基于STC12C4052AD單片機的遙控調光LED燈的設計

江蘇科技大學電子信息學院 吳 將 沈 舒 朱志宇 劉 浩 楊官校

21世紀以來，全球性的能源短缺和環境污染問題日益突出，人們迫切希望提高節能環保的新技術的發展。日常生活中，絕大部分照明控制系統都是利用各類普通的手動開關來控制燈具，其亮度調節也是通過普通的調光開關進行相應的調節，每次操作都必須走到開關處才能完成。人們往往因離電燈開關較遠，即使在暫時不需要照明的時候，也未能及時熄燈，從而造成電能的浪費。在現代的遙控控制方面普遍采用的遙控方式有：紅外線遙控[1]、聲控[2]、超聲波遙控[3]、無線電遙控[4]等，此類設計的要點在于如何設計出易于遙控傳輸的編解碼方式[5]且可靠性較好。從可靠性和對使用場所的要求綜合考慮，本文采用紅外線遙控的方式。

針對上面所述，設計出的一種遙控調光燈，可以對燈具實行遠程控制。

1.遙控調光LED系統簡介

1.1 設計概述

本設計采用芯片STC12C4052AD單片機作為遙控調光LED燈的主控芯片，能夠實時、準確、多點控制燈光的強度，不但有利于對光線的采集，更有利于節能減排。本系統由主機（STC12C4052AD）、從機（遙控電路）和燈光控制電路組成。本設計采用紅外一體化接收頭接收紅外發射相應的編碼數據[6]，經單片機處理后，通過改變PWM占空比法控制燈亮度不同。主機上則由單片機采集到的模擬量進而輸出相應的PWM信號調節任意光亮度。

1.2 系統結構設計

本系統以STC12C4052AD單片機為主控核心芯片，外圍電路由純模擬電路組成，系統主要有以下四個部分組成：紅外發送、LED驅動、紅外接收、參考電壓采集。整體系統原理框圖如圖1所示。

2.系統硬件電路設計

硬件電路主要由兩個部分組成：主機控制模塊和從機控制模塊。從機模塊主要是對紅外發射模塊的設計；而主機模塊由LED驅動模塊、信號處理模塊及紅外接收模塊組成。功能是實現紅外線遠程控制LED燈的開關及亮度級別，功能的實現主要靠軟件編程。

2.1 從機控制模塊設計

從機控制模塊的設計主要是對紅外發射模塊進行設計。采用專用紅外遙控發射芯片PT2262發送控制信號，電路如圖2-1所示。PT2262芯片1號引腳到6號引腳為地址輸入端，7，8，10～13為地址數據復用引腳。本系統采用8地址4數據的方式，其中1～8號引腳為地址，10～13為數據的配置方式。地址輸出/入端，可編成“1”、“0”和“開路”三種狀態。要求與PT2272設定的狀態一致。本系統中采用1～2號腳懸空，其余引腳接地的配置方式。14號腳發射使能端，低電平有效，接地。15，16引腳外接振蕩電阻，決定振蕩的時鐘頻率。經過查找資料發現外界振蕩電阻值為1.5MΩ。控制信號經17號引腳數據輸出端，串行輸出，將信號經過NPN三極管放大后由紅外發光管發射。9，18腳為+，-電源輸入引腳，采用5V電源供電。

為滿足遠程控制條件，本設計采用以PT2262為核心芯片的紅外遙控器來完成。經過實際測試，該模塊能夠在30米左右的范圍內有效傳輸，能較好的滿足本次設計需要。

2.2 主機控制模塊設計

主機主要是對LED燈的控制作用，通過產生不同的PWM脈寬信號給驅動電路，LED燈就會產生不同的亮度變化，其中采用單片機最小系統[7]為主控制器。主機硬件電路的設計簡易而又可以完成特定的功能。

2.2.1 紅外接收模塊設計

對于進行了調制的紅外線遙控信號，采用一體化紅外線接收頭進行解調。本模塊使用PT2272，可以接收載波頻率為38kHz的紅外線遙控信號，PT2272對接收到的信號除了進行了放大、限幅、檢波，直至得到遙控指令的脈沖信號，對解調出的信號進行整形和反向輸出，輸出信號直接進入主控芯片。

PT2272-L4地址配置方式與PT2262完全相同，這是接收可靠數據的前提。PT2272-L4具有鎖存功能鎖。鎖存功能是指當發射信號消失時，PT2272的數據輸出端仍保持原來的狀態，直到下次接收到新的信號輸入。14號引腳為脈沖編碼信號輸入端，采用紅外接收管接收發射管發射的紅外信號，并經過三極管的放大處理后送入PT2272，15，16引腳外接振蕩電阻，決定振蕩的時鐘頻率。外接振蕩電阻與PT2262外接振蕩匹配，選值為270KΩ。17號引腳輸出端，接收有效信號時，VT端由低電平變為高電平。9，18腳為+，-電源輸入引腳，采用5V電源供電。

2.2.2 LED驅動模塊設計

由于STC12C4052AD單片機DAC模塊輸出電流驅動不足，因此需要加三極管電路放大電流信號。與LED串聯的電位器用于限流保護[8]防止電流過大導致LED損壞，調節電位器的電阻值可以實現對LED燈亮度的控制。

2.2.3 信號處理模塊設計

采用555制作單穩電路[9]，消除按鍵產生的抖動信號，以獲得規則的脈沖波。該電路可以消除t=1.1RC時間間隔的干擾脈沖，可以有效消除按鍵帶來的抖動。將處理后的信號送入單片機處理。

3.系統軟件設計

3.1 主機程序流程圖

本設計采用STC12C4052AD作為主控芯片，節省成本 的同時也方便了軟件的程序設計。初始化單片機后，采用中斷的方式獲取按鍵碼值，主程序進行判斷處理后執行相應的子程序。系統整體流程圖如圖2所示。

3.2 從機程序流程圖

在從機遙控工作過程中，單片機在一分鐘內沒有檢測到有按鍵按下時，就會自動進入省電模式，當檢測到喚醒按鍵按下，單片機進入正常工作模式，并判斷是哪個按鍵按下的。單片機軟件控制流程圖如圖3所示。

圖1 系統整體設計框圖

圖2 主機控制流程圖

圖3 從機控制流程圖

4.總體測試結果分析

系統主要對以下幾種狀態進行測試：半自動調節狀態、全手動調節狀態和自動調節狀態。此電路設計元器件均依照成本低、功耗小來考慮。如STC單片機和紅外遙控器均在百毫瓦左右，LED功耗也是選取的4W高亮燈，由于整機功率測試不方便，測試器件的制約，只是做了大概功率估算，整機系統功率為8W左右。

5.結語

系統以單片機（STC12C4052AD）為主要控制芯片，開關電源模式通過PWM信號來驅動外圍開關電路調控燈光亮度，具有節能高效的性能。通過紅外編碼、解碼實現主從機通信。且具有記憶存儲功能，分為睡眠/工作兩種模式。外圍電路具有簡單且驅動能力強，成本低，效率高的特點。系統軟硬結合，以軟件調節為主，可修復空間大，具有較高的性價比。

[1]張愛全.紅外線遙控的基本原理和應用范圍[J].山西電子技術,2003(6):40-41.

[2]明月新.聲控閃爍燈的制作[J].科技創新導報,2011(35):83-85.

[3]楊邦文.超聲波遙控開關[J].電聲技術,1995(5):38-39.

[4]周結華,馬建倉,高承志.可編程無線電遙控多路開關系統設計[J].電子設計工程,2011,19(15):176-178.

[5]陳陽海.紅外遙控工作原理編碼方式及常用信號傳輸協議[J].電于制作,2007(11):6-9.

[6]許保彬.基于AT89C52單片機的紅外發射與接收系統的研究[J].通信技術,2008,41(9):75-77.