【正文】 ..................................................................................30 6 結(jié)束語 ............................................................................................................................31 致 謝 ................................................................................................................................32 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................33 附 錄 ................................................................................................................................34 基于單片機(jī)的燈控系統(tǒng)設(shè)計 1 前 言 隨著人們生活質(zhì)量的提高， 人們對住宅裝飾愈 來愈講究，新潮家具配上豪華燈具，不但給人以富麗堂皇的感覺而且可使人們在勞累之余有個舒適的休息環(huán)境， 燈具已不是 單純 的 室內(nèi)照明工具，而且是建筑裝飾的一種實用藝術(shù)品，當(dāng)家里有各式各樣的燈具之后，將它們精心地搭配在一起，達(dá)到最適合的氣氛效果是高品質(zhì)生活的需要，目前燈光的控制主要還是手動形式，逐個控制所有的燈具，這樣不僅麻煩而且效率低下，也不符合現(xiàn)代舒適生活的標(biāo)準(zhǔn)。 生活中常常遇到這些問題，當(dāng)在看電視或看書時，并不需要太強(qiáng)烈的燈光，就可以用調(diào)光系統(tǒng)來調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度。 因此，設(shè)計一個可以便捷地控制燈光等功能的智能化燈光系統(tǒng) 不僅具有實用價值，而且還具有廣闊的市場前景。 智能不是昂貴和不實際的代名詞，而是方便。智能燈光控制，能控制不同生活區(qū)域、不同場合的各種照明效果，提高生活品質(zhì)。 當(dāng)今的發(fā)展，室內(nèi)的電視、臺燈、地?zé)?、魚缸照明、夜燈、廊燈、吧臺燈等開關(guān)與床頭燈調(diào)光開關(guān)均集中安裝在床頭柜處。由于開關(guān)較多且固定在一個位置，想開燈時必須先看清開關(guān)下面的標(biāo)記才能正確開燈，有時為開一盞燈竟把所有的開關(guān)都按了一遍，使用時極為不便?，F(xiàn)在都采用微動開關(guān)輕觸式集中控制面板。但是開關(guān)多且固定仍不是十分方便。 本人采用 8051 系列單片機(jī)將原來固定的機(jī)械 式開關(guān)改用紅外線遙控，利用紅外線技術(shù)來發(fā)送信號。紅外線技術(shù)是最近幾十年發(fā)展起來的一門新興科技。紅外線是十分豐富的波譜資源，目前在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 這樣一個紅外線遙控器再結(jié)合單片機(jī)就可以控制室內(nèi)的燈光開啟，美觀且實用即大方便的使用。 基于單片機(jī)的燈控系統(tǒng)設(shè)計 2 1 無線 遙控技術(shù)的介紹 遙控技術(shù)的概述 遙控技術(shù)是對受控對象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制和監(jiān)測的技術(shù)。它是利用自動控制技術(shù)，通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)而形成的一門綜合性技術(shù)。一般都是指對遠(yuǎn)距離的受控對象的單一的或兩種極限動作進(jìn)行控制的技術(shù)，在人們 的生產(chǎn)生活中具有廣泛的應(yīng)用空間。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，遙控技術(shù)在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活、科學(xué)研究、國防建設(shè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并取得可喜的成果。如今遙控技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于各類家用電器中。例如電視遙控 、電燈遙控、空調(diào)遙控等。這類應(yīng)用提高了家電的功能和檔次，給使用者帶來極大的方便。設(shè)有遙控功能的電視機(jī)使使用者不用離開座位就能實現(xiàn)對音量，節(jié)目切換的調(diào)節(jié)。遙控是操作者和被操作者之間對負(fù)載非接觸式的一種自動控制方式。 遙控技術(shù)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 早在 20世紀(jì) 20年代，就有了遙控系統(tǒng)的雛 形，人們試圖利用遙控技術(shù)來控制無人駕駛飛機(jī)，但由于技術(shù)不夠完善，沒有得到實際運(yùn)用。直到第二次世界大戰(zhàn)末期，德國首先制成了 V1和 V2導(dǎo)彈以及無線電指令制導(dǎo)的防空導(dǎo)彈，才使遙控技術(shù)進(jìn)入了使用階段。 20世紀(jì) 30年代，無線電遙控技術(shù)首先用于天氣預(yù)報，研制出第一部無線點測候儀，可以測量高空中的溫度、濕度、大氣壓力等氣象參數(shù)并通過無線電波傳送到地面。 20世紀(jì) 40年代，由于軍事山的需要，飛機(jī)、導(dǎo)彈的研究進(jìn)展非常迅速，必須采用遙控技術(shù)進(jìn)行測量與控制。 從 20世紀(jì) 50年代起，美國和前蘇聯(lián)都積極開展衛(wèi)星、導(dǎo)彈研制工作， 使遙控技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 1957年蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，標(biāo)志著遙控技術(shù)進(jìn)入一個新的階段。 1969年美國 “阿波羅 11”將送上月球，實現(xiàn)了載人登月的往返飛行，從而將遙控技術(shù)推向一個新的高度。 從技術(shù)方面，也經(jīng)歷了幾代的發(fā)展，在晶體管出現(xiàn)以前，遙控裝置都是由電子管組裝而成的，由于受到的容器和載重的限制，通常只用電子管組裝。這種接收機(jī)易受外界干擾而發(fā)生誤控及失控事件，因此在普及與提高方面受到限制。上個世紀(jì) 60年代初就有了全晶體管化的單通道遙控裝置，其接收機(jī)僅有火柴盒那么大，地面遙控距離只有 200M左右 。 60年代中期又出現(xiàn)了多通道晶體管化遙控設(shè)備，對遙控技術(shù)發(fā)展起基于單片機(jī)的燈控系統(tǒng)設(shè)計 3 到了較大的推動作用。 20世紀(jì) 70年代中期，集成電路的問世，特別是 20世紀(jì) 80年代至今，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路飛速發(fā)展，將微處理器引入遙控測系統(tǒng)，給遙控測帶來了革命性的變化，使遙控遙測技術(shù)得到了一次又一次的飛 躍 [15]。 遙控技術(shù)的發(fā)展前景及應(yīng)用 十年來，遙控技術(shù)在電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信理論、電子元器件發(fā)展的基礎(chǔ)上，得到了極其迅速的發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。今后發(fā)展趨向主要表現(xiàn)在以下幾個方面 : (1)提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力，以滿足各種不同用途的 需要。以前的遙控系統(tǒng)，大都是按照特定的任務(wù)設(shè)計的，其性能完全由系統(tǒng)的硬件所決定。系統(tǒng)傳輸信號的數(shù)目、信息速率、采樣頻率以及各種參數(shù)基本上固定的。雖然在一定程度上能通過更換硬件或某些接線來改變工作狀態(tài)，但其變化范圍有限，不能適應(yīng)多方面的需要。為此，就要求發(fā)展一種靈活通用的可編程序遙控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力與實時性能，能夠根據(jù)不同用途的需要，隨時改變系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 (2) 采用先進(jìn)的信息處理方式和新的多路信號的傳送方法，以提高信息傳輸?shù)母呖煽啃院头€(wěn)定性。 (3) 采用先進(jìn)的元器件及工藝設(shè)計，以提高 可靠性，減小設(shè)備體積、重量，降低成本及系統(tǒng)消耗。 (4) 遙控技術(shù)在計算機(jī)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，應(yīng)向超時空、大容量、多媒體、智能化的方向發(fā)展。 (5) 遙控技術(shù)應(yīng)綜合多學(xué)科技術(shù)解決我國的技術(shù)難題。如我國一年中，煤礦發(fā)生多起瓦斯爆炸事故，奪走許多煤礦工人的寶貴生命，如果采用地下無人采煤遙控系統(tǒng)，系統(tǒng)包括采煤機(jī)操作系統(tǒng)，煤塊向上運(yùn)輸提升系統(tǒng)，有害氣體濃度監(jiān)督測、報警、吸收處理及轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。有這樣一套完整的生產(chǎn)自動線，再也不會發(fā)生人身事故了。這種設(shè)想，經(jīng)過廣大技術(shù)人員的科技攻關(guān)，不久的將來變?yōu)楝F(xiàn) 實 [15]。 無線遙控的出現(xiàn)，首先應(yīng)用在軍事上。二次世界大戰(zhàn)中，由于戰(zhàn)爭的需要，出現(xiàn)了無線電遙控的坦克、魚雷快艇、無人駕駛飛機(jī)和導(dǎo)彈。戰(zhàn)后，隨著計算機(jī)技術(shù)和集成電路的出現(xiàn)，不僅無人駕駛飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星等離不開無線電遙控，而且在軍事訓(xùn)練中也廣泛應(yīng)用無線電遙控設(shè)備。 在工業(yè)生產(chǎn)方面，無線電遙控技術(shù)也大有用武之地，煉油廠、發(fā)電廠等大型聯(lián)合企業(yè)，工藝流程復(fù)雜，牽涉的范圍廣，人工操作管理難以準(zhǔn)確及時地掌握遠(yuǎn)處設(shè)備的基于單片機(jī)的燈控系統(tǒng)設(shè)計 4 運(yùn)行情況，容易產(chǎn)生誤差和造成不穩(wěn)定。采用遙控和其他相應(yīng)的裝置后，設(shè)備可以按照預(yù)定的工作程序準(zhǔn)確 運(yùn)轉(zhuǎn)，提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 在農(nóng)林漁業(yè)生產(chǎn)方面，人們可以采用遙控的方式，定時定量的給莊稼澆水、噴灑農(nóng)藥；對養(yǎng)雞養(yǎng)豬場，可以采用遙控一條龍的飼料加工、生產(chǎn)、自動送料喂養(yǎng)系統(tǒng)。遙控檢測雞舍溫度，可以提高產(chǎn)單率?？梢圆捎眠b控技術(shù)定時、定量喂養(yǎng)，檢測魚的新鮮程度和生長情況。 隨著社會的飛速發(fā)展，使用方便的遙控技術(shù)已經(jīng)深入到我們生活的各個領(lǐng)域。不僅僅是在各類家電中的應(yīng)用，在一些趣味航模比賽中，模型飛機(jī)飛翔在蔚藍(lán)的天空中，時而滑翔，時而急轉(zhuǎn)，時而俯沖 ,這些都不是飛行員完成的，而是地面上的運(yùn)動員通過遙控的方式控制模型 的飛行。當(dāng)然，遙控技術(shù)的運(yùn)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，期待遙控技術(shù)能為我們的生活帶來更多的方便與驚喜！ 基于單片機(jī)的燈控系統(tǒng)設(shè)計 5 2 總體設(shè)計方案 設(shè)計要求 它是一個室內(nèi)用的燈光控制系統(tǒng)，人們手持遙控器就可以對室內(nèi)的燈光進(jìn)行控制。要求能夠在室內(nèi)簡便的安裝，應(yīng)用。在設(shè)計本系統(tǒng)中，成本是必須考慮的條件。要求成本不能太高，一般的家庭都能夠承擔(dān)的起的費用。 主控制芯片的選擇 方案 1：選擇 ATMEGA16單片機(jī)作為核心控制芯片。 ATMEGA16單片機(jī)屬于高性能、低功耗的 8 位 AVR174。 微處理器， 16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線，32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 方案 2:選擇 80C51 系列單片機(jī)作為核心控制芯片， STC12C5A60S2 系列單片機(jī)是單時鐘 /機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 （ 250K/S） ,針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合 。 44 個通用 I/O口， 片上集成 1280 字節(jié) RAM，有 4 個 16 位定時器 ， 2 個時鐘輸出口 。另外， 有 EEPROM功能， 外部晶體 12M 以下時，復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地。 A/D 轉(zhuǎn)換 , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn) 換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25 萬次 ) (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口。 ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 [8]。 此次設(shè)計中，以上兩款單片機(jī)都能 夠完成設(shè)計需要。但是 ATMEGA16 的程序?qū)崿F(xiàn)沒有 AT80C51 系列單片機(jī) 靈活，且 此系列單片機(jī) 價格比較低廉。鑒于以上原因，本次設(shè)計采用 AT80C51 系列單片機(jī) 作為核心芯片。 基于單片機(jī)的燈控系統(tǒng)設(shè)計 6 遙控方式的選擇 系統(tǒng)要求只要人們手持遙控器就可以控制室內(nèi)所有燈光，所以我們就需要一種遙控傳輸信號的方式，要求使系統(tǒng)信號傳輸快，傳輸信號準(zhǔn)確，成本比較低。無線遙控就是信號的傳輸是利用無線方式進(jìn)行的，為了使遠(yuǎn)方的被控對象按照要求去動作，控制端必須向被控端發(fā)出一個動作信 號或如何工 作的命令，這個命令就是遙控指令。例如，調(diào)整電機(jī)的啟動與停止、正反向、升速與降速等指令。遙控指令又分連續(xù)指令和斷續(xù)指令。數(shù)值連續(xù)變化的指令為連續(xù)指令，如控制石油管道流量和壓力的指令；數(shù)值斷續(xù)的指令叫做斷續(xù)指令，如照明電燈的開與關(guān) 的指令。 無線通信的實現(xiàn)有三種方案：藍(lán)牙通信、紅外無線遙控、使用短距離無線數(shù)傳器件。對于藍(lán)牙方案，雖然此技術(shù)在當(dāng)今社會有很大的發(fā)展，有很多優(yōu)點，由于成本一直偏高，所以本系統(tǒng)將不考慮藍(lán)牙方案。紅外線通信技術(shù)適合于低成本、跨平臺、點對點高速數(shù)據(jù)連接，尤其是嵌入式系統(tǒng)。由于紅外線遙控器具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠性高等一系列優(yōu)點，是近距離遙控，特別是室內(nèi)遙控的首選方式。因此本人選擇紅外線的無線通信方案。 紅外線遙控的特性主要有幾點。紅線遙控具有獨立性，由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境影 響很小紅外線的波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，所以，紅外遙控不會干擾其他家用電器，也不會影響鄰近的無線電設(shè)備。特性與可見光相似性，由于靠近可見光的紅外線邊緣，它的直線傳播、反射、折射、和被物質(zhì)吸收等物理特性與可見光非常相似。無穿透障礙物的能力。具有較強(qiáng)的隱蔽性，因紅外線為不可見光，具有很強(qiáng)的隱蔽性。外線遙控的距離，一般為幾米至幾十米或更遠(yuǎn)一點。 基于上述分析，本次設(shè)計采用紅外遙控設(shè)計。 總體設(shè)計方案 比較上述主控制芯片， 本設(shè)計 采用芯片 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為遙控調(diào)光燈的主控芯片，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確、 多點控制燈光的強(qiáng)度，不但有利于對光線的采集，更有利于節(jié)能減排。本系統(tǒng)由紅外接收電路，電源電路，過零檢測電路和燈光調(diào)控電路組成。選用適合的紅外接收器件，經(jīng)過接收放大和解調(diào)由輸出端輸出原始的紅外信