毕业设计：基于单片机的遥控调光灯设计

毕业设计：基于单片机的遥控调光灯设计 《 遥控调光灯的设计 》 设 计 报 告 学校名称: 河 池 学 院 专 业: 电子信息 姓 名:xx 指导教师: xxx 2009年7月19日 “格州杯”电子设计大赛 摘要 本设计采用芯片AT89S52制作一遥控调光灯，能够实时、准确、多点控制灯 光的强度，不但有利于光线采集，更有利于节能减排。本系统由主机(AT89S52)、 从机(遥控电路)和灯光控制电路组成。为使系统性能更稳定、更具有实时性， 本设计使用光敏电阻实时监测外部灯光的强弱;为使系统方便不同方式使用，本 设计分别使用了遥控控制、旋钮控制和继电器控制，可根据不同需要任意控制继 电器切换不同状态;本设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，并配以RC上电复 位电路和以11.0592MHZ晶振为主要元件的振荡电路，进而保证了系统的实时性; 本设计充分考虑了制做成本和人性化设计的理念，充分体现了大赛的主题和宗旨。 关键字:遥控调光灯，AT89S52单片机，光敏电阻、继电器 Abstract This design uses the chip AT89S52 making a remote dimmer, which can control the light intensity with real-time, accurately, and multipoint. It is not only beneficial to the light acquisition, but also more advantageous to save energy. This system is comprised of the core(AT89S52),the slave(remote control circuit) and the lighting control circuit.To enable the system to be used in different ways, the design uses the remote control, control and relay control knob can be arbitrary under the control of the different needs of different states of the relay switch. To make use of different ways conveniently, this design uses the remote control, knob control and real-time light control, according to different needs. This design is considered fully making cost and humanized design concept, fully embodies the contest themes and purpose. Key words: Remote dimmer, AT89S52 SCM, Photoconductive resistance ,Relay 2 “格州杯”电子设计大赛 目录 1、设计任务 ............................................... 4 1.1基本要求 ............................................ 4 1.2发挥部分 ............................................ 4 2、方案论证与比较 ......................................... 4 2.1 主要控制芯片的选择 ................................. 4 2.2 从机遥控部分电路 .................................. 4 3、总体方案 ............................................... 5 3.1工作原理 ............................................ 5 3.2 总体设计 ........................................... 5 4、系统硬件设计 ........................................... 6 4.1 主机模块 ........................................... 6 4.2 主机控制模块 ....................................... 8 4.3 从机遥控模块 ...................................... 10 4.4 电源部分 .......................................... 13 5、系统软件设计 .......................................... 14 6、总体测试与结果 .................................... 14 6.1 基本部分测试 ...................................... 14 6.2 测试结果分析 ...................................... 15 7、设计 .............................................. 16 8、参考资料 .............................................. 16 3 “格州杯”电子设计大赛 附录: ................................................... 177 1、设计任务 1.1基本要求 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; 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发挥部分 1、可以自动调节光线的亮暗; 2、亮度可多达5级调节; 3、采用蜂鸣器发声确认信号成功接收。 2、方案论证与比较 2.1 主要控制芯片的选择 方案1:选择ATMEGA16单片机作为核心控制芯片。ATMEGA16单片机属于高性能、低功耗的 8 位AVR? 微处理器，16K 字节的系统内可编程Flash，ATmega16单片机有8个10位精度的模数转换器ADC，512 字节的EEPROM,1K字节的片内SRAM. 方案2:选择AT89S52单片机作为核心控制芯片。AT89S52是一种低功耗、高性能、价格便宜的微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。AT89S52单片机外部资源丰富，拥有32个I/O口，方便设计使用。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 此次设计中，以上两款单片机都没够完成设计需要。但是ATMEGA16的程序实现没有AT89S52灵活，且AT89S52价格比较低廉。鉴于以上原因，本次设计采用AT89S52作为核心芯片。 2.2 从机遥控部分电路 方案1:采用TX05D芯片。TX05D是一种一体化的红外线发射、接收器件， 4 “格州杯”电子设计大赛 它内部包含红外线发射、接收及信号放大与处理电路，能够以非接触形式检测出前方一定范围内的人体或物体，并转换成高电平信号输出。由于TX05D内部采用低功耗器件和抗干扰电路，所以工作稳定可靠、性能优良，可广泛应用于各种自动检测、自动报警和自动控制等装置中。 方案2:采用DT9122D芯片。DT9122D芯片是通用红外遥控发射集成芯片，采用CMOS工艺制造，最多可外接64个按键，并有三组双重按键，兼容了HT6222、TC6456B、SC6122、PT2222,功能更加强大，极大的方便了设计需要,同时该芯片功耗低(最大功耗仅0.25W)，价格低廉，完全符合“节能、成本控制"设计理念。 鉴于本次设计题目要求，要在一定距离上实现遥控，自然对于遥控发射部分的要求也较高。传统的遥控芯片价格昂贵且传输距离有限，不能完全满足本次设计需要。根据设计要求，综合考虑节能减排和功能完善等方面，本设计采用方案2。 3、总体方案 3.1工作原理 本设计采用芯片AT89S52单片机作为遥控调光灯的主控芯片，能够实时、准确、多点控制灯光的强度，不但有利于对光线的采集，更有利于节能减排。本系统由主机(AT89S52)、从机(遥控电路)和灯光控制电路组成。本设计使用光敏电阻实时监测外部灯光的强弱，达到自动调节灯光亮度的效果;该设计分别采用红外遥控控制、半自动旋钮控制和全自动光线控制来实施对高亮LED的光线控制;为使程序执行周期耗时最短，本设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，并配以RC上电复位电路和以11.0592MHZ晶振为主要元件的振荡电路，进而增强系统的实时性。 3.2 总体设计 本系统以AT89S52单片机为主控核心芯片，外围电路由纯模拟电路组成。整体系统原理框图如图3-1所示: 5 “格州杯”电子设计大赛 高亮LED 遥控亮暗部分 全自动亮暗控制半自动亮暗控制 部分 部分 MCU51 遥控信号 图3-1系统总框图 如图3-1所示，红外遥控控制电路将遥控信号发送给主控芯片AT89S52，AT89S52对接收到的信号进行分析处理后，送往遥控亮暗控制部分电路;另外，全自动亮暗控制部分和半自动亮暗控制部分通过旋钮的控制来实施对高亮LED的光线控制。 4、系统硬件设计 4.1 主机模块 4.1.1 AT89S52单片机最小系统 AT89S52单片机的最小系统包括:晶体振荡电路部分、复位开关电路部分和电源电路部分。图4-1为AT89S52单片机的最小系统原理图。 6 “格州杯”电子设计大赛 图4-1单片机最小系统 4.1.2 遥控接收模块 本设计采用红外接收管KS1838F作为主机接收模块的核心器件，图4-2为该电路模块的实际电路图。 图4-2 红外接收模块 图4-3 蜂鸣器模块 4.1.3 声音模块 7 “格州杯”电子设计大赛 采用常见的蜂鸣器来发声，起确认作用，用于确认按键是否有效按下和信号是否有效接受。当接收到遥控信号，蜂鸣响一次，确认收到。图4-3为该电路模块的实际电路图。 4.2 主机控制模块 4.2.1全自动光线模块 该模块采用光敏电阻作为核心元件，利用光敏电阻的阻值因外部光线强弱的变化而变化的工作原理，来改变LED电路电流的大小，达到控制发光强弱的目的。同时附加电位器用于与光敏电阻协调。图4-4为光线控制电路的电路原理图。 图4-4 全自动光线控制模块 4.2.2 手动旋钮控制模块 该模块的核心原件为金属电位器。可通过调节金属电位器的阻值大小来改变电路中电流大小，达到对LED亮度调节的目的。该模块的设计理念比较人性化，可针对不同人群、不同环境对光亮度的需求不同，任意连续调节LED亮度。图 4-5为半自动旋钮控制电路的电路原理图。 8 “格州杯”电子设计大赛 图 4-5 半自动旋钮控制模块 4.2.3 半自动继电器控制模块 本模块采用红外遥控器发送控制信号，由单片机接收并判断执行控制相应继电器，实现亮度选择控制，达到不同等级亮度选择的目的。光线强弱设计分为高亮、较亮、中等、较暗和微弱五种选择级别。利用多方式、多级控制的设计方法极大的方便并满足了不同场合、不同人群的不同需求。图4-6为遥控控制电路的电路原理图。 9 “格州杯”电子设计大赛 VCC2VCC1VCCR2一般电阻K1R5RELAY-SPDTR5RES1R5Q1VCC1PNPVCCR3R6R4一般电阻K2RES1RELAY-SPDTR8R4Q2VCC1R7PNPR3电位器VCCR4RES1一般电阻K3RELAY-SPDTR11R2R3RES1Q3VCC1PNPJ5J3VCCR918R12R1DUAN2一般电阻7K4RES16RELAY-SPDT光敏电阻543Q42PNP1J4VCC1CON81VCCR102一般电阻电灯K5RELAY-SPDT R2R1Q5PNP R13R14+12VRES1RES1VCCR15R17一般电阻K6金属电位器RELAY-SPDTD2D3LEDLEDVCC1Q6PNPVCC2 +12VCCVCCR16K7VCCRELAY-SPDT1B一般电阻23CEQ7PNP+12V VCCVCC2R18 普通电阻K8RELAY-SPDT1B23DUANCEQ8PNP 图4-6遥控控制模块 4.3 从机遥控模块 为满足远程控制条件，本设计采用以DT9122D为核心芯片的红外遥控器来完成。经过实际测试，该模块能够在30米左右的范围内有效传输，能较好的满足本次设计需要，图4-7为本次设计所需的部分外观模型图。 2 1 3 A 4 5 B 6 8 7 9 C 0 FD E F 10 “格州杯”电子设计大赛 图4-7 DT9122D 遥控器外观图 图4-7中，DT9122D 遥控器外观图各按键对应的键码值如下表4-1所示: ****** 红外遥控器键值表 ****** 40 48 04 00 02 05 54 4D 0A 1E 0E 1A 1C 14 0F 0C ================================ 表4-1 红外遥控器键值表 4.3.1 红外遥控器内部原理图 如下图4-8红外遥控器内部原理图所示，遥控采用3.0V纽扣电池供电。该原 理图中DT9122为核心芯片，该芯片是通用红外遥控发射集成电路，采用CMOS工 艺制造，最多可外接64个按键，并有三组双重按键。工作电压范围宽，可通过外 部接法最多可产生65536种用户码，可用于VCD、DVD播放机、电视机、组合音响 设备、电视机顶盒，且成本低廉。 11 “格州杯”电子设计大赛 图4-8红外遥控器内部原理图 4.3.2 DT9122 芯片输出波形图 芯片DT9122所发射的一个帧码含有一个引导码，16位的用户编码和8位的键数据码、键数据码的反码也同时被传送。 引导码由一个9ms的载波波形和4.5ms的关断时间构成，它作为随后发射的码的引导，这样当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收与检测及其它各项控制之间的时序关系。编码采用脉冲位置调制方式(PPM)。利用脉冲之间的时间间隔来区分“0”和“1”。每次8位的码被传送之后，它们的反码也被传送，减少了系统的误码率。 当键被按下后，DT9122芯片的输出波形图，如下图4-9和4-10所示。 12 “格州杯”电子设计大赛 图4-9 键按下波形 图4-10键按下后58.5ms至76.5ms期间的波形图 4.4 电源部分 本设计采用单+5V和单+12V供电模块。电源稳压芯片采用芯片LM7812和LM7805来完成。LM7812和LM7805分别为12V、5V稳压芯片，可组成3端正稳压电路，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A甚至1A以上。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流，其电路原理图如图4-11所示: C1D17812U1+12V7805+5V 131U23VVVVOUTOUT1N4007ININC3D2+GND+GND+C62200uF/35VC10J2100uF104100uF1N4007223D32 11N4007J?J?J?J? CON3D4+12V1+12V1+5V1+5V1 22221N4007 CON2CON2CON2CON2 图4-11 电源电路原理图 13 “格州杯”电子设计大赛 5、系统软件设计 本设计采用AT89S52作为主控芯片，节省成本的同时也方便了软件的程序设计。初始化单片机后，采用中断的方式获取按键码值，主程序进行判断处理后执行相应的子程序。系统整体图如图5-1所示。 开始 初始化单片机 N 是否接受按键中 断 ? Y 关中断 获取按键码值、判断并执行相应子程序 重开中断 返回 图5-1 系统整体流程图 6、总体测试与结果分析 6.1 基本部分测试 6.1.1 各按键功能介绍 本次设计总共利用到1、2、3、4、5、6、7、8八个按键。各按键功能如下: 1号按键:选择亮度等级键，高亮; 2号按键:选择亮度等级键，较亮; 3号按键:选择亮度等级键，中等; 14 “格州杯”电子设计大赛 4号按键:选择亮度等级键，较暗; 5号按键:选择亮度等级键，微弱; 6号按键:系统总开关键，按一次电路 2 1 3 A 接通电源，再按一次电路断电。 7号按键:自动与半自动控制切换键， 4 5 B 6 按下第一次选择自动控制，再按一次 8 7 9 C 回到半自动状态。 8号按键:手动调节切换键，按下选择手动 0 FD E F 调节状态，再次按下取消手动状态。 部分外观模型图如图6-1所示。 图6-1 按键外观模型图 6.1.2 功能测试 测试环境:约6m×10m空旷房间。 按照设计原理，连接好电路，确认无误后连接电源，开始测试工作。 将主机置于远端，约为10米距离后，按下从机(遥控)上6号键，开启主机电源，LED点亮，同时由蜂鸣器相应确认，再次将6号键按下，关闭主机电源，蜂鸣器再次确认。 半自动调节状态:首先按下6号开关按键，开启系统电源。再按下7号键选择半自动调节状态，此时系统处于等待状态，然后根据需求可按下1、2、3、4、5号键分别对5中级别亮度进行选择。 全手动调节状态:首先，开启电源，即按下遥控6号键。再按下8号按键，切换至手动状态，且小LED指示灯指示当前状态，然后即可手动调节主机上旋钮电位器完成连续任意亮度调节。 自动调节状态:首先按下6号键，启动系统电源。然后按下7号键切换系统至自动状态，由指示灯提示。此时应用光敏电阻的原理来调节电路阻值，从而达电路电流调节，最终实现LED亮度调节。 此系统控制分为三部分，红外遥控器、MCU、继电器。MCU接受遥控信号后识别并判断，对相应继电器进行执行控制，最终达到控制多样化，且各种状态确认 15 “格州杯”电子设计大赛 是均有蜂鸣器与发光二极管提示状态。 6.2 测试结果分析 仔细观察测试过程中的各种现象，经分析论证，本设计完全满足设计的基本要求，同时对于发挥部分(5级亮度选择、自动调节亮度、确认按键按下发声)也较好的实现了预期效果。 全电路功率预算:全电路主要元器件包括:AT89S52一片、HM4101F型继电器10个、精密电位器1个、金属式旋钮电位器1个、红外遥控器1个、8550三极管10个、3mm发光二极管5颗、KS1838F一个、若干普通电阻、高亮度LED一个、+5/+12V直流电源一个。 此电路设计理念完全紧扣“环保、节能、成本控制”主题，元器件均依照成本低、功耗小来考虑。如51单片机和红外遥控器均在百毫瓦左右，LED功耗也是选取的4W高亮灯，由于整机功率测试不方便，测试器件的制约，只是做了大概功率估算，整机系统功率为8W左右。 7、设计总结 整个比赛制的作过程是紧张而有序的。从基本方案的制定，到硬件电路的选择，再到实际电路的制作，最后进行软硬件的调试„„在此期间虽然遇到很多困难，但各组员耐着性子认真思考并积极讨论，问题一个一个地解决。过程是很艰难的，但经过每个人的分工合作、团结一致、相互协作，小组成员一次又一次品尝到解决问题时喜悦的滋味,经过奋斗，最终完成了题目的要求，并在此基础上作了更加优越的发挥部分。在此次4天3夜的比赛中，各自发现了自身知识储备的不足，经过这几天的奋斗，也可以说是这几天的学习与交流，小组成员学到了很多东西，最重要的是学会了一种精神———团结合作的团队精神。在以后的时间里，大家会用这种精神去学习、去工作。感谢组委会给的这次机会，让本小组成员很好的达到对即将到来的全国比赛热身的效果。 8、参考资料 [1]《基于单片机结构的智能系统设计与实现》 沈红卫 编 电子工业出版社 [2]《8051单片机实践与应用》 吴金戌 沈金阳 郭庭吉 编 清华大学出版社 [3]《模拟电子计数基础(第四版)》 华成英 童诗白 编 高等教育出版社 [4]《无线传感器及元器件》 (美)Halit Eren[埃伦]著 机械工业出版社 16 “格州杯”电子设计大赛 附录: 1、完整的电路原理图 VCCVCC1VCC2VCCJ1VCCR2U2AT89C511P001392一般电阻P10P00K1P01JP?2383P11P01R5RELAY-SPDTP02HEADER 3337R54P12P02P03436RES15P13P03P04R?535R56P14P041VCC1P05RES1634Q17P15P052VCCP06733PNP8VCCP16P063R3P078329P17P07R6R4一般电阻K2R?CON9P32RES1RELAY-SPDT1021R8RES1P30/RXDP201122P31/TXDP21R41223P32P32/INT0P22VCC1Q21324P33/INT1P23R7R3PNP1425电位器Q?VCCP34/T0P24R4C51526PNPRES1P35/T1P2527一般电阻P26K31928X1P27RELAY-SPDTR11Y1R231EA/VPPR317U?RES1RD/P37C6VCC1Q31816X2WR/P36PNP30J3J5VCCALE/PRDGR99298RESETPSEN1R12R1DUAN7R44一般电阻2K4BELL6RES1RELAY-SPDT光敏电阻5C7422uFS63+Q42PNP1K9VCC1J4CON8VCC1DZR102DF一般电阻+12VCCK5J1电灯RELAY-SPDT1VCC2R2R1CON2Q5PNP VCCVCCJ2R13R14D1R1+12V21RES1RES1SDDF211R?K9VCCRES12R15R?LED普通电阻CON2K?K6一般电阻R?RELAY-SPDTRELAY-SPDTD2D3SD普通电阻LEDLEDQ?普通电位器VCC1Q6PNPPNPVCCR?VCC2DZR?2.4+12VCCVCC普通电阻R16K?RELAY-SPDTK7VCCRELAY-SPDT+12VDUAN1一般电阻BQ?23PNPCEQ7PNP+12V VCCVCC2R18 普通电阻K8RELAY-SPDT1B23DUANCEQ8PNP 17