基于单片机的PWM调光灯(定稿)

工学院毕业论文二零一二年五月基于单片机的PWM调光灯专业：应用电子技术班级：电子1041学号：1001401126学生姓名：於卫东校外指导教师：校内指导教师：叶香美浙江工商职业技术学院工学院毕业设计1基于单片机的PWM调光灯摘要：目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用尤为重要。而51单片机是各类单片机中最为典型和最具代表性的一种。本实验是基于MCS-51系列单片机所设计的，以单片机芯片AT89C52作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，实现PWM控制LED的亮度，由主机和遥控从机两部分组成。本系统基于红外线无线遥感技术，以高亮度LED灯为光源，以编码解码芯片PT2262/PT2272芯片为从机的核心器件实现红外线远程控制，以STC12C5A60S2单片机作为主机的核心器件主要负责调光，采用PWM节能法来实现对LED灯启停、亮度进行快速而准确地控制。电路结构简单、成本低、操作方便、遥控距离在8m左右，可广泛应用于家庭照明。关键字：红外线无线遥控；节能环保；LED灯；PWM节能法浙江工商职业技术学院工学院毕业设计2目录1绪论…………………………………………………………………………………31.1课题的意义及内容............................................31.2设计任务....................................................31.3设计要求....................................................32方案论证……………………………………………………………………………52.1从机设计方案................................................52.2主机设计方案................................................52.3系统设计方案选定............................................52.3.1从机方案选定………………………………………………………62.3.2主机方案选定………………………………………………………63硬件电路设计………………………………………………………………………73.1系统结构介绍................................................73.2从机红外遥控单元的电路设计..................................73.3主机控制单元电路设计........................................83.4单片机......................................................93.5键盘电路设计...............................................123.6LM7805模块电路............................................123.7控制板电路.................................................144系统软件设计……………………………………………………………………154.1红外线遥控原理.............................................154.2按键控制LED灯亮度.........................................154.3从机遥控功能软件流程图.....................................164.4主机控制功能软件流程图.....................................185测试调试…………………………………………………………………………205.1测试仪器...................................................205.2检测方法...................................................205.2.1检测红外线的发射与接收…………………………………………205.2.2检测PWM的输出占空比……………………………………………205.3测试结果...................................................20浙江工商职业技术学院工学院毕业设计36结论………………………………………………………………………………21谢辞…………………………………………………………………………………22参考文献……………………………………………………………………………23附录A………………………………………………………………………………23附录B………………………………………………………………………………24附录C………………………………………………………………………………25附录D………………………………………………………………………………26附录E………………………………………………………………………………291绪论1.1课题的意义及内容当今社会信息技术发展迅速，科技发展更如同跳跃，可是大多数家庭、单位都采用手动开关，人们有时不想走动，常常是晚上睡觉或者离开时才关灯。基于上述原因，为了更方便生活，本文设计出了一遥控调光灯，其不仅可以遥控开、关灯，还能根据需要任意调节灯光的亮度。此外，本设计还有一大亮点就是采用高亮度LED灯作为光源。LED照明以寿命长、节能、环保等显著优点而倍受人们关注,被认为是21世纪最有价值的新光源。本系统主机部分以STC12C5A60S2单片机和解码芯片PT2272为核心控制器件，通过控制PWM来准确而快速地控制灯启停与亮度的调节；从机部分采用编码芯片PT2262芯片为核心控制器件，通过按键控制红外线遥控来控制LED灯的开关和亮度调节。脉冲宽度调制(PWM)，是英文“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。1.2设计任务以“环保、节能、高性价比”为主题，设计并制作一个遥控调光灯。1.3设计要求1、我将利用单片机为主控芯片，来调节LED的亮度。2、系统分为主机和遥控从机两个工作组，其中主机负责亮度的调节，从机利用红外远程控制。3、从机将分为发射与接收两个部分，其中发射部分也就是遥控器将会有两浙江工商职业技术学院工学院毕业设计4个按键A与B，按下A时，LED的亮度将会逐渐变亮，按下B时，正好相反LED的亮度会逐渐变暗。4、主机也有调光功能，通过按键可以任意调节光的亮度。本系统主要由控制模块、LM7805模块、键盘接口模块等3部分组成。本系统利用STC12C5A60S2为系统核心，利用稳压管7805和TIP42C作为LED灯驱动器。C语言来实现自动LED灯光变换的效果。图1.1总体设计框图浙江工商职业技术学院工学院毕业设计52方案论证2.1主机设计方案方案一：AT89S52单片机+专用红外解码芯片+A/D转换芯片。SN2501为专用红外线解码芯片，专用芯片有固定的解码方式，外部元件只要一个4M晶振和两片瓷片电容，上电后即可工作。将解码数据输送到AT89S52单片机中进行处理，然后对LED灯进行PWM方式控制亮度。主机上的亮度调节旋钮通过DAC0832的A/D转换芯片将模拟电压转换成数字信号，将信号传送到单片机中进行处理，然后对LED灯进行PWM方式控制亮度。方案二：STC12C5A60S2单片机。高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。对LED灯进行PWM方式控制亮度。方案三：以LPC2138为主控芯片:其本身自带A/D转换功能，带大容量的32KRAM和512KFLASH,内部资源丰富且系统稳定，芯片价格昂贵。2.2从机设计方案方案一：利用WCDMA网络来实现控制，优点遥控距离无限制，符合物联网的发展。缺点成本较高，制作工艺繁琐方案二：用专用芯片进行红外线的发射，HT6221为专用红外线编码发射芯片，可以有32个不同的编码，芯片内部已有固定的编码，外部元件只要一个455KHz的晶振和两片瓷片电容，上电后即可工作，价格便宜。方案三：，用编码解码芯片PT2262/PT2272直接进行红外编码发射，使接收红外线的解码一端的装置有更多的器件来选择。12MHz的晶振为常用元件，购买比较容易。红外线发射载波和编码都能通过软件编写，编码比较灵活，使得红外线的编码具有一定得独特性，安全性也更高。2.3系统设计方案选定浙江工商职业技术学院工学院毕业设计62.3.1主机方案选定方案一中的AT89S52单片机编码简单，便于维修，应用广泛，但是他的能耗较大，不符合节能环保的设计要求方案二STC12C5A60S2单片机内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),共4个16位时定器两个与传统8051兼容的定时器计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。能够方便控制灯的亮暗。方案三运用LPC2138为主控芯片，其本身自带A/D转换功能，带大容量的32KRAM和512KFLASH,内部资源丰富且系统稳定，但芯片价格昂贵。综合考虑STC12C5A60S2单片机高速/低功耗/超强抗干扰，符合设计要求，所以选择方案较二为合适。2.3.2从机方案选定由于方案一利用HT6221芯片价格便宜，但它的接收器较为复杂。容易出现误差方案二蓝牙通信，而蓝牙主要用于短距离传输，芯片价格一直偏高。方案三，用编码解码芯片PT2262/PT2272直接进行红外编码发射，使接收红外线的解码一端的装置有更多的器件来选择。12MHz的晶振为常用元件，购买比较容易。红外线发射载波和编码都能通过软件编写，编码比较灵活，使得红外线的编码具有一定得独特性，安全性也更高。相比而言，选择方案三较为合适。浙江工商职业技术学院工学院毕业设计73硬件电路设计3.1系统结构介绍遥控调光灯的设计，主要分成两个部分：从机和主机。从机以编码芯片PT2262为控制核心，通过按键控制红外遥控的方法来远程控制LED灯的开关和亮度级别，当从机发射红外线时，工作指示灯会闪烁提示；主机STC12C5A60S2单片机和解码芯片PT2272为核心，对接收到从机的命令后，接收到的不同指令而控制高亮度LED灯（下文统一称为LED灯）的不同亮度级别。主机也有调光功能，通过主机上的按键也可以控制LED灯的开关和亮度级别。系统结构框图如图3.1所示图3.1系统结构框图3.2从机红外遥控单元的电路设计从机主要的功能是实现红外线远程控制LED灯的开关及亮度级别。从机的硬件电路结构简单，功能的实现主要靠软件编程实现。硬件电路主要由编码芯片VCC从机按键GNDVCC主机按键控制LED灯亮度工作指示灯工作指示灯浙江工商职业技术学院工学院毕业设计8PT2262最小系统、按键和红外发射管组成，其原理框图如图3.2所示。图3.2从机电路原理框图从机用编码芯片PT226