基于紅外遙控技術(shù)的LED燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邱慧麗，盧 彪，楊小瑩

(宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000)

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基于紅外遙控技術(shù)的LED燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邱慧麗，盧 彪，楊小瑩

(宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000)

利用ATmega16芯片設(shè)計(jì)了一套基于紅外遙控技術(shù)的LED燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三部分硬件設(shè)計(jì)：紅外遙控電路模塊設(shè)計(jì)、紅外信號(hào)控制解析模塊設(shè)計(jì)和LED恒流驅(qū)動(dòng)硬件模塊設(shè)計(jì)以及軟件模塊設(shè)計(jì)。經(jīng)測(cè)試，PWM占空比與負(fù)載電流為正比關(guān)系，證明該控制系統(tǒng)完全滿足LED燈的紅外遙控功能。

LED燈；紅外遙控；控制解析；線性正比

0 引言

LED光源具備壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保、豐富動(dòng)態(tài)變換、功率低、支持計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)和嵌入式控制技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，LED光源的內(nèi)在特征決定了它是可替代傳統(tǒng)光源的最理想的光源[1]。由于傳統(tǒng)燈具不具備遠(yuǎn)程亮度調(diào)節(jié)、開(kāi)關(guān)控制器安裝在墻壁上不易操作、效率低下等缺點(diǎn)，隨著LED技術(shù)的成熟，越來(lái)越多的家庭選擇LED燈具作為照明設(shè)備。本文設(shè)計(jì)了基于紅外控制技術(shù)的LED遠(yuǎn)程控制照明系統(tǒng)，提供了照明燈的紅外遙控亮度調(diào)節(jié)功能。

1 LED燈控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由三部分組成[2]：紅外信號(hào)控制模塊、ATmega16芯片控制模塊和LED恒流驅(qū)動(dòng)模塊。當(dāng)紅外信號(hào)控制模塊收到遠(yuǎn)程紅外控制信號(hào)的時(shí)候，利用中斷程序使ATmega16芯片從睡眠模式中蘇醒；然后芯片進(jìn)入紅外信號(hào)分析狀態(tài)，假如硬件地址匹配正確，ATmega16芯片就會(huì)根據(jù)紅外控制命令改變LED驅(qū)動(dòng)的電流配置，實(shí)現(xiàn)LED照明燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。LED燈具遙控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 LED燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 紅外遙控電路模塊設(shè)計(jì)

紅外遙控電路設(shè)計(jì)的主要硬件器件使用的是GRM1158S，該原器件大量用于目前家庭的電視機(jī)、空調(diào)、冰箱等家庭電器的無(wú)線控制中[3]。GRM1158S直接將遙控器中的控制信號(hào)從控制波中解析出來(lái)，通過(guò)電壓匹配，直接與ATmega16芯片的接口對(duì)接，其中PD2是實(shí)現(xiàn)ATmega16中斷程序的外部接口，信號(hào)控制距離為15m，滿足家庭的需求。紅外控制電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2 紅外信號(hào)控制解析模塊設(shè)計(jì)

紅外信號(hào)控制解析器采用Atmel公司的ATmega16芯片，該芯片片內(nèi)集成了UART、SPI、I2C等接口，該接口模塊可利用這些接口與其他系統(tǒng)通信，使得該接口模塊成為通用的接口轉(zhuǎn)換器[4]。本系統(tǒng)中的信號(hào)控制器ATmega16的主要功能是：分析紅外信號(hào)的控制命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)的控制[5]。

2.3 LED恒流驅(qū)動(dòng)硬件模塊設(shè)計(jì)

LED恒定電流驅(qū)動(dòng)硬件采用的是MTU8801集成芯片，它具備95%的高能效，10-320V的電壓控制域，輸出電流具備彈性調(diào)節(jié)功能[6]。該系統(tǒng)電流驅(qū)動(dòng)電路為經(jīng)典的BUCK-BOOST，電路驅(qū)動(dòng)芯片輸入恒定電壓12V，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)2-8個(gè)高亮度的LED燈具[7]。LED硬件驅(qū)動(dòng)原理如圖3所示。

本設(shè)計(jì)中，MTU8801工作時(shí)內(nèi)部震動(dòng)頻率fosc由接口電阻Rosc決定。其中，Rosc=320kΩ，二極管的控制頻率為Q1=48kHz，接口電阻Rosc與震動(dòng)頻率fosc的關(guān)系如下：

當(dāng)LED燈在工作時(shí)電壓為2V，當(dāng)有5只LED燈并聯(lián)在末端時(shí)，控制電壓Vled=10V。LED燈在全額功率下Q1的占空比D為0.43，如下：

Q1的打通時(shí)間設(shè)置為5.8ms，輸出電流Iled=260μA，諧波電流控制在15%左右，則電磁感應(yīng)L1的值為0.98mH，如下：

R1的回饋電壓與MTU8801內(nèi)電壓160mV相對(duì)比，若回饋電壓>160mV的時(shí)候，則切斷Q1電平。由關(guān)系式R=U/I可得出R1=0.62Ω，如下：

R1=250mV/(Lled+0.5×0.3×Iled)=0.62Ω。

3 LED燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

LED燈控制系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。當(dāng)紅外控制器接收到外部控制信號(hào)后，ATmega16芯片立刻切斷INT0離開(kāi)休眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。首先，PD2進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和方波信號(hào)的匹配：(1)如果系統(tǒng)地址匹配不通過(guò)，則在1秒的延遲后重新回到休眠狀態(tài)；(2)如果地址匹配成功，則進(jìn)入紅外編碼識(shí)別狀態(tài)，識(shí)別不通過(guò)重新進(jìn)入系統(tǒng)休眠狀態(tài)，識(shí)別通過(guò)進(jìn)入編碼存儲(chǔ)中斷、編碼命令解析和LED燈控制命令動(dòng)作的執(zhí)行完成燈具控制功能[8]。

4 系統(tǒng)測(cè)試

該LED燈控制系統(tǒng)在正常攜帶負(fù)載的狀態(tài)下，占空比和電流的對(duì)應(yīng)測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 占空比和電流對(duì)應(yīng)關(guān)系

表1顯示的占空比(%)和輸出電流/mA的線性正比關(guān)系表明,該LED燈控制系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了家用LED燈的調(diào)光控制。

5 結(jié)語(yǔ)

采用ATmega16控制芯片設(shè)計(jì)的紅外遙控LED燈控制系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)照明無(wú)法無(wú)線亮度調(diào)節(jié)、開(kāi)關(guān)不易操作和能耗高的缺點(diǎn)。通過(guò)紅外遙控電路模塊設(shè)計(jì)、紅外信號(hào)控制解析模塊設(shè)計(jì)和LED恒流驅(qū)動(dòng)的硬件模塊設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了紅外收發(fā)系統(tǒng)的信號(hào)控制和燈光強(qiáng)弱信號(hào)控制。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該控制系統(tǒng)完全滿足LED燈的紅外遙控功能。

[1] 謝揚(yáng),潘子豪.易安卓開(kāi)發(fā)平臺(tái)可視化界面在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015，15(9)：14-15.

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[7] 謝銳彬,林熒,崔虎,等.手機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外遙控方法的研究進(jìn)展[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2014,(5)：7-8.

The Design of LED Lamp Control SystemBased on Infrared Remote Control Technology

QIUHui-li，LUBiao，YANGXiao-ying

(SuzhouUniversity，Suzhou234000，China)

We use ATmega16 chip to design a set of LED lighting control system based on infrared remote control technology. The system includes three parts of hardware design: infrared remote control circuit module design, resolution of infrared signal control module design and the LED constant current drive hardware module design and the software module design.After the test, PWM duty ratio and load current is in proportional relations, and proves that the control system can completely satisfy the infrared remote control function of LED lamp.

LED lamp; infrared remote control; control analysis; linear proportional

2017-03-09

2016安徽高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)改進(jìn)及在井下人員定位中的應(yīng)用研究”(KJ2016A777)；宿州學(xué)院智能信息處理實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助“大數(shù)據(jù)分析的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)模型中的應(yīng)用”(2016ykf13)

邱慧麗(1988-)，女，碩士，宿州學(xué)院信息工程學(xué)院智能信息處理實(shí)驗(yàn)室教師，研究方向：人工智能、模式識(shí)別。

TP393

A

1674-3229(2017)02-0031-03