模擬紅外控制燈光系統(tǒng)

吳慮 李建中 吳璇 萬川 鄧艷翔

摘要：為了解決某些特定場合復(fù)雜的燈光需求，設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬燈光系統(tǒng)，用以模擬燈光的控制。本應(yīng)用由STC89C52單片機(jī)，HS0038紅外接收模塊和紅外發(fā)射遙控器組成。通過NEC協(xié)議，可以使用紅外發(fā)射遙控器控制LED燈組的亮度及單個(gè)或整體LED燈的亮滅，此外還可以控制其流水燈顯示，用以模擬實(shí)際情況下復(fù)雜燈光的需求。經(jīng)測試，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)需求。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)，HS2238，NEC協(xié)議，模擬燈光控制，紅外控制

前 言

隨著科技的發(fā)展，人們對生活水平的要求也逐漸提高。在某些特定場合，包括家庭中的一些燈光的手動(dòng)控制改為遙控控制;及某些娛樂場所，包括演唱會，演播廳燈對一些燈光要求較高的場合，目前仍然是由多人協(xié)作手動(dòng)控制，這將大大增加不必要的人力消耗。因此，針對這些問題，提出了一個(gè)紅外控制的解決方案。將以模擬復(fù)雜燈光的方式對其進(jìn)行分析解決，最后可由單人控制遙控器的方式對整個(gè)燈光進(jìn)行控制。經(jīng)測試，結(jié)果滿足最初的設(shè)想。

第1章 總體設(shè)計(jì)

硬件總體由STC80C52單片機(jī)作為主控芯片，由紅外發(fā)射遙控器發(fā)送控制信息，在由HS0038紅外接收模塊接收其信息脈沖之后，將其發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)對其進(jìn)行解碼后，通過解析其控制信息，從而對應(yīng)的向LED燈組做出相應(yīng)的操作。其總體設(shè)計(jì)圖如下圖1所示。

第2章 硬件設(shè)計(jì)

2.1最小電路設(shè)計(jì)

目前市面上可以完成目標(biāo)需求的芯片大致有三類，分別是51單片機(jī)類、stm32單片機(jī)和樹莓派。其中51單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單和價(jià)格便宜，但內(nèi)置資源不足，適合于實(shí)現(xiàn)簡單且功能不算復(fù)雜的需求;Stm32單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，性價(jià)比高。樹莓派的優(yōu)點(diǎn)是功能及其強(qiáng)大，甚至可以跑LINUX系統(tǒng)，但價(jià)格過于昂貴?？紤]到此次項(xiàng)目只是模擬實(shí)際的燈光控制，并不需要過高的配置。因此采用51單片機(jī)系列中的STC80C52單片機(jī)作為主要控制芯片。

2.2電源、串口、燒錄三合一模塊設(shè)計(jì)

考慮到如果將所有需要的接口功能都單獨(dú)提供一個(gè)實(shí)際接口，這對硬件來說是一個(gè)負(fù)擔(dān)，通過USB轉(zhuǎn)串口的方式，便能同時(shí)解決供電、通信及燒錄功能。市面上流行的USB轉(zhuǎn)串口芯片是CH340。其硬件圖如下圖2-1所示：

2.3紅外接收模塊

紅外接收設(shè)備可由紅外接收電路、 紅外解碼芯片、電源和應(yīng)用電路組成。此次項(xiàng)目中，無需添加額外的解碼芯片，解碼功能由單片機(jī)完成，這樣將會減少成本。紅外接收功能則由HS0038完成。他將接收到的紅外脈沖發(fā)送單片機(jī)，然后由單片機(jī)進(jìn)行解碼。其電路圖如下圖2-8所示。

第3章 軟件設(shè)計(jì)

3.1主程序設(shè)計(jì)

軟件開始時(shí)，首先對單片機(jī)進(jìn)行初始化，包括有對定時(shí)器的初始化和設(shè)定中斷方式，開中斷等操作;當(dāng)準(zhǔn)備工作完成之后，就開始通過外部中斷的方式接收紅外信號，并將接收到的脈沖寬度信息保存至一個(gè)緩沖數(shù)組，然后通過解碼函數(shù)對脈沖信號進(jìn)行解碼，然后通過解碼后的信號，判斷需要做出開關(guān)燈、調(diào)亮度等操作。

3.2NEC通信協(xié)議

在同一個(gè)遙控電路中通常要使用實(shí)現(xiàn)不同的遙控功能或區(qū)分不同的機(jī)器類型，這樣就要求信號按一定的編碼傳送，編碼則會由編碼芯片或電路完成。編碼后的數(shù)據(jù)格式包括了引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)碼反碼，編碼總占 32 位。當(dāng)使445KHZ的晶振時(shí)，其編碼脈沖如下圖3-4：

3.3中斷處理函數(shù)

程序接收紅外信號是采用中斷接收的方式，通過下降沿觸發(fā)。當(dāng)遙控器按鍵按下后，單片機(jī)就會從外部中斷接收到其紅外脈沖，然后通過定時(shí)器判斷脈沖的時(shí)間，再將這個(gè)時(shí)間記錄下來。然后將33位數(shù)據(jù)脈沖保存至一個(gè)緩沖數(shù)組。后續(xù)可對這緩沖數(shù)組進(jìn)行解碼操作。

3.4解碼函數(shù)

當(dāng)紅外脈沖接收完成后，就可對其進(jìn)行解碼。按照NEC格式，判斷各脈沖的時(shí)間長度，便可判斷其各位的0、1組成。其解碼函數(shù)流程圖如下圖3-7所示：

如上圖所示，外循環(huán)主要對四個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，包括用戶段和數(shù)據(jù)段進(jìn)行操作，內(nèi)環(huán)是對每個(gè)字節(jié)的八個(gè)位進(jìn)行解碼操作。每位時(shí)間大于1390us的視為1，相反視為0.至此紅外解碼便能完成。

參考文獻(xiàn)

[1]李松嶺，楊昌福，李宇彤.基于80C52的水平測量儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技傳播，2015，7（11）：158+151

[2]謝琪林.淺談STC89S51單片機(jī)時(shí)序[J].電子測試，2020（24）：139-140

[3]韓燕楚，余宏.基于51單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，19（06）：21-23

河南科技大學(xué) 471000