基于STC12C4052AD單片機(jī)的遙控調(diào)光LED燈的設(shè)計(jì)

江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 吳 將 沈 舒 朱志宇 劉 浩 楊官校

21世紀(jì)以來，全球性的能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出，人們迫切希望提高節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)的發(fā)展。日常生活中，絕大部分照明控制系統(tǒng)都是利用各類普通的手動(dòng)開關(guān)來控制燈具，其亮度調(diào)節(jié)也是通過普通的調(diào)光開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，每次操作都必須走到開關(guān)處才能完成。人們往往因離電燈開關(guān)較遠(yuǎn)，即使在暫時(shí)不需要照明的時(shí)候，也未能及時(shí)熄燈，從而造成電能的浪費(fèi)。在現(xiàn)代的遙控控制方面普遍采用的遙控方式有：紅外線遙控[1]、聲控[2]、超聲波遙控[3]、無線電遙控[4]等，此類設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)出易于遙控傳輸?shù)木幗獯a方式[5]且可靠性較好。從可靠性和對(duì)使用場(chǎng)所的要求綜合考慮，本文采用紅外線遙控的方式。

針對(duì)上面所述，設(shè)計(jì)出的一種遙控調(diào)光燈，可以對(duì)燈具實(shí)行遠(yuǎn)程控制。

1.遙控調(diào)光LED系統(tǒng)簡介

1.1 設(shè)計(jì)概述

本設(shè)計(jì)采用芯片STC12C4052AD單片機(jī)作為遙控調(diào)光LED燈的主控芯片，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、多點(diǎn)控制燈光的強(qiáng)度，不但有利于對(duì)光線的采集，更有利于節(jié)能減排。本系統(tǒng)由主機(jī)（STC12C4052AD）、從機(jī)（遙控電路）和燈光控制電路組成。本設(shè)計(jì)采用紅外一體化接收頭接收紅外發(fā)射相應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)[6]，經(jīng)單片機(jī)處理后，通過改變PWM占空比法控制燈亮度不同。主機(jī)上則由單片機(jī)采集到的模擬量進(jìn)而輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)調(diào)節(jié)任意光亮度。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STC12C4052AD單片機(jī)為主控核心芯片，外圍電路由純模擬電路組成，系統(tǒng)主要有以下四個(gè)部分組成：紅外發(fā)送、LED驅(qū)動(dòng)、紅外接收、參考電壓采集。整體系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路主要由兩個(gè)部分組成：主機(jī)控制模塊和從機(jī)控制模塊。從機(jī)模塊主要是對(duì)紅外發(fā)射模塊的設(shè)計(jì)；而主機(jī)模塊由LED驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)處理模塊及紅外接收模塊組成。功能是實(shí)現(xiàn)紅外線遠(yuǎn)程控制LED燈的開關(guān)及亮度級(jí)別，功能的實(shí)現(xiàn)主要靠軟件編程。

2.1 從機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

從機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)主要是對(duì)紅外發(fā)射模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用專用紅外遙控發(fā)射芯片PT2262發(fā)送控制信號(hào)，電路如圖2-1所示。PT2262芯片1號(hào)引腳到6號(hào)引腳為地址輸入端，7，8，10～13為地址數(shù)據(jù)復(fù)用引腳。本系統(tǒng)采用8地址4數(shù)據(jù)的方式，其中1～8號(hào)引腳為地址，10～13為數(shù)據(jù)的配置方式。地址輸出/入端，可編成“1”、“0”和“開路”三種狀態(tài)。要求與PT2272設(shè)定的狀態(tài)一致。本系統(tǒng)中采用1～2號(hào)腳懸空，其余引腳接地的配置方式。14號(hào)腳發(fā)射使能端，低電平有效，接地。15，16引腳外接振蕩電阻，決定振蕩的時(shí)鐘頻率。經(jīng)過查找資料發(fā)現(xiàn)外界振蕩電阻值為1.5MΩ?？刂菩盘?hào)經(jīng)17號(hào)引腳數(shù)據(jù)輸出端，串行輸出，將信號(hào)經(jīng)過NPN三極管放大后由紅外發(fā)光管發(fā)射。9，18腳為+，-電源輸入引腳，采用5V電源供電。

為滿足遠(yuǎn)程控制條件，本設(shè)計(jì)采用以PT2262為核心芯片的紅外遙控器來完成。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，該模塊能夠在30米左右的范圍內(nèi)有效傳輸，能較好的滿足本次設(shè)計(jì)需要。

2.2 主機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

主機(jī)主要是對(duì)LED燈的控制作用，通過產(chǎn)生不同的PWM脈寬信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，LED燈就會(huì)產(chǎn)生不同的亮度變化，其中采用單片機(jī)最小系統(tǒng)[7]為主控制器。主機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)簡易而又可以完成特定的功能。

2.2.1 紅外接收模塊設(shè)計(jì)

對(duì)于進(jìn)行了調(diào)制的紅外線遙控信號(hào)，采用一體化紅外線接收頭進(jìn)行解調(diào)。本模塊使用PT2272，可以接收載波頻率為38kHz的紅外線遙控信號(hào)，PT2272對(duì)接收到的信號(hào)除了進(jìn)行了放大、限幅、檢波，直至得到遙控指令的脈沖信號(hào)，對(duì)解調(diào)出的信號(hào)進(jìn)行整形和反向輸出，輸出信號(hào)直接進(jìn)入主控芯片。

PT2272-L4地址配置方式與PT2262完全相同，這是接收可靠數(shù)據(jù)的前提。PT2272-L4具有鎖存功能鎖。鎖存功能是指當(dāng)發(fā)射信號(hào)消失時(shí)，PT2272的數(shù)據(jù)輸出端仍保持原來的狀態(tài)，直到下次接收到新的信號(hào)輸入。14號(hào)引腳為脈沖編碼信號(hào)輸入端，采用紅外接收管接收發(fā)射管發(fā)射的紅外信號(hào)，并經(jīng)過三極管的放大處理后送入PT2272，15，16引腳外接振蕩電阻，決定振蕩的時(shí)鐘頻率。外接振蕩電阻與PT2262外接振蕩匹配，選值為270KΩ。17號(hào)引腳輸出端，接收有效信號(hào)時(shí)，VT端由低電平變?yōu)楦唠娖健?，18腳為+，-電源輸入引腳，采用5V電源供電。

2.2.2 LED驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

由于STC12C4052AD單片機(jī)DAC模塊輸出電流驅(qū)動(dòng)不足，因此需要加三極管電路放大電流信號(hào)。與LED串聯(lián)的電位器用于限流保護(hù)[8]防止電流過大導(dǎo)致LED損壞，調(diào)節(jié)電位器的電阻值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈亮度的控制。

2.2.3 信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)

采用555制作單穩(wěn)電路[9]，消除按鍵產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)，以獲得規(guī)則的脈沖波。該電路可以消除t=1.1RC時(shí)間間隔的干擾脈沖，可以有效消除按鍵帶來的抖動(dòng)。將處理后的信號(hào)送入單片機(jī)處理。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主機(jī)程序流程圖

本設(shè)計(jì)采用STC12C4052AD作為主控芯片，節(jié)省成本 的同時(shí)也方便了軟件的程序設(shè)計(jì)。初始化單片機(jī)后，采用中斷的方式獲取按鍵碼值，主程序進(jìn)行判斷處理后執(zhí)行相應(yīng)的子程序。系統(tǒng)整體流程圖如圖2所示。

3.2 從機(jī)程序流程圖

在從機(jī)遙控工作過程中，單片機(jī)在一分鐘內(nèi)沒有檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入省電模式，當(dāng)檢測(cè)到喚醒按鍵按下，單片機(jī)進(jìn)入正常工作模式，并判斷是哪個(gè)按鍵按下的。單片機(jī)軟件控制流程圖如圖3所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

圖2 主機(jī)控制流程圖

圖3 從機(jī)控制流程圖

4.總體測(cè)試結(jié)果分析

系統(tǒng)主要對(duì)以下幾種狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試：半自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)、全手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)和自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。此電路設(shè)計(jì)元器件均依照成本低、功耗小來考慮。如STC單片機(jī)和紅外遙控器均在百毫瓦左右，LED功耗也是選取的4W高亮燈，由于整機(jī)功率測(cè)試不方便，測(cè)試器件的制約，只是做了大概功率估算，整機(jī)系統(tǒng)功率為8W左右。

5.結(jié)語

系統(tǒng)以單片機(jī)（STC12C4052AD）為主要控制芯片，開關(guān)電源模式通過PWM信號(hào)來驅(qū)動(dòng)外圍開關(guān)電路調(diào)控?zé)艄饬炼?，具有?jié)能高效的性能。通過紅外編碼、解碼實(shí)現(xiàn)主從機(jī)通信。且具有記憶存儲(chǔ)功能，分為睡眠/工作兩種模式。外圍電路具有簡單且驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，成本低，效率高的特點(diǎn)。系統(tǒng)軟硬結(jié)合，以軟件調(diào)節(jié)為主，可修復(fù)空間大，具有較高的性價(jià)比。

[1]張愛全.紅外線遙控的基本原理和應(yīng)用范圍[J].山西電子技術(shù),2003(6):40-41.

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[3]楊邦文.超聲波遙控開關(guān)[J].電聲技術(shù),1995(5):38-39.

[4]周結(jié)華,馬建倉,高承志.可編程無線電遙控多路開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2011,19(15):176-178.

[5]陳陽海.紅外遙控工作原理編碼方式及常用信號(hào)傳輸協(xié)議[J].電于制作,2007(11):6-9.

[6]許保彬.基于AT89C52單片機(jī)的紅外發(fā)射與接收系統(tǒng)的研究[J].通信技術(shù),2008,41(9):75-77.