無線遙控智能LED燈設(shè)計(jì)

廣西民族師范學(xué)院 謝永峰 潘蓓蓓 曾明艷 馮 婧 黃秀梅

隨著現(xiàn)代信息科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，人們的日常生活已經(jīng)開始進(jìn)入一個(gè)智能化的時(shí)代，在大多數(shù)的生活電器當(dāng)中應(yīng)用了智能的科學(xué)技術(shù)，為了人們使用LED節(jié)能燈能夠更加方便，在能源的使用上能夠達(dá)到節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)，基于單片機(jī)的LED燈不斷革新發(fā)展適應(yīng)人們的需求。本文主要研究的LED燈是一種基于stc89c51單片機(jī)系統(tǒng)的智能遙控LED燈，利用stc89c51系列的單片機(jī)具備了擁有完整的輸入和輸出、較好的控制端口和全面內(nèi)部應(yīng)用程序數(shù)據(jù)存儲空間等優(yōu)點(diǎn)，利用高低電平的控制以及人體感應(yīng)模塊，將采集的信號由51單片機(jī)控制，較好的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)出利于人們控制的LED節(jié)能燈，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能遙控。

近幾年我國的科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，在國際上不斷占據(jù)新興領(lǐng)域和領(lǐng)先地位，逐步實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國，帶領(lǐng)人民走向富足的生活水平?？茖W(xué)技術(shù)不斷在我們身邊發(fā)展，照明一直是我們生活中不可或缺的生活條件，LED燈具有耗能低、使用方便、亮度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

本文使用51單片機(jī)設(shè)計(jì)控制LED燈的系統(tǒng)，旨在達(dá)到節(jié)能的目的，并給人們生活帶來便利。首先使用紅外遙控模塊以及人體感應(yīng)模塊使得對智能LED燈的控制更加便捷，紅外遙控模塊通過遙控器發(fā)射信號到VS1838B紅外接收器，人體感應(yīng)模塊通過設(shè)定相應(yīng)的感應(yīng)距離和靈敏度讓系統(tǒng)能夠快速識別是否有人在感應(yīng)范圍并采取措施。

該系統(tǒng)的靈活小巧，操作方便，能夠在生活中廣泛應(yīng)用，居家使用、學(xué)校教室、辦公室等場所都能夠應(yīng)用該系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以stc89c52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，由熱釋電紅外線傳感器和相關(guān)的處理電路、單片機(jī)系統(tǒng)和控制電路三部分構(gòu)成。工作時(shí)，紅外線傳感器將室內(nèi)是否存在人員等數(shù)據(jù)信息采集并發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些數(shù)字信息經(jīng)由一個(gè)控制電路對LED燈的照明裝置和設(shè)備進(jìn)行了相應(yīng)的控制，從而可以實(shí)現(xiàn)對燈的照明自動(dòng)化控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。我們所研究的智能遙控LED燈能夠適應(yīng)現(xiàn)在人們的需求且能夠打破現(xiàn)在常規(guī)的照明手段解決人們使用常規(guī)LED燈不方便、浪費(fèi)能源等問題。

1 系統(tǒng)功能簡介

無線遙控智能LED燈的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)由七個(gè)部分組成。

圖1 系統(tǒng)示意圖

（1）單片機(jī)是核心控制部分，通過接受外界信號將指令傳達(dá)到各個(gè)部分完成相應(yīng)的功能，51單片機(jī)具有低功耗、高性能的優(yōu)點(diǎn)，處理信號的能力強(qiáng)，且具有可編程的存儲器。

（2）人體感應(yīng)模塊，該模塊使用的是hc-sr501類型的人體傳感器和微波輻射類型的感應(yīng)模塊，該類型的人體傳感器和微波輻射類型的光譜只能接收到一定的人體紅外線輻射波長，大約為10μm，所以該模塊只對人體感應(yīng)有效。

（3）最小電路模塊由復(fù)位電路、電源、晶振模塊組成。

（4）模式指示部分則是手動(dòng)紅外感應(yīng)和人體感應(yīng)控制切換，在適應(yīng)不同的需求時(shí)刻切換，且燈會隨著模式改變。

（5）燈光控制部分則是由人體感應(yīng)模塊和紅外感應(yīng)模塊控制，人體感應(yīng)模塊在感應(yīng)范圍內(nèi)采集是否有人的信息傳遞到單片機(jī)，通過輸出高低電平控制LED燈，在有人時(shí)人體感應(yīng)模塊感應(yīng)到人體存在，LED燈亮。

（6）紅外接收電路則是通過紅外接收器接收到的信號到傳遞到單片機(jī)，單片機(jī)接收信號處理后控制LED燈亮滅和調(diào)色等功能。

2 硬件設(shè)計(jì)思路

該控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中利用單片機(jī)與人體傳感器模塊和紅外接收模塊之間的信號處理將完整的指令傳遞到各個(gè)地區(qū)，以實(shí)現(xiàn)智能的LED燈照明。電源模塊采用5.5v的電源進(jìn)行供電，人體傳感器模塊和紅外接收模塊所需的無線電電壓分別為3v-5.5v，核心處理器采用STC89C52單片機(jī)。硬件設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

圖2 硬件設(shè)計(jì)原理圖

2.1 STC89C52單片機(jī)的構(gòu)造

STC89C52單片機(jī)具有以下功能：完整的存儲器、編程之后可擦除，并且具有內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路，復(fù)位電路當(dāng)程序在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤或者被鎖死則需要用按鍵來恢復(fù)啟動(dòng)，復(fù)位后對與其他的寄存器還是存在一定的影響。復(fù)位信號的產(chǎn)生是只有高電平信號才會有效。引腳40、20分別為電源輸入和接地，其中電源輸入為+5v。引腳19、20為晶振的信號控制引腳，19為振蕩電路的信號輸入、20為振蕩電路的信號輸出，引腳9、29、30、31為pwm的控制引腳，9引腳是一個(gè)信號復(fù)位器的控制引腳，29是外部的一個(gè)數(shù)據(jù)信號存儲器和一個(gè)數(shù)據(jù)通信引腳，30是用于地址信號鎖存的一個(gè)引腳允許地址信號，31引腳程序內(nèi)外部的數(shù)據(jù)選通，根據(jù)不同的情況選擇。其他引腳為可編程I/O口。STC89C52單片機(jī)引腳如圖3所示。

圖3 STC89C52單片機(jī)引腳圖

2.2 人體感應(yīng)模塊

該控制系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)應(yīng)用的控制模塊是：lhc-sr501感應(yīng)控制模塊，它指的是基于新型紅外線傳感技術(shù)的一種新型自動(dòng)控制傳感模塊，應(yīng)用的是lhi788探頭控制設(shè)備、靈敏非常強(qiáng)、應(yīng)用性極好，能夠在較低的工作電壓下正常運(yùn)行工作，各類自動(dòng)控制感應(yīng)的家用電器設(shè)備都可以是該感應(yīng)模塊。501類型的感應(yīng)控制模塊應(yīng)用在單片上主要特點(diǎn)之一是全自動(dòng)信號感應(yīng)：因?yàn)殚_機(jī)時(shí)當(dāng)有人直接進(jìn)入該自動(dòng)感應(yīng)控制模塊的一個(gè)檢測點(diǎn)和信號感應(yīng)范圍時(shí)，單片機(jī)就發(fā)現(xiàn)該檢測點(diǎn)的信號，自動(dòng)接收感應(yīng)到一個(gè)檢測信號，從而將主機(jī)輸出的一個(gè)高電平檢測信號自動(dòng)送回這個(gè)單片機(jī)，但是當(dāng)這個(gè)傳感器接收檢測信號沒有人員在感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)就會自動(dòng)地進(jìn)行延時(shí)或者自動(dòng)關(guān)閉一個(gè)高電平，輸出一個(gè)新的低電平。延時(shí)溫度可調(diào)控制范圍一般為8s至200s內(nèi)，感應(yīng)控制范圍相關(guān)參數(shù)：感應(yīng)范圍小于120°錐角，7m寬度范圍以內(nèi)，感應(yīng)控制模塊工作溫度在-15℃+70℃之間。感應(yīng)透鏡尺寸：（直徑）23mm。人體感應(yīng)模塊外接示意圖如圖4所示。

圖4 人體感應(yīng)模塊外接示意圖

2.3 紅外接收模塊

紅外接收模塊是我們所采用vs1838b型號紅外接收器，該接收器體積小巧、密封性好、接收距離長、性能穩(wěn)定以及使用壽命長、可以在較低的電壓條件下進(jìn)行工作。紅外接收器分別具有三個(gè)引腳，這三個(gè)引腳的功能是電源的正極、負(fù)極和信號的輸入端口，該模塊應(yīng)用的范圍很廣例如家里的音響、電風(fēng)扇、電視等電器，應(yīng)用到該系統(tǒng)中能夠快速接收到遙控器所發(fā)出的指令信號，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

3 主要軟件設(shè)計(jì)思路

如圖5程序軟件設(shè)計(jì)的基本流程圖所示，本文中我們所看到需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)在整個(gè)程序軟件設(shè)計(jì)上都已經(jīng)是完全采用了Keil uVision4軟件設(shè)計(jì)并進(jìn)行了軟件編譯，軟件設(shè)計(jì)總共分為兩個(gè)部分，人體感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)和紅外接收模塊設(shè)計(jì)，在接通電源后系統(tǒng)初始化，可以通過人體感應(yīng)使系統(tǒng)接收信號也可以通過遙控器控制燈的亮滅。人體感應(yīng)模塊在接通電源進(jìn)行初始化完成后即開始工作，內(nèi)置探頭靈敏度高，可靠性強(qiáng)，根據(jù)外界變化的輻射而將信息傳達(dá)到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)信號做出相應(yīng)操作，而當(dāng)人體不在范圍內(nèi)時(shí)，它則會延時(shí)一段時(shí)間后輸出一個(gè)低電平，且可調(diào)節(jié)延時(shí)的時(shí)間長短以及靈敏度的強(qiáng)弱。人體感應(yīng)模快內(nèi)部仍然預(yù)留了光敏電阻和熱敏電阻電路，可供擴(kuò)展使用。

圖5 系統(tǒng)程序流程圖

紅外遙控模塊則是通過遙控器控制，遙控器按下1鍵燈亮為綠色，按下2鍵燈亮為藍(lán)色，按下3鍵燈亮為紅色，其他鍵按下則熄滅，按鍵的設(shè)置可以通過程序改變，如有多個(gè)LED燈組仍然可以進(jìn)行設(shè)置可以達(dá)到一個(gè)遙控器控制多組LED燈目的，且程序編譯靈活。程序由Keil uVision4軟件進(jìn)行編譯，使得程序可靠性高，能夠靈活變通，易糾錯(cuò)。程序完成后運(yùn)用stc-isp軟件燒錄至單片機(jī)，燒錄可以進(jìn)行多次，在實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠方便檢測錯(cuò)誤所在，可以不斷完善程序和硬件。

本文主要研制出了一個(gè)基于單片機(jī)控制的LED燈，利用了紅外接收器和人體感應(yīng)模塊。該設(shè)計(jì)符合了當(dāng)前的LED燈發(fā)展潮流，現(xiàn)在國內(nèi)外智能LED燈的發(fā)展有較大市場，并且在不斷的創(chuàng)新。本文在設(shè)計(jì)理念和功能上能夠達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，在設(shè)計(jì)上考慮了各個(gè)環(huán)境的使用，能夠滿足人們的需求，符合新能源發(fā)展的要求，有效的節(jié)約資源，且該設(shè)計(jì)成本低操作簡單，發(fā)展前景可觀，有較大的市場拓展?jié)摿Α?/p>