智能化照明节能系统的设计.doc

1、目录摘要 .Abstract .绪言 .1 1.1 课题背景.1 1.2 课题研究的目的和意义.1 1.3 国内外概况.12智能照明系统简介.3 2.1 智能照明系统的概念和意义.3 2.2 智能照明与常规照明系统的区别.4 2.2.1线路系统区别.4 2.2.2控制系统区别.4 2.3 智能照明的节能空间.5 2.4 智能照明控制方式.53系统硬件电路设计.7 3.1 系统设计方框图.7 3.2 电源.7 3.3 遥控模块.8 3.3.1 信号选择.8 3.3.2遥控电路主要芯片介绍.8 3.3.3 遥控电路.10 3.3.4 遥控编码.12 3.3.5 PT2262/2272 地址码的设定

2、.13 3.4 控制电路. .13 3.4.1 单片机的前向通道.13 3.4.2 柔和度调节.13 3.4.3 其他功能电路.15 3.4.4 显示电路.164系统软件设计. .17 4.1 程序流程图.17 4.2 主要程序分析.20 4.2.1 INT0 外部中断控制.20 4.2.2 显示控制.20结论.22谢辞.23参考文献.24附录 1 主电路.25附录 2 部分程序.26摘要常言道“眼睛是心灵的窗口。”我认为灯则是指引心灵的方向标。我们时时刻刻都在使用着灯，诸如台灯，路灯，日光灯，彩灯等等。因此设计一种方便实用又节能的照明系统是很有实用价值意义的一件事。随着科学技术的发展以及人们

3、生活水平的提高，智能照明系统便自然的成为了当今时代的关注点。本设计是基于红外控制的新型智能照明系统，它综合利用红外线遥控技术，单片机控制技术，实现对照明的智能控制。它能让拥有者对照明系统进行遥控控制，实行灯组的任意点亮或亮度调节，不同场景的选择，以及灯组的总开总关和定时光灯等功能，方便实用，具有良好的节能功效。关键词：智能照明；遥控；单片机；声光控Abstract As the saying goes, the eyes are the window to the soul. I think the lights are standard guidelines for the directio

4、n of the mind. We use the lights all the time, such as table lamps, street lamps, fluorescent lamps, lanterns and so on. Therefore, to design a practical and convenient energy-efficient lighting system is very practical and meaningful. With the development of science and technology as well as the im

5、provement of peoples lives, intelligent lighting system will naturally become the focus of the present era. The design is based on infra-red design of the intelligent lighting system. It make integrated use of infra-red remote control technology as well as single-chip control technology to control t

6、he intelligent control of lighting. It allows the owner to remotely control the lighting system to achieve any lit lanterns or brightness adjustment, under different circumstances the choice of scenes, as well as the total lamp to open Group Chief Customs and timing lights and other functions, so co

7、nvenient and practical, and with energy-saving effect. Key words: Smart Lighting; Remote Control; Single-Chip; Sound and Light ControlIII1绪言 随着经济的进一步发展，人们的生活水品逐渐提高，人们对生活品质的要求也越来越高，传统的照明系统虽然简单、易于实现，但对于照明的控制，人们希望能更加方便，于是智能照明系统应运而生1。电子技术的发展，尤其是数字技术的发展推动了通讯技术、网络技术、传媒业的发展,数字化家居将得到进一步的快速提升，技术也将进一步成熟，在不久的将

8、来，智能照明将真正得到普及。1.1课题背景 照明，不仅改变了人们“日出而作，日落而息”的生活方式，也充斥丰富了我们的精神世界，而照明系统是我们生活中最常用的基础系统2。随着智能家居产业的兴起, 充满人性化的家居智能照明系统将带给你浪漫，温馨舒适的家居环境，智能照明可以控制照明光源的发光时间和亮度，它不仅具有软起，调光，全开全关等基本的功能，而且与其它智能系统连动还能实现具有场景设置等更具人性化的功能。实现照明管理智能化，操作简单灵活。是的，也许你不禁要问：“为什么一个小小的照明系统能实现这么多功能。”我想这要归功于它的结构及发明原理3。这当中到底包含了多少我们去探索, 去发现的奥秘呢? 带着这

9、个问题，我选择了这个课题，从课题研究中寻找答案!1.2 课题研究的目的和意义 研究目的：通过这次的课题研究我希望在理清它的发展脉络上进一步了解它的发明原理，将平时所学知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，以及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。同时我们也希望这次的研究能让我更一步的了解照明系统，而不是仅仅局限于课本知识以内4。从小的突破点入手，掌握又一项科技知识，从而实现课堂外的又一次提高。研究意义：节能环保是当今世界的主潮流，传统的照明系统由于其高耗能，不便控制等已渐渐不能满足现代人的需要，智能照明系统作为智能化家居的重要组成部分面临着很大的发展机遇，智能化家居作为人类通信、

10、网络、建材、安防等行业发展之集大成，受到社会的极大关注5。它不仅方便了人们的生活，提高了家居品味，还从一定程度上改变了人们的生活方式。从而改变了人们的生活质量。所以研究智能照明的节能系统的设计具有相当重要的意义。1.3 国内外概况 智能照明行业自从上世纪90年代进入中国市场以来，受市场的消费意识、产品价格、市场环境、推广力度等各方面的影响，一直没有太大的起色，其原因主要有以下几个方面： 1、智能照明的宣传推广远远不够 由于这是一个新兴行业，不同于普通消费品市场的建设，消费观的形成也需要时间，产品的宣传力度还需要加大。但是随着经济的发展，相关行业对外开放力度的加大，部分国际照明品牌进军中国市场，

11、与国内智能照明厂家和商家等企业相互取长补短，在良性的市场竞争中，推动了智能照明行业的发展与增长6。另外由于市场没有成型，还没有形成大的消费市场，大部分智能照明厂家在市场渠道的建设上也一直在探索着适合这个行业的模式。由于各方面的原因，电工经销商很难推动，装饰公司又不够专业等因素使智能照明使智能还没有形成稳定的销售渠道。 2、消费者在认识上存在误区普通家庭在照明问题上由于传统观念的影响，普遍感觉照明系统是否智能并不十分必要，由于文化素质高低的差异，许多人虽然对智能照明有些了解，但又担心对这种高科技产品不会用，有的甚至担心维修保养问题，从而造成更大的麻烦。3、经济基础因素 我国现阶段虽然国民经济取得

12、了长足的进步，人们生活水品达到了总体小康的水平，但绝大数家庭还处于温饱阶段，来自生活各方面的经济压力使人们还不会过分追求家居的舒适，通常的对策是增加储蓄，以备不时之需。而且，普通家庭住房一般都是二居室或三居室,是否采用智能化照明，现实意义不大。因此，对于智能照明，智能家居等先进的时尚商品，采取观望的态度7。总之，国内绝大多数家庭的经济状况，也是影响智能照明系统普及的重要原因，尽管智能照明系统的价格并不昂贵。 4、智能照明的产品因素 市面上个别智能产品水品不高，也不能满足人们的需要。有的产品只能在一个地方控制，部适合大房子；有的遥控灯不能实现网络化的控制方式，不能用一个遥控器控制所有的灯；有些单

13、独的调关开关只是调光，没有记忆功能，不能自动延时或进行南其他高级操作等8。在一定程度上，也影响人们对智能产品的看法。 2智能照明系统特点采用智能照明控制系统，可以使照明系统按设定的若干状态进行工作，这些状态按预先设定的时间相互自动地切换。另外，还可以通过编程随意改变各区域的光照明度，以适应各种场合的不同场景要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。相比较传统照明而言，智能照明有很多无可比拟优越性。2.1 智能照明概念及意义 智能照明的概念： 智能照明系统是指利用计算机，网络技术、无线通讯数据传输、电力载波通讯技术、计算机智能化信息处理技术、传感技术及节能型电器控制等技术组成的分布式无线

14、或有线控制系统，通过预设程序的运行，根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明9。 照明控制系统是一个总线型式或局域网型式的智能控制系统。所有的单元器件均内置微处理器和存储单元，并由信号总线连接成网络，每个单元均可分配唯一的单元地址。当有输入时，输入单元首先将其转变为总线信号，然后在控制系统总线上进行广播，所有的输出单元接收信号后进行判断，继而控制相应回路输出。 智能照明意义： 1、节能：当前我国的宏观经济建设中，节电节能的任务越来越紧迫。智能照明系统借助各种不同的智能设置控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和管理来实现最大的节能效果。 2

15、、延长灯具寿命：无论是热辐射光源，还是气体放电光源，电网电压的波动是光源损坏的一个主要原因。智能照明系统可以有效抑制电网电压的波动，通过系统对电压的限定和轭流滤波等功能，避免过电压和欠电压对灯具的损害10。另外，智能照明系统还可以利用软启动和软关断技术，避免冲击电流对光源的损害。 3、改善照明质量：智能照明系统以调光模块控制面板代替传统的平开关控制灯具，可以整体的控制各房间内照度值，提高照度均匀性。同时，智能照明系统也可以避免频闪效应。 4、实现多种照明效果：智能照明系统易于实现多种照明场景控制方案，按不同时间、不同用途、不同效果采用相应的预设置场景进行控制，可以达到丰富的艺术效果。 5、管理

16、维护方便：智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，照明预置场景的参数以数字式存储在可擦除可编程ROM中，这些信息的设置和更换十分方便，加上灯具寿命的大大提高，使照明管理和设备维护变得更加简单。2.2智能照明与传统照明的区别2.2.1 线路系统区别 1、单控电路系统的区别11 传统照明单控电路特点：a.控制开关直接接在负载回路中；b.当负载较大时，需相应增大控制开关的容量；c.当开关离负载较远时，大截面电缆用量增加；d.只能实现简单的开关功能。 总线式智能照明系统单控电路特点：a.负载回路连接到输出单元的输出端，控制开关用总线与输出单元相连。负载容量较大时仅考虑加大输

17、出单元容量，控制开关不受影响；b.开关距离较远时，只须加长控制总线的长度，节省大截面电缆用量；c.可通过软件设置多种功能（开/关、调光、定时等）。 2、双控电路系统区别 传统照明双控电路特点：a.实现双控时用两个单刀双置开关，开关之间连接照明电缆；b.进行多点控制时开关之间的电缆连线增多，使线路安装变得非常复杂，工程施工难度增大。 总线式智能照明系统双控电路特点：a.实现双控时只需简单地在控制总线上并联上一个开关；b.进行多点控制时，依次并联多个开关，开关之间仅用一条总线连接，线路安装简单、省事。2.2.2 控制系统区别 1控制方式区别 a.传统控制采用手动开关，必须一路一路地开或关；b.智能

18、照明控制采用低压两次小信号控制，控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高，而且安全，通过实现场景的预设置和记忆功能，操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景，各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过其他界面如遥控器等实现。 2 照明方式区别 a.传统控制方式单一，只有开和关；b.智能照明控制系统可以采用“调光模块”，通过光源的调光在不同使用场合产生不同灯光效果，营造出不同的舒适氛围。 3管理方式区别 a.传统控制对照明的管理是人为化的管理；b.智能控制系统可实现自动化管理，通过分布式网络，只需一台计算机就可实现对整幢大楼的管理。2.3 智能照明节能空间照明的节能空间

19、，主要体现在以下几个方面12：1、出入口、走道、楼道、卫生间等公共场所，传统照明为长明灯。 2、传统照明，灯或者处于全开状态，或者为关闭状态，而不是按照使用功能的不同，使灯发出明暗程度不同的光通量。3、进行照明设计时，由于需要考虑维护系数，使得初始照度高于照度标准要求的30%左右，造成不必要的能源浪费。4、大开间活动场所，由于活动规模不同、活动内容不同，需要不同的照明范围、照度要求，但传统照明仅依赖人为管理，造成较多的不必要的照明。5、传统照明，尤其是靠近电源点、经常在夜晚工作的照明，经常工作于电网电压波动时，尤其是电网电压增加时，产生额外的耗电。2.4智能照明的控制方式 1、时间控制 通过时

20、钟管理等电器元件，实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具有时间上的不同控制。 2、照明亮度自动调节控制 通过每个调光模块和照度动态检测器等电器元件，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的自动调光控制，是该区域内的照度不会随日照等外界因素的变化而改变，始终维持在照度预设值左右。 3、场景控制 通过每个调光模块和控制面板等电器元件，对各区域内正常工作状态的照明区域的场景切换控制。4、自动开关控制通过每个调光模块和动静探测等电器元件，实现对各区域内正常工作状态的照明灯具的自动开关控制。5、应急照明控制指智能照明的控制系统对特殊区域内的应急照明所执行的控制，通过控制每个应急照明控制的

21、调光模块等电器元件，实现在应急状态下对各区域内的照明灯具放弃调光等控制，是出于事故状态的应急照明达到100%。6、手动遥控器控制 在正常状态下通过红外线遥控器，实现对各区域内的照明灯具的手动控制和区域场景控制。 7、动静探测控制 通过每个调光模块和动静探测器等电气元件，实现对各区域内正常工作状态的照明灯具的自动开关控制。 8、自然光源利用控制 调节有控光功能的建筑设备(如百页窗帘)来调节控制天然光，还可以和灯光系统连动。当天气发生变化时，系统能够自动调节，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内的照度维持在预先设定的水平。3系统硬件电路设计 系统的硬件电路设计主要由电源、遥控模块部分、控

22、制电路、显示电路这四部分组成。其中遥控模块部分遥控模块有遥控发射部分和遥控接收两部分组成，控制部分主要由单片机前向通道、柔和度调节以及其他功能控制电路组成，显示电路则完成具体的显示功能。3.1系统设计方框图 如系统方框图3-1所示，该设计的智能照明系统由遥控发射部分，遥控接收部分，控制部分，驱动部分以及灯模块五大部分构成。遥控电路器由PT2262做编译芯片，选用PT2272做译码芯片，LT0038做接收芯片，完成对遥控信号的编码、发射、接收、译码操作。控制部分以单片机AT89C51为控制核心，实现指令的读取，译码和输出控制13。输入接口采用双四或非门CD4002芯片对输入信号进行操作。输出接口

23、采用驱动芯片UIN2003，普通继电器，固态继电器MOC3021以及四二与门CD4082相结合对灯模块进行控制。实现灯的柔和度调节，亮度调节，场景控制，灯组配置和定时关等功能；另外，74LS164芯片和数码管LED组合控制各项参数的输出。遥控发送部分遥控接收部分驱动部分灯组调节，场景设置显示单元柔和度调节 控制部分总开总关，定时关亮度调节图3-1 系统结构框图3.2 电源 电源有交流和直流之分，居民平常所用电源是220V交流电源，而智能照明系统中有些芯片或灯需要采用低压直流电源。因此要设计一定的低压稳压源满足系统控制的需要。 实践证明，系统失效和硬件损伤是各种干扰引起的，而绝大部分干扰来自电源

24、, 所以，电源的优劣对系统的影响相当大，目前有以下几种下电源可供选择14： 1、阻容分压式 采用简单的电阻电容分压滤波。这种电源稳定下差，电源波动大，带负能力小。 2、开关电源 这种电源的稳压性能好，纹波小，但成本高。 3、线性电源这种电源稳压性好，隔离性能好，成本适中。单片机对电源要求很高，本电路采用线性电源得到5V和12V直流电压。 本设计系统的电源电路的具体工作如下：220V交流电经过两个变压器分别降压为7.5V和10V。降压后的10V电压经整流桥整流后再由1000uF、0.1uF两个电容滤波便可得到12V直流电压。来自变压器的7.5V电压经整理桥整理后，再由稳压期间5081稳压输入5V

25、直流电压，给单片机和其他芯片提供电压。这路中，输入端的两个电容器滤波作用，输出端的两个电容式去藕电容，IN4007二极管起保护作用，它能防止输入端短路时，输出端470uF的放电电流倒入稳压器的输出端，从而损坏稳压器件5081，有了IN4007二极管，输出端的470uF电容会通过其放电，保证稳压器件输入输出端的反向电压不超过0.7V，达到保护的目的。3.3 遥控模块 遥控模块有遥控发射部分和遥控接收两部分组成。控信号采用红外线；编译码芯片是PT226和PT2272，它们属于完全的自编码和自解码，抵制一致，PT226对应管脚和PT2272对应管脚输出的电平相同。信号发射通过发光二极管传播出去，接收

26、由LT0038芯片实现。3.3.1 信号选择 遥控信号有射频和红外线之分，两种信号各有特色，射频信号频率高，传播距离较远，方向任意，又不受障碍物阻碍，主要用于远距离控制；红外线射频频率较低，传播距离较近，沿直线传播，且无法穿透墙壁，这样便不会影响到周边的环境，不会干扰到周围其他电器设备，另外红外线遥控电路调试简单，一般只要按给定电路连接，不需要任何调试即可投入工作；再有其编解码容易，可进行多路遥控。 因此，红外遥控在室内近距离（小于十米）家用电器遥控中得到广泛的应用15。本设计也采用红外线作为遥控信号传播。3.3.2遥控电路主要芯片介绍 1、PT2262/2272芯片介绍16 PT2262/2

27、272芯片是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，是目前在无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。 PT2262/2272一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片，且属于 CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.615V。数据最多可达6位，地址码最多可达531441种，设定的地址码和数据从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路、红外遥控发射电路。在具体应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大，振荡频率越低，编码宽度越大，发送码一帧的时间越长。其中发射芯片PT2262将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一

28、身，使发射电路变得非常简洁。 PT2262/2272编译码芯片原理简介如下： PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，两个芯片PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262 编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，从17 脚输出到射频发射模块的数据输入端发射出去。射频接收模块接收后送到解码芯片PT2272，其地址码经过三次比较核对后，

29、PT2272 的VT 脚才输出高电平，与此同时与PT2262 相应的数据脚也输出高电平，如果PT2262 连续发送编码信号，PT2272 第17 脚和相应的数据脚便连续输出高电平。PT2262 停止发送编码信号，PT2272 的VT 端便恢复为低电平状态。 高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100的调幅。PT2262的管脚及功能如表3-1所示。表3-1 PT2262管脚功能名称管脚说明AO-A111-8、10-13地址管脚，用于进行地址编码，可置“0”“1”“2”（悬空）D0-D57-8、10-13数据输入端，有一

30、个为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc18电源正端（+）Vss9电源正端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡，频率OSC215振荡电阻振荡器输出端Dout17编码输出端（正常时接地为低电平）接收电路采用PT2272芯片，有锁存和非锁存两种。锁存型用L表示，数据只要成功接收就能保持对应的电平状态，直到遥控数据发生变化才改变。费锁存型用M表示，数据脚与发射端瞬时对应，可以用类似点动的控制。本电路采用带锁存功能。PT2272的管脚及功能如表3-2所示。表3-2 PT2272管脚功能名称管脚说明AO-A111-8、10-13地址

31、管脚，用于进行地址编码，可置“0”“1”“2”（悬空），必须与2262一致，否则不解码D0-D57-8、10-13地址或数据管脚，当作为数据管脚时，只有在地址码与2262一致，数据管脚才能与2262数据端对应的高电平，否则输出每地电平，锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc18电源正端（+）Vss9电源正端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）2、LT0038 芯片介绍17 LT0038是塑封一体化红外线接收器，由电源正（VDD）、

32、电源（GND）和数据输出（VO和OUT）三角管组成。它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，接收频率为38KHZ，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。3.3.3 遥控电路 PT2262的14、15端接振荡电阻，17管脚是编码输出端地址位悬空，6个功能开关接6个数据位，同时经二极管接到18管脚。正常情况下，18管脚不接通电源，其17脚为低电平，所以38KHz的高频发射电路不工作，只有当有键按下时，PT2262才得点工作，

33、数据变化，受编码信号调制在38KHz上，经过17管脚输出，通过控制达林顿管的导通与否改变二极管的亮灭将编码信号已红外线形式发送过去。图3-1发射电路 由于红外线接头芯片LT0038的接收频率为38KHz，则由发射电路控制芯片频率f=2*1000*16/Rosc（K）KHz得Rosc=2*1000*16/f=842K。 结合表3-3知，芯片PT2262与PT2272的振荡电阻分别取1.2M和200K表3-3 振荡电阻匹配编码发射芯片振荡的电阻配套的解码接收芯片振荡电阻PT2262SC2260R4PT2272/SC22721.2M200K 1.5M5.1M270K2.2M 390K 3.3M12M680K4.7M20M820K 本遥控单元利用红外线接收头LT0038接收38KHz信号，然后送给遥控接收控制芯片PT2272的14管脚。14管脚得到接