聚焦后送給熱釋電傳感器，而傳感器輸出的信號比較弱，所以由信號處理電路對信號進(jìn)行放大處理等，進(jìn)而對外部設(shè)備進(jìn)行控制。在本設(shè)計中針對家庭衛(wèi)生間采用熱釋電紅外開關(guān)對照明燈具進(jìn)行無線控制。它的特點是，當(dāng)人體進(jìn)入監(jiān)測范圍時，傳感器檢測到信號，將信號傳給信號處理電路，對LED燈進(jìn)行開關(guān)控制。它的最大優(yōu)點是，有人時控制照明設(shè)備一直點亮，直到人離開，而人離開后信號處理電路會進(jìn)行短暫延時后將照明設(shè)備熄滅。利用光敏電阻的特性，

6、白天光線強(qiáng)時則不對人體紅外信號響應(yīng)4。圖2 熱釋電紅外開關(guān)系統(tǒng)原理框圖3 智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 單片機(jī)的選擇及主要電路 圖3 AT89C51芯片和AT89C2051芯片在單片機(jī)的選擇上，用了兩片單片機(jī)芯片。如圖3所示，一個AT89C2051芯片為20個管腳，用在遙控發(fā)射器上。一個為AT89C51芯片為40個管腳用在遙控接收電路中5。因為遙控發(fā)射電路只用了六個按鍵電路和一個發(fā)射電路，所需IO口較少，選擇AT89C2051芯片即可滿足需求，并且體積相對較小，適合遙控器制作要求。IO口配置為P1作為按鍵輸入，P3.5作為信號輸出口。而遙控發(fā)射電路所需IO口較多，單片機(jī)芯片選擇為AT89C51。

7、主要利用P2口作為輸出驅(qū)動口；RST作為復(fù)位電路的IO口；P3.2（INT0）和P3.0（RXD）作為紅外信號接收口。3.1.1 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路是為單片機(jī)提供一個復(fù)位功能，復(fù)位就是單片機(jī)的初始化操作，讓程序從頭開始執(zhí)行工作。也可以通過手動按鍵復(fù)位使單片機(jī)工作前數(shù)據(jù)全部清零，以保證能夠正常的運(yùn)行程序。除了運(yùn)行系統(tǒng)前需要初始化，還有在程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)混亂或操作過程中不恰當(dāng)行為使系統(tǒng)處于死機(jī)狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵重新啟動該程序。電路圖如圖4所示6。圖4 單片機(jī)復(fù)位電路3.1.2 時鐘電路本設(shè)計中我們采用的是12MHz石英晶體，電容容量為30pF。電路圖如圖5所示。圖5 振蕩電路3.2 紅外遙控

8、發(fā)射電路紅外遙控發(fā)射電路主要組為：六個獨立按鍵，單片機(jī)，紅外發(fā)射驅(qū)動電路和一個5V直流電源。發(fā)射框圖如圖6所示，紅外發(fā)射功能的實現(xiàn)主要依靠單片機(jī)的編碼，每個按鍵都對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)碼，因為紅外接收頭的接收頻率為38KHz，所以單片機(jī)發(fā)出38KHz的脈沖信號，將數(shù)據(jù)信號發(fā)送出去。在這里由兩個三極管進(jìn)行信號的放大傳給紅外發(fā)光管。按鍵輸入電路應(yīng)用單片機(jī)P2口，紅外發(fā)射應(yīng)用單片機(jī)P3.5管腳7。圖6 紅外發(fā)射框圖3.2.1 遙控按鍵電路按鍵電路為6個獨立按鍵，這種獨立鍵盤相對簡單，采用延時重復(fù)掃描法消除按鍵過程中的抖動現(xiàn)象。按鍵電路如圖7所示，按鍵直接接在P2管腳，另一端接地。按鍵的功能，K1至K5控制客

9、廳的照明系統(tǒng)，通過按鍵，可實現(xiàn)燈具亮燈數(shù)目的開關(guān)，共有五個燈條，一個按鍵控制一路燈條，進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。K6可為這盞燈具的總開關(guān)，可與其他五個按鍵區(qū)分開，進(jìn)行總控制，實現(xiàn)五條燈帶的總開和總關(guān)。圖7 按鍵電路3.2.2 紅外發(fā)射電路紅外發(fā)射電路是將單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號進(jìn)行放大，再由紅外發(fā)光管發(fā)射出去。本設(shè)計選用SIR333發(fā)光管，SIR333正向電流值為75mA，正向電壓為典型值為1.3V,所以在紅外發(fā)射頭前串接限流電阻，此阻值為25。單片機(jī)將編好的信號發(fā)送出去，最重要的是要將信號調(diào)制在38KHz的載波上。而從單片機(jī)IO口發(fā)出的電流一般為20mA，再加上限流電阻的限流，無法直接驅(qū)動紅外發(fā)射頭，所以要

10、對電流進(jìn)行放大，在這里采用兩個s8050三極管，將電流信號放大。發(fā)射電路如圖8所示。3.3 紅外遙控接收電路紅外遙控接收電路主要依靠一體化紅外接收頭，對遙控發(fā)出的信號進(jìn)行接收，之后傳給單片機(jī)進(jìn)行解碼。接收框圖如圖9所示。在這里紅外接收頭選用HS0038B，實物圖如圖10所示，用于接收38KHz的紅外信號。HS0038B接收頭功能很強(qiáng)大，不僅僅是對信號接收，還能對信號進(jìn)行放大，檢波，整形。在它的輸出端輸出TTL電平信號，這種信號能被單片機(jī)準(zhǔn)確識別。在單片機(jī)接收到信號后，產(chǎn)生中斷，開始接收紅外信號，對信號進(jìn)行解碼后，做出相應(yīng)動作，驅(qū)動外部設(shè)備。此接收電路主要為基于紅外接收頭的接收電路，然后送給單片

11、機(jī)解碼。接收電路如圖11所示。圖8 紅外發(fā)射電路圖9 紅外接收框圖圖10 一體化HS0038實物圖圖11 紅外接收電路圖3.4 熱釋電紅外開關(guān)電路在衛(wèi)生間的燈組控制上，因為其使用頻率并不高，而且不能每次進(jìn)入衛(wèi)生間都要用遙控器進(jìn)行LED燈的控制，這樣沒有實現(xiàn)照明的智能化，還給人帶來麻煩，不如直接在墻上使用按鍵開關(guān)。所以對衛(wèi)生間的LED燈的控制上采用熱釋電紅外開關(guān)控制。當(dāng)有進(jìn)入監(jiān)測范圍時，燈開啟，并且持續(xù)導(dǎo)通，只有當(dāng)人離開后傳感器開關(guān)電路才動作，并且是延時后將燈熄滅。這樣人來燈開人走燈滅的控制方式，不僅方便人們的使用，而且很大程度上節(jié)約了電能?；跇堑罒羰褂玫念l率及要求，因為老式的樓道燈通常采用聲

12、光控的方式，只有當(dāng)聲音分貝達(dá)到70，才會觸發(fā)控制開關(guān)，這樣不僅難以開啟，還會影響他人，所以其開關(guān)的控制方式也采用熱釋電紅外開關(guān)。在白天由于光敏電阻的作用，即使監(jiān)測到有人，紅外開關(guān)也不會動作。只有光照強(qiáng)度低到一定程度時，人走到其監(jiān)測范圍時燈才會自動亮起，人走出監(jiān)測范圍，自動延時后熄滅，它的智能化控制給人帶來親切感，就像是在迎接自己，不僅大大節(jié)省了電能，還給人們帶來自動化控制的美好體驗。其工作流程圖如圖12所示8。圖12 熱釋電紅外開關(guān)工作流程圖熱釋電紅外開關(guān)的電路原理圖如圖15所示：當(dāng)有人進(jìn)入監(jiān)測范圍時，人體特殊的紅外光譜首先被菲涅爾透鏡接收，此透鏡對光譜進(jìn)行聚焦后送給熱釋電傳感器，傳感器實物圖

13、如圖13所示，傳感器輸出電壓信號，使該信號通過帶通濾波器（是一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設(shè)備），在此頻段由 C1、R1、R2組成，中心頻率計算式子為：fc=1/2R1R2C1 (1) 因為熱釋電紅外傳感器輸出電壓信號比較微弱，這時候就用到信號放大電路，此電路主要是由BISS0001芯片組成，芯片內(nèi)部原理如圖14所示，將輸入的電壓信號分別經(jīng)過放大器OP1和OP2進(jìn)行一級和二級放大，送給電壓比較器COP1、COP2進(jìn)行比較，防止干擾，檢出有效信號Vs；這時條件比較器COP3對管腳9的Vc和比較器的Vr進(jìn)行比較，只有Vc>Vr時，觸發(fā)信號Vs才能向下輸出，之后則可開啟延遲計時器，

14、將信號從Vo輸出。在BISS0001芯片的RR1和RC1即第3和第4引腳上連接的電阻R10和電容C6為延時時間的確定，一般采用延遲時間：Tx67025R10×C6 (2)若R10=47K,C6=10nF,時間約為31.5S。而RC2和RR2即第5和第6引腳上連接的電阻R9和電容C7為觸發(fā)封鎖時間的確定，一般采用封鎖時間：Ti60R9×C7 (3)若R9=1M,C7=100nF,時間約為6S。R3是光敏電阻，用來檢測室內(nèi)環(huán)境的光強(qiáng)。當(dāng)外部光照強(qiáng)度較大時，光敏電阻阻值會變小，即使檢測到人體紅外信號也不會觸發(fā)開關(guān)，從而達(dá)到節(jié)能的效果。BISS0001有兩種工作模式，當(dāng)與開關(guān)1相連

15、時，即連續(xù)的工作模式，有人體紅外信號時，開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通，無人體紅外信號時，繼續(xù)延時一段時間后關(guān)閉；當(dāng)與開關(guān)2相連時，為單次觸發(fā)工作模式，即接收到一次信號后只進(jìn)行一段時間的延時后關(guān)閉，不能重復(fù)觸發(fā)9。圖13 熱釋電紅外傳感器D203S實物圖圖14 BISS0001芯片原理圖圖15 熱釋電紅外開關(guān)電路圖3.5 燈具模塊電路在燈具的選擇，我選擇了現(xiàn)在主流的LED燈。LED與普通的白熾燈，熒光燈相比起來，有許多優(yōu)點：高亮度，超長壽命，超低功耗等，而它最大的一個優(yōu)點是長壽命。另外，LED燈個體小，在照明設(shè)計中可達(dá)到自由化。所以在客廳的LED燈組在設(shè)計上采用5條LED燈帶，對應(yīng)遙控鍵盤的K1至K5按鍵，并用

16、紅外接收單片機(jī)P2口的P2.7至P2.3管腳進(jìn)行控制，可對五條燈帶進(jìn)行分別單個控制，這樣可以選擇開啟LED燈帶的條數(shù)，從而控制整個客廳的照明亮度。而K6按鍵則為5條燈帶的總開關(guān)，在開啟時5條燈帶全部開啟，而在關(guān)閉時有幾條燈帶亮著就關(guān)閉幾條燈帶。在設(shè)計上，首先對LED燈帶的開啟實行逐漸點亮的控制，并對LED燈的關(guān)閉實行逐漸熄滅的控制。這樣的相對舒緩的燈光效果設(shè)計對人眼的視覺帶來美好的享受，不會因為燈的突然點亮或熄滅而刺激眼睛。最后在LED燈帶的關(guān)閉上實行延時關(guān)閉，并且延時后也可以實施逐漸熄滅，將燈關(guān)閉。這樣的方式的設(shè)計為晚上按下遙控開關(guān)后，燈不會立即熄滅，作為暫時的輔助照明，讓人有足夠的時間進(jìn)行

17、接下來的活動，避免不必要的傷害；或者晚上出門前，按下遙控開關(guān)，對接下來的出門也可提供暫時的輔助照明。本次設(shè)計為達(dá)到日常生活照明效果，從查到的相關(guān)資料得知，按家庭照明大約每平方米3W的照明效果，我選擇了深圳市格美芯光科技科技有限公司的1W的大功率燈珠XB-D，燈珠信息圖如圖16所示，具體參數(shù)為：功率1W，可通過的最大電流350mA，采用的電壓為2.85V，亮度為122LM每瓦。在LED燈電路的設(shè)計上，把四個燈珠串聯(lián)起來，形成一條小燈帶，燈條采用暖白色和黃色兩種，再根據(jù)不同房間的面積以及照明需求再進(jìn)行并聯(lián)。以我的家庭為例，客廳用5條小燈帶并聯(lián)，照明燈功率可達(dá)到20W，電流為1.75A，用12V的電

18、源對燈帶供電即可實現(xiàn)照明效果。而衛(wèi)生間因為面積小，對光的要求不高，采用2至3條小燈帶就能滿足照明效果10。圖16 1W大功率燈珠信息圖因為使用的LED燈總電流和總功率較大，不能用單片機(jī)直接驅(qū)動控制，所以單片機(jī)對LED的控制電路上，采用達(dá)林頓驅(qū)動器ULN2803，芯片如圖17所示。單片機(jī)5V的電壓就能驅(qū)動它，而輸出擊穿電壓則達(dá)到50V，每個管腳的輸出電流最大值為500mA，作為單片機(jī)與LED燈組之間的接口是很好的選擇。燈具模塊電路如圖19所示。圖17 ULN2803芯片在實際LED燈型的設(shè)計上，基于家庭客廳戶型一般為長方體形的構(gòu)建方式，客廳吸頂燈的LED燈珠的擺放上我采用兩個相對的心形形狀，其整

19、體的照明效果可滿足戶型的要求。LED比白熾燈、節(jié)能燈更為聚光，所以我采用相對較分散的燈珠排列方式，但整個燈型的中心部位燈珠較為密集，整個客廳亮度由中心向四周降低，可滿足客廳照明。燈型設(shè)計為圖18所示11。圖18 LED燈型設(shè)計圖圖19 LED燈模塊電路圖3.6 電源模塊電路3.6.1 阻容降壓電源電路本阻容電源是為家庭門前燈（樓道燈）而設(shè)計的。因為樓道燈的工作性質(zhì)，有人到來時燈亮，沒人時燈滅，不用長時間持續(xù)供電，而且一般不會和人體接觸，供電要求不高。而它獨有的特點，電源結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、體積較小，實用經(jīng)濟(jì)可靠，相比于線性直流穩(wěn)壓電源體積大、重量較重、成本較高的特點，阻容電源是很好的選擇；另外樓道燈所

20、需電源電壓、電流小，所以不用可以提供大電流大功率的開關(guān)電源。但它唯一的缺點是安全性沒有帶變壓器降壓的電源電路的高。阻容電源電路如圖20所示12。圖20 阻容電源電路圖本電路設(shè)計最重要的元件電容起到限制負(fù)載電流和降低電壓的作用。利用電容產(chǎn)生的容抗來限制負(fù)載端的電流。電容上容抗的計算公式為：Xc=1/2fc (4)上式中Xc為電容容抗，f為220V交流市電頻率，c為電容的容量1uF。通過電容的電流計算式子為I=U/Xc，式中U為交流220V，Xc為電容容抗。在本負(fù)載LED燈組上，因為所需供電電壓為5V，遠(yuǎn)小于交流220V，可簡單將電容和電流的比例關(guān)系換算為I=69C即69mA，這里電流和電容的單位

21、分別是mA和uF。3.6.2 開關(guān)電源模塊在供電電源的選擇上，由于燈組的設(shè)計使用低電壓，大電流的大功率LED燈珠，要對多盞燈具集中供電，因為一條燈帶電壓約為12V，對多條燈帶供電，總電流我選用3.5A左右，功率在50W左右，為之后再安裝其他燈具留下余量。并且要對單片機(jī)進(jìn)行長時間5V直流供電，將12V直流穩(wěn)壓為直流5V，對供電電源要求較高，所以實際應(yīng)用中我采用凱澤電源公司的迷你型開關(guān)電源，型號為KMS-60-12，KMS-60-12實物圖如圖21、圖22所示，輸入電流為交流90至264V輸出電壓為12V DC，輸出電流最大為5A，輸出功率最大為60W。圖21 開關(guān)電源KMS-60-12實物圖圖2

22、2 開關(guān)電源內(nèi)部實物圖開關(guān)電源原理為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷的時間比，從而維持穩(wěn)定的輸出電壓，其電路組成一般為以脈寬調(diào)制電路為核心控制集成電路和一些場效應(yīng)管。它的顯著特點為體積小，重量小，效率高，功耗小轉(zhuǎn)化效率高，安全穩(wěn)定。開關(guān)電源組成一般為四大部分：主電路，控制電路，檢測電路和輔助電源。而在本設(shè)計應(yīng)用中，主要應(yīng)用它的主電路功能。開關(guān)電源的基本原理為，把輸入的交流電先通過變壓器隔離變壓，再用電容濾波，通過二極管組成的橋式電路把交流電整流為直流電，之后通過脈寬調(diào)制器控制高頻開關(guān)管和開關(guān)變壓器將直流電轉(zhuǎn)換成高頻脈沖電壓，在高頻二極管的作用下，對脈沖的電壓進(jìn)行整流，之后再通過濾波

23、后，就可得到直流電。而要得到穩(wěn)定的電壓，需要將輸出取樣反饋給脈寬調(diào)制器，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓。開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計原理框圖如圖23所示。圖23 開關(guān)電源系統(tǒng)原理框圖除了用12V開關(guān)電源給LED燈組供電外，還得對單片機(jī)系統(tǒng)持續(xù)供電，所以用7805穩(wěn)壓電路將12V直流進(jìn)行穩(wěn)壓變?yōu)?V，對單片機(jī)進(jìn)行供電。電路圖如圖24所示：圖24 直流5V電路3.7 蜂鳴器電路單片機(jī)不能直接驅(qū)動蜂鳴器，而對于單片機(jī)IO口的驅(qū)動能力，高電平比低電平弱很多。單片機(jī)保證邏輯電平時的電流大約為5mA，但不用確保電平時，電流可達(dá)到十幾毫安。所以在進(jìn)行蜂鳴器電路設(shè)計時，控制方式選擇低電平有效，IO口輸出后加限流電阻，后接功率驅(qū)動三極管

24、提高功率來驅(qū)動蜂鳴器。蜂鳴器電路圖如圖25所示。蜂鳴器的設(shè)計，是為了在遙控接收端接收到信號時作為提示，因為燈組智能設(shè)計用到延時關(guān)的功能，為防止按下遙控按鍵但單片機(jī)并沒有動作，人離開后造成關(guān)燈失敗。圖25 蜂鳴器電路圖4 智能照明系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計思想在本設(shè)計中，應(yīng)用到單片機(jī)，也就是程序的設(shè)計，和硬件外部電路，結(jié)合起來去完成相應(yīng)的電路設(shè)計及功能。遙控控制的智能照明系統(tǒng)中，最重要的就是程序設(shè)計這部分。由單片機(jī)編碼控制紅外遙控的發(fā)射信號，由此接收端的單片機(jī)進(jìn)行解碼工作，進(jìn)而通過IO口去控制外部受控設(shè)備，也就是燈具模塊，從而完成紅外遙控控制。本設(shè)計主要對客廳LED燈組基于單片機(jī)進(jìn)行智能控制，

25、包括LED燈的延時關(guān)，燈亮度的調(diào)節(jié)，燈逐漸點亮和熄滅13。4.2 紅外編碼方法及標(biāo)準(zhǔn)紅外遙控控制的程序編寫中，以脈寬寬度的不同去進(jìn)行二進(jìn)制信號的編寫。在整個發(fā)射接收過程中，由紅外發(fā)射端的單片機(jī)進(jìn)行編碼發(fā)送。二進(jìn)制信號1用組合為周期1.12ms，0.56ms的低電平間隔，0.56ms的高電平脈寬來表示。二進(jìn)制信號0用組合為周期2.24ms，1.68的低電平間隔，0.56ms的高電平脈寬來表示。編碼圖如圖26所示。圖26 二進(jìn)制編碼1和0引導(dǎo)碼是我們常說的起始碼，作為信號的開始。信號圖如圖27所示，這里我采用脈寬寬度高電平為5ms，低電平為3ms。圖27 起始碼信號圖為了把各種種類的遙控系統(tǒng)區(qū)分開

26、來，我們引入識別碼，也叫做系統(tǒng)碼，它的作用是進(jìn)行遙控制控制時，不會對其他遙控系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤動作。為實現(xiàn)各種控制功能，采用控制碼去區(qū)別并控制不同設(shè)備。為了不會在接收端產(chǎn)生錯誤，所以再加入識別反碼和控制反碼，在數(shù)據(jù)傳輸校對時更加準(zhǔn)確。這些數(shù)據(jù)碼通常用0和1表示的八位二進(jìn)制數(shù)來表示，前十六位是控制不同的遙控裝置，后十六位是對一種遙控設(shè)備進(jìn)行不同的脈沖控制功能。4.2.1 二進(jìn)制信號調(diào)制由遙控發(fā)射端的單片機(jī)進(jìn)行調(diào)制二進(jìn)制信號，這里以二進(jìn)制數(shù)101為例。二進(jìn)制信號調(diào)制如圖28所示，A波形為單片機(jī)編碼二進(jìn)制信號101。調(diào)制到頻率為38kHz的脈沖，波形為B。最后將調(diào)制后的脈沖信號作為遙控紅外發(fā)射管將要發(fā)送的

27、波形，為波形C。圖28 二進(jìn)制信號調(diào)制4.2.2 二進(jìn)制信號解調(diào)在遙控發(fā)射端發(fā)出紅外信號后，在接收端要對二進(jìn)制信號進(jìn)行解調(diào)，信號解調(diào)圖為圖29所示，在這里解調(diào)的功能由HS0038B一體化接收頭來承擔(dān)。用上面圖28中的C脈沖信號為例。圖29 二進(jìn)制信號解調(diào)圖最后由單片機(jī)對紅外發(fā)光頭傳輸來的波形信號進(jìn)行解碼，就可以得出發(fā)射端的數(shù)據(jù)，即舉例的二進(jìn)制數(shù)據(jù)101。4.3 編碼發(fā)射軟件設(shè)計遙控按鍵的信息被單片機(jī)編碼，來確定用戶要求。以引導(dǎo)碼信號作為開頭，同時將單片機(jī)預(yù)設(shè)的十六位二進(jìn)制數(shù)據(jù)識別碼信號和反識別碼信號，連同十六位二進(jìn)制數(shù)據(jù)作為控制信號功能的控制碼信號和控制反碼信號生成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，作為脈沖信號形

28、式發(fā)送出去。數(shù)據(jù)發(fā)送子程序被調(diào)用四次，用來發(fā)送四個八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。最后在數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束時以結(jié)束碼1標(biāo)志結(jié)束。發(fā)射主流程圖如圖30所示，而本編程設(shè)計中編碼數(shù)據(jù)如表1所示14。表1 遙控編碼數(shù)據(jù)識別碼識別反碼控制碼控制反碼按鍵1ABH54H10HEFH按鍵2ABH54H20HDFH按鍵3ABH54H30HCFH按鍵4ABH54H40HBFH按鍵5ABH54H50HAFH按鍵6ABH54H60H9FH圖30 紅外遙控發(fā)射主程序流程圖紅外發(fā)送子程序的功能是將四個八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)發(fā)送出去。四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)在累加器中從高位開始一次被發(fā)送出去，發(fā)送子程序依次發(fā)送的數(shù)據(jù)為累加器中的八位二進(jìn)制數(shù)。當(dāng)數(shù)據(jù)位為1時，先

29、發(fā)送0.56ms的低電平，當(dāng)數(shù)據(jù)位為0時，則發(fā)送1.68ms的低電平。然后打開中斷，使定時器T1口產(chǎn)生周期為26us的脈沖信號，即頻率為38kHz，持續(xù)時間為0.56ms。即可形成0.56ms低電平，0.56ms高電平信號，發(fā)送數(shù)據(jù)位1；為1.68ms的低電平，0.56ms的高電平信號，發(fā)送數(shù)據(jù)位0。一位數(shù)據(jù)發(fā)送完成時，脈沖發(fā)送完畢，關(guān)閉中斷。直至發(fā)送完一個八位二進(jìn)制數(shù)，則本次發(fā)送子程序完成，退出發(fā)射子程序。發(fā)射子程序流程圖如圖31所示：圖31 發(fā)射子程序流程圖4.4 編碼接收軟件設(shè)計紅外接收頭對遙控發(fā)射信號進(jìn)行接收，而接收頭在沒有信號觸發(fā)時為高電平，有信號到來時為低電平。所以在收到紅外發(fā)射信

30、號的引導(dǎo)碼(起始碼)時也是取反的，為5ms的低電平信號和3ms的高電平信號，在有信號到來時會觸發(fā)單片機(jī)中斷，所以必須確認(rèn)是否為真正的紅外信號，可對接收到的信號進(jìn)行判斷，若信號為低電平并且時間多于4ms，就可以確定此信號為紅外信號的引導(dǎo)碼，接下來引導(dǎo)碼還有一個3ms的高電平，則可利用單片機(jī)程序設(shè)計，跳過這個3ms的高電平，單片機(jī)就可以接收紅外數(shù)據(jù)信號了。數(shù)據(jù)接收開始后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼還原才是軟件設(shè)計的關(guān)鍵所在，在之前的編碼標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)置二進(jìn)制數(shù)據(jù)1周期為1.12ms，二進(jìn)制數(shù)據(jù)0的周期為2.24ms，兩者的信號占空比不同，即可設(shè)定一個1ms的延時，對其信號進(jìn)行取樣，若1ms變?yōu)榈碗娖絼t為1；若還是

31、高電平則為0。這樣就能準(zhǔn)確的讀取并還原接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。脈寬信號判定如圖32所示15。圖32 單片機(jī)對接收信號進(jìn)行判定紅外遙控接收主程序流程圖如圖33所示，在程序開始后，首先進(jìn)行各個端口的初始化，并且把中斷打開，之后單片機(jī)對接收到的引導(dǎo)碼（起始碼）進(jìn)行識別，如果引導(dǎo)碼正確，接下來就可以進(jìn)入讀碼子程序。因為有四個八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，所以讀碼子程序會被調(diào)用四次。讀碼子程序調(diào)用結(jié)束的標(biāo)志是收到結(jié)束碼1，之后單片機(jī)開始對相關(guān)IO口動作，實現(xiàn)相關(guān)功能。圖33 紅外遙控接收主程序流程圖子程序的功能是對輸入單片機(jī)的信號進(jìn)行解碼，流程圖為圖34所示，解碼原理根據(jù)二進(jìn)制數(shù)1和0的高電平時間長度不同，在高電平到達(dá)后

32、延遲1ms，再對電平進(jìn)行取樣，若變?yōu)榈碗娖絼t知道是原碼1；若還是高電平則知道是原碼0。對電平取反后就可得出二進(jìn)制的原碼，將得到的數(shù)據(jù)依次送到累加器中。如果數(shù)據(jù)讀取完畢，就退出子程序。 圖34 讀碼子程序流程圖4.5 PWM設(shè)計在設(shè)計中為實現(xiàn)LED燈的逐漸點亮和熄滅，這里采用單片機(jī)程序的設(shè)計來輸出PWM。而PWM是周期一定即輸出脈沖頻率一定，通過控制高電平和低電平的時間來控制脈沖的占空比，改變占空比從而改變輸出的平均電壓，實現(xiàn)LED漸亮和漸滅。在客廳LED燈組的控制上，設(shè)計為實現(xiàn)LED燈5S由熄滅逐漸變亮直到最亮。在LED的原理上，這里我們將亮度分為500個等級，設(shè)置調(diào)整占空比的變量C1，初值為

33、0，最大值為500；控制周期的變量C2。即占空比0.01S變一次，在0.01S內(nèi)周期變量C2由0遞增變?yōu)?00再變?yōu)榱?，?.02msC2加一，在C2變化過程中，將C1和C2進(jìn)行比較，當(dāng)變量數(shù)值C2小于C1時輸出高電平，否則輸出低電平。這樣C1不斷變化，即可形成一個占空比不斷變大的輸出信號。所以在關(guān)燈時,同樣可實現(xiàn)LED逐漸變暗直到完全熄滅。這時C1值為500，每0.01S減一，最小值為0。并將C2和C1比較，當(dāng)變量數(shù)值C2小于C1時輸出高電平，否則輸出低電平，就形成一個占空比不斷減小的輸出信號。圖35為輸出高低電平不斷變化的方波，即占空比由0變?yōu)?的過程。圖35 占空比不斷變化的方波LED燈

34、電壓為3V，我們不斷改變占空比即可實現(xiàn)輸出平均電壓從0-3V或者3-0V的改變，進(jìn)而實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)。我們選擇占空比為30%，60%和90%作為例子，如圖36所示，對應(yīng)電壓為0.9V，1.8V和2.7V。圖36 不同占空比對應(yīng)的方波圖5 結(jié)束語這次畢業(yè)設(shè)計選擇了一個非常感興趣的題目，即遙控控制的智能照明系統(tǒng)設(shè)計?？吹街悄苷彰飨到y(tǒng)后，我第一個想法就是應(yīng)用在自己的家里，能把自己家庭的照明設(shè)施改進(jìn)，甚至改成智能控制的，我相信這應(yīng)該是一件令人愉快的事情。所以在這次設(shè)計中我以自己的家庭布局為背景，分別對客廳，衛(wèi)生間和樓道燈的照明進(jìn)行了智能化改進(jìn)。以單片機(jī)為核心，采用紅外遙控控制，用一個遙控器控制房間的照明。并且用熱釋電紅外開關(guān)對衛(wèi)生間，樓道燈進(jìn)行無線控制。本設(shè)計中我覺得遙控編解碼是重點，包括遙控發(fā)射的編碼，遙控接收的解碼，因為自己掌握知識有限，所以我查閱了許多資料，最終選擇了一種相對簡單的紅外控制方式，就是用單片機(jī)作為編解碼的元件，設(shè)計操作相對簡單，這樣就很好地實現(xiàn)了基本的遙控控制。在燈具的選擇上我選用了目前較為流行的LED燈，要實現(xiàn)智能控制，我設(shè)計了兩種小智能，逐漸點亮熄滅，另一個為延時關(guān)閉。設(shè)計的原因是為了提高家人的舒適感，尤其在晚上，回到家有一個逐漸點亮的燈，不會因為瞬間點亮的燈而刺激到