基于红外遥控技术的LED灯控制系统设计

邱慧丽，卢 彪，杨小莹

(宿州学院，安徽 宿州 234000)



基于红外遥控技术的LED灯控制系统设计

邱慧丽，卢 彪，杨小莹

(宿州学院，安徽 宿州 234000)

利用ATmega16芯片设计了一套基于红外遥控技术的LED灯控制系统。该系统包括三部分硬件设计：红外遥控电路模块设计、红外信号控制解析模块设计和LED恒流驱动硬件模块设计以及软件模块设计。经测试，PWM占空比与负载电流为正比关系，证明该控制系统完全满足LED灯的红外遥控功能。

LED灯；红外遥控；控制解析；线性正比

0 引言

LED光源具备寿命长、绿色环保、丰富动态变换、功率低、支持计算机技术、网络通信技术、图像处理技术和嵌入式控制技术等优点，LED光源的内在特征决定了它是可替代传统光源的最理想的光源[1]。由于传统灯具不具备远程亮度调节、开关控制器安装在墙壁上不易操作、效率低下等缺点，随着LED技术的成熟，越来越多的家庭选择LED灯具作为照明设备。本文设计了基于红外控制技术的LED远程控制照明系统，提供了照明灯的红外遥控亮度调节功能。

1 LED灯控制系统总体设计

本系统主要由三部分组成[2]：红外信号控制模块、ATmega16芯片控制模块和LED恒流驱动模块。当红外信号控制模块收到远程红外控制信号的时候，利用中断程序使ATmega16芯片从睡眠模式中苏醒；然后芯片进入红外信号分析状态，假如硬件地址匹配正确，ATmega16芯片就会根据红外控制命令改变LED驱动的电流配置，实现LED照明灯的状态转变。LED灯具遥控系统的总体设计如图1所示。

2 LED灯控制系统硬件设计

2.1 红外遥控电路模块设计

红外遥控电路设计的主要硬件器件使用的是GRM1158S，该原器件大量用于目前家庭的电视机、空调、冰箱等家庭电器的无线控制中[3]。GRM1158S直接将遥控器中的控制信号从控制波中解析出来，通过电压匹配，直接与ATmega16芯片的接口对接，其中PD2是实现ATmega16中断程序的外部接口，信号控制距离为15m，满足家庭的需求。红外控制电路设计如图2所示。

2.2 红外信号控制解析模块设计

红外信号控制解析器采用Atmel公司的ATmega16芯片，该芯片片内集成了UART、SPI、I2C等接口，该接口模块可利用这些接口与其他系统通信，使得该接口模块成为通用的接口转换器[4]。本系统中的信号控制器ATmega16的主要功能是：分析红外信号的控制命令，进而实现对LED驱动的控制[5]。

2.3 LED恒流驱动硬件模块设计

LED恒定电流驱动硬件采用的是MTU8801集成芯片，它具备95%的高能效，10-320V的电压控制域，输出电流具备弹性调节功能[6]。该系统电流驱动电路为经典的BUCK-BOOST，电路驱动芯片输入恒定电压12V，可以同时驱动2-8个高亮度的LED灯具[7]。LED硬件驱动原理如图3所示。

本设计中，MTU8801工作时内部震动频率fosc由接口电阻Rosc决定。其中，Rosc=320kΩ，二极管的控制频率为Q1=48kHz，接口电阻Rosc与震动频率fosc的关系如下：

当LED灯在工作时电压为2V，当有5只LED灯并联在末端时，控制电压Vled=10V。LED灯在全额功率下Q1的占空比D为0.43，如下：

Q1的打通时间设置为5.8ms，输出电流Iled=260μA，谐波电流控制在15%左右，则电磁感应L1的值为0.98mH，如下：

R1的回馈电压与MTU8801内电压160mV相对比，若回馈电压>160mV的时候，则切断Q1电平。由关系式R=U/I可得出R1=0.62Ω，如下：

R1=250mV/(Lled+0.5×0.3×Iled)=0.62Ω。

3 LED灯控制系统软件设计

LED灯控制系统软件流程如图4所示。当红外控制器接收到外部控制信号后，ATmega16芯片立刻切断INT0离开休眠状态进入工作状态。首先，PD2进行信号检测和方波信号的匹配：(1)如果系统地址匹配不通过，则在1秒的延迟后重新回到休眠状态；(2)如果地址匹配成功，则进入红外编码识别状态，识别不通过重新进入系统休眠状态，识别通过进入编码存储中断、编码命令解析和LED灯控制命令动作的执行完成灯具控制功能[8]。

4 系统测试

该LED灯控制系统在正常携带负载的状态下，占空比和电流的对应测试结果如表1所示。

表1 占空比和电流对应关系

表1显示的占空比(%)和输出电流/mA的线性正比关系表明,该LED灯控制系统很好地实现了家用LED灯的调光控制。

5 结语

采用ATmega16控制芯片设计的红外遥控LED灯控制系统解决了传统照明无法无线亮度调节、开关不易操作和能耗高的缺点。通过红外遥控电路模块设计、红外信号控制解析模块设计和LED恒流驱动的硬件模块设计以及系统软件模块设计，实现了红外收发系统的信号控制和灯光强弱信号控制。经过测试，该控制系统完全满足LED灯的红外遥控功能。

[1] 谢扬,潘子豪.易安卓开发平台可视化界面在智能家居领域的应用[J].单片机与嵌入式系统应用，2015，15(9)：14-15.

[2] 林炳炎,廖华平,杨坚,等.基于智能插座的家居系统[J].微型机与应用，2014，(22)：28-29.

[3] 周夕林.基于红外遥控的大功率LED色温和亮度独立控制系统设计[J].辽宁师专学报(自然科学版)，2014，16(4)：79-82.

[4] 蒙国勋.供丝小车红外遥控设计原理浅析[J].山东工业技术，2013，(13)：54-55.

[5] 邓春林.基于PWM调速技术的智能温控风扇系统[J].电子制作，2015，(7)：88-89.

[6] 张国良.基于单片机的红外遥控智能调光调速器的设计[J].电子技术，2013，(1)：54-55.

[7] 谢锐彬,林荧,崔虎,等.手机实现红外遥控方法的研究进展[J].光电技术应用,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安徽高校自然科学研究重点项目“基于无线传感器网络的节点定位技术改进及在井下人员定位中的应用研究”(KJ2016A777)；宿州学院智能信息处理实验室开放课题资助“大数据分析的深度神经网络方法在地下水水质评价模型中的应用”(2016ykf13)

邱慧丽(1988-)，女，硕士，宿州学院信息工程学院智能信息处理实验室教师，研究方向：人工智能、模式识别。

TP393

A

1674-3229(2017)02-0031-03