智能照明系统

I基于遥控控制的智能照明系统设11绪论1.1选题的目的与意义作为一名电气自动化的学生，有许多课程，例如电子电工，单片机，plc等。这些知识令我兴奋，最终我们的目的是把所学知识真正应用于生活工作中。而在没有看到这个题目时，我早已对家庭智能家居充满了兴趣，总想着自己能动手做出简单的智能控制应用在自己的家庭。基于遥控控制的智能照明系统设计是我选择的设计题目，希望通过自己所学知识来实现自己家庭的智能化。智能照明目前已经有了一定的市场，为我们的工作生活提供了便利，但对于普通家庭来说，现在的智能化还没有真正深入人心，没有真正融入到普通家庭。而本设计针对普通家庭的照明情况使家居智能化更好的应用在家庭，服务于家庭。智能照明能够营造更好的照明环境，在特定的场合人们会对照明环境有不同的要求，在这种需求的驱使下，我希望能对智能照明有更深入的了解，服务于自己。1.2智能照明发展现状照明的智能化是人们需求下的成果。在智能照明最初进入我国时，并不能得到人们的认可，这其中有许多原因，如价格较贵，没有向人群大力度推广等，导致智能照明的市场不能快速的在国内发展起来。随着时间的累积，人们认识的提高，智能照明也快速发展起来。但智能照明市场也在飞速前进的路上遇到了一些绊脚石，除了各种照明行业的质量价格等标准不同，还有就是普通消费者的接受能力低，使得智能照明一直无法大面积普及开来[1]。2智能照明系统概述2.1智能照明系统简介该智能照明系统应用于我的家庭，对家里的客厅、卫生间以及楼道门前灯的照明进行集中控制。遥控控制部分主要采用两种遥控控制方式，一种主要以单片机为核心，制作红外遥控的发射装置与接收装置，用独立按键控制来实现家庭客厅等房间的照明，以单片机控制灯具的亮灭，制作直流5V电源模块给单片机供电，制作12V的开关电源对整个照明灯具进行供电。另一种则利用热释电红外感应开关对卫生间和楼道灯的照明进行单独控制。而灯组的选择上，客厅、卫生间采用1W350mA大功率LED灯珠制成灯带，根据各房间照明需求，进行灯带的组合配置，楼道灯则采用小功率LED[2]。22.2智能照明系统工作原理2.2.1红外遥控系统工作原理红外遥控系统由最简单的红外发射系统和红外接收系统组成。系统原理框图如图1所示，遥控发射将所要完成的命令发射出去，它的组成一般为按键系统，由单片机组成的编码系统，还有基于红外发射头的驱动发射电路。将信号发出去后，由红外接收系统对信号进行解码接收，在这里我的遥控接收系统有基于一体化红外接收头的信号接收电路，此电路对遥控信号进行接收，然后把信号传给单片机进行解码，解码后根据相应指令对外部电路做出动作。我的外部电路主要是照明灯具和蜂鸣器，根据单片机软件的设计可对照明灯具进行延时关闭和逐渐点亮及熄灭控制；而蜂鸣器则作为遥控提示音，防止发出无效指令[3]。六路独立按键控制发射89C2051单片机进行编码12V干电池稳压为直流5V供电NPN8050型三极管驱动电路红外发射头基于HS0038一体化红外接收头的接收电路89C51单片机进行解码基于ULN2803的驱动电路客厅LED灯组控制LED灯延时关，逐渐点亮及熄灭，亮度调节12V开关电源稳压为5Ｖ供电１２Ｖ开关电源供电红外发射部分红外接收部分图1红外遥控系统原理框图2.2.2热释电红外开关系统工作原理热释电红外开关系统一般由三部分组成，菲涅尔透镜，热释电传感器和信号处理电路。系统原理框图如图2所示，菲涅尔透镜对检测到的人体红外光谱进行聚焦，聚焦后送给热释电传感器，而传感器输出的信号比较弱，所以由信号处理电路对信号进行放大处理等，进而对外部设备进行控制。在本设计中针对家庭卫生间采用热释电红外开关对照明灯具进行无线控制。它的特点是，当人体进入监测范围时，传感器检测到信号，将信号传给信号处理电路，对LED灯进行开关控制。它的最大优点是，有3人时控制照明设备一直点亮，直到人离开，而人离开后信号处理电路会进行短暂延时后将照明设备熄灭。利用光敏电阻的特性，白天光线强时则不对人体红外信号响应[4]。检测对象菲涅尔透镜热释电红外传感器信号处理电路照明灯组１２V电源供电图2热释电红外开关系统原理框图3智能照明系统硬件设计3.1单片机的选择及主要电路图3AT89C51芯片和AT89C2051芯片在单片机的选择上，用了两片单片机芯片。如图3所示，一个AT89C2051芯片为20个管脚，用在遥控发射器上。一个为AT89C51芯片为40个管脚用在遥控接收电路中[5]。因为遥控发射电路只用了六个按键电路和一个发射电路，所需IO口较少，选择AT89C2051芯片即可满足需求，并且体积相对较小，适合遥控器制作要求。IO口配置为P1作为按键输入，P3.5作为信号输出口。而遥控发射电路所需IO口较多，单片机芯片选择为AT89C51。主要利用P2口作为输出驱动口；RST作为复位电路的IO口；P3.2（INT0）和P3.0（RXD）作为红外信号接收口。3.1.1复位电路单片机复位电路是为单片机提供一个复位功能，复位就是单片机的初始化操作，RST9XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)1789C51RES1P3.0/RXD2P3.1/TXD3XTAL14XTAL25P3.2/INT06P3.3/INT17P3.4/T08P3.5/T19GND10P3.711AIN0/P1.012AIN1/P1.113P1.214P1.315VCC20P1.416P1.517P1.618P1.719U1AT89C20514让程序从头开始执行工作。也可以通过手动按键复位使单片机工作前数据全部清零，以保证能够正常的运行程序。除了运行系统前需要初始化，还有在程序运行过程中出现混乱或操作过程中不恰当行为使系统处于死机状态，也需按复位键重新启动该程序。电路图如图4所示[6]。图4单片机复位电路3.1.2时钟电路本设计中我们采用的是12MHz石英晶体，电容容量为30pF。电路图如图5所示。图5振荡电路3.2红外遥控发射电路红外遥控发射电路主要组为：六个独立按键，单片机，红外发射驱动电路和一个5V直流电源。发射框图如图6所示，红外发射功能的实现主要依靠单片机的编码，每个按键都对应不同的数据码，因为红外接收头的接收频率为38KHz，所以单片机发出38KHz的脉冲信号，将数据信号发送出去。在这里由两个三极管进行信号的放大传给红外发光管。按键输入电路应用单片机P2口，红外发射应用单片机P3.5管脚[7]。按键部分5V电源红外发射单片机89C2051编码驱动图6红外发射框图R210kRST1GNDC322uFVCCRSTC230pFC330pFCRYSTAL12MHzGNDXTAL2XTAL153.2.1遥控按键电路按键电路为6个独立按键，这种独立键盘相对简单，采用延时重复扫描法消除按键过程中的抖动现象。按键电路如图7所示，按键直接接在P2管脚，另一端接地。按键的功能，K1至K5控制客厅的照明系统，通过按键，可实现灯具亮灯数目的开关，共有五个灯条，一个按键控制一路灯条，进行亮度调节。K6可为这盏灯具的总开关，可与其他五个按键区分开，进行总控制，实现五条灯带的总开和总关。图7按键电路3.2.2红外发射电路红外发射电路是将单片机发出的脉冲信号进行放大，再由红外发光管发射出去。本设计选用SIR333发光管，SIR333正向电流值为75mA，正向电压为典型值为1.3V,所以在红外发射头前串接限流电阻，此阻值为25Ω。单片机将编好的信号发送出去，最重要的是要将信号调制在38KHz的载波上。而从单片机IO口发出的电流一般为20mA，再加上限流电阻的限流，无法直接驱动红外发射头，所以要对电流进行放大，在这里采用两个s8050三极管，将电流信号放大。发射电路如图8所示。3.3红外遥控接收电路红外遥控接收电路主要依靠一体化红外接收头，对遥控发出的信号进行接收，之后传给单片机进行解码。接收框图如图9所示。在这里红外接收头选用HS0038B，实物图如图10所示，用于接收38KHz的红外信号。HS0038B接收头功能很强大，不仅仅是对信号接收，还能对信号进行放大，检波，整形。在它的输出端输出TTL电平信号，这种信号能被单片机准确识别。在单片机接收到信号后，产生中断，开始接收红外信号，对信号进行解码后，做出相应动作，驱动外部设备。此接收电路主要为基于红外接收头的接收电路，然后送给单片机解码。接收电路如图11所示。RES1P3.0/RXD2P3.1/TXD3XTAL14XTAL25P3.2/INT06P3.3/INT17P3.4/T08P3.5/T19GND10P3.711AIN0/P1.012AIN1/P1.113P1.214P1.315VCC20P1.416P1.517P1.618P1.719U1AT89C2051K1K2K3K4GNDK5K6C430pFC530pFCRYSTAL112MHzR210kRST1GNDGNDC322uFRSTXTAL2XTAL1123456781615141312111091KR20ResPack3VCCP1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.0GND5VVCC6图8红外发射电路红外接收5V电源受控设备单片机89C51解码控制12V电源驱动图9红外接收框图图10一体化HS0038实物图图11红外接收电路图RES1P3.0/RXD2P3.1/TXD3XTAL14XTAL25P3.2/INT06P3.3/INT17P3.4/T08P3.5/T19GND10P3.711AIN0/P1.012AIN1/P1.113P1.214P1.315VCC20P1.416P1.517P1.618P1.719U1AT89C2051R325NPN8050LED3SIR333VCCP3.5R51kGNDC430pFC530pFCRYSTAL112MHzR210kRST1GNDGNDC322uFVCCRSTXTAL2XTAL1GNDNPN18050VCCRST9XTAL218XTAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39VCC40P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)1789C51VCCGNDVCCPNP5V蜂鸣器GND1KRP2.0312HS0038R810kR7100C922pFVCCGNDR610kRST2GNDC822uFVCCRSTC1030pFC1130pFCRYSTAL212MHzGNDXTAL2XTAL15V73.4热释电红外开关电路在卫生间的灯组控制上，因为其使用频率并不高，而且不能每次进入卫生间都要用遥控器进行LED灯的控制，这样没有实现照明的智能化