单片机小制作，红外遥控版LED球泡灯

记得1年前我家孩子刚出生那会儿，我给老婆买了个小夜灯插在墙壁上。每当小孩哭的时候就打开那个小灯给孩子喂奶、换尿布。之后的一段时间，每次半夜都还要起床开灯，感觉有点麻烦。于是，下面的这个小制作便产生了——红外摇控球泡灯，它只需要用自己家里的摇控器，对着灯的方向，按任意按钮，即可实现开、关LED灯泡。这样，老婆自己就可以拿着遥控器开、关灯泡了。不过当我做完这个制作时，孩子已经长大些了，这个制作就留给来家里的客人上洗手间用吧!这次的制作需要对一个220V供电的LED灯进行改造，因此要格外小心。改装完成的LED灯结构和原来一样，只是灯泡里增加了红外控制电路。我用的LED灯为E27接口，即普通家用的220V大螺旋接口。它是我在网上用11元包邮买回来的。它的额定功率为3W，根据官方宣传：它比节能灯节能70%，在相同功率下，比节能灯亮2倍，而且寿命是节能灯的10倍、白炽灯的25倍。

选择LED球泡灯的理由

LED球泡灯是替代传统白炽灯泡的新型绿色光源，LED球泡灯大多采用大功率LED芯片制作。为了防止眩光问题，外壳通常会使用磨砂玻璃或亚克力来制作，可以直接由市电驱动。大部分产品可以适用于AC 85～269V的电压输入。

我选择使用它是看重它的如下特点。

(1)节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10、节能灯的1/4。

(2)寿命长，用于普通家庭照明，基本可以实现“一劳永逸”。

(3)可以工作在高速开、关状态。

(4)纯直流工作，无频闪，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳。

(5)采用PWM恒流技术，效率高、热量低、恒流精度高。

(6)通用标准灯头，可直接替换现有多种光源。

制作所需材料

这次制作的主要元器件有：ATtiny13单片机、红外一体接收头和NMOS管，见图4.1。还有一些制作时使用到的辅料，如稳压芯片、万用板、插座、绝缘导线等。具体零件清单如表4.1所示。

图4.1 制作所用元器件

表4.1 元器件清单

电路设计

最初，我想在220V电源上增加变压器进行变压，同时使用稳压芯片和滤波电容进行稳压。可是要在灯泡里增加变压器那可太有难度了。于是我打开灯泡一边看，一边想。LED灯不是有很好的稳压特性吗?经过带电测量，3节LED灯上能有稳定的9.9V压降。那LED灯断开(开路)时的电压又是怎样的呢?于是我把灯泡上的电源导线焊下来，通过万用表再次测量，为13V左右。真是高兴，这样我就可以直接用稳压芯片了。有了输入13V左右的电压，经过芯片1117-5.0稳定到5.0V电压就可以给单片机和一体化接收头供电了。由于手头的最后一片1117-5.0坏了，我不得不用1117-3.3代替。还好单片机和一体化接收头都能在3.3V的电压下正常工作。

那么如何控制LED灯电流的通、断呢?刚开始我第一个想到的是超薄、超轻的继电器。买来它好久了，却一直没用上。不过经计算发现，流过LED灯的电流在300mA左右。这么点电流用MOS管控制也是没问题的，而且MOS管还没有继电器开、关时的“滴答”声呢!

单片机的PB1引脚和红外一体化接收头相连接，当遥控器对着接收头按下按钮时，PB1就会有一个低电平。一般遥控器发出的红外调制信号，会让一体化接收头产生9ms的低电平(大多数)，作为遥控编码的引导条件。通过计算低电平的持续时间，来判断是否接收到了正确的红外信号。

电路原理图如图4.2所示。

图4.2 电路原理图

制作过程

方案确定下来了，就开始我们的制作之旅吧!

1 切割洞洞板到合适的尺寸，至少能装到灯泡内的大小。

2 打磨洞洞板的边缘。

3 焊接单片机和红外一体接收头插座。

4 焊接稳压芯片和对应的2个电解电容。

5 焊接红外接收头用的滤波电容。

6 焊接场效应管和对应的2个电阻。

7 根据原理图焊接相应的导线

8 把烧录好程序的单片机插到8pin插座上，把一体化接收头也插到3pin插座上。

9 旋开LED灯泡的白色外壳。

10 用剪下来的元件引脚，焊接控制板到灯泡的电路板上。

11 最终制作好的效果。

12 通过3s(11.1V)电池驱动8个LED(合计8W功率)的效果。

编程思路

单片机程序通过判断低电平的持续时间是否为6～10ms，进而判断遥控按钮是否被按下。当低电平时间满足条件后，连接在NMOS的PB0引脚就会产生高电平，用于驱动MOS管，使其导通。当程序再次收到红外引导编码时间为6～10ms时，PB0就会产生低电平。用于关闭MOS管的电流。如果你的遥控器没有这种编码特点，那就要修改源代码的时间触发长度了。

在这次编写的程序中，我使用了2个中断：外部引脚中断和定时器中断。外部中断设置成下降沿。当有外部下降沿时，开启定时器进行计数。对定时器的时钟进行64分频，就能产生150kHz的计数频率。最终设置times这个全局变量来记录定时器的溢出次数，从而判断时间的长短。

ATTINY13使用的是内部9.6MHz的RC晶体振荡器。在初次烧录文件时，记得对熔丝位进行相应的设置。

用单片机解码红外遥控器

遥控器使用方便，功能多．目前已广泛应用在电视机、VCD、DVD、空调等各种家用电器中，且价格便宜，市场上非常容易买到。如果能将遥控器上许多的按键解码出来．用作单片机系统的输入．则解决了常规矩阵键盘线路板过大、布线复杂、占用I／O口过多的弊病。而且通过使用遥控器，操作时可实现人与设备的分离，从而更加方便使用。下面以TC9012编码芯片的遥控器为例。谈谈如何用常用的51系统单片机进行遥控的解码。

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

一、编码格式

1、0和1的编码

当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图所示。

遥控器发射的信号由一串0和1的二进制代码组成．不同的芯片对0和1的编码有所不同。通常有曼彻斯特编码和脉冲宽度编码。TC9012的0和1采用PWM方法编码，即脉冲宽度调制，其0码和1码如图所示(以遥控接收输出的波形为例)。0码由0.56ms低电平和0。56ms高电平组合而成,脉冲宽度为1.12ms．1码由0.56ms低电平和1.69ms高电平组合而成,脉冲宽度为2．25ms。在编写解码程序时．通过判断脉冲的宽度，即可得到0或1。

UPD6121G产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰，如我们可以同时使用电视机、机顶盒、功放等遥控器，但它们不会产生误触发。该芯片的用户识别码固定为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间。

2、按键的编码

当我们按下遥控器的按键时，遥控器将发出如图2的一串二进制代码，我们称它为一帧数据。根据各部分的功能。可将它们分为5部分，分别为引导码、用户识别码、用户识别码反码、数据码、数据反码。遥控器发射代码时．均是低位在前，高位在后。由图3分析可以得到．引导码高电平为4.5ms，低电平为4.5ms，当接收到此码时，表示一帧数据的开始。单片机可以准备接收下面的数据。用户识别码由8位二进制组成，共256种．图中地址码重发了一次，主要是加强遥控器的可靠性．如果两次地址码不相同，则说明本帧数据有错，应丢弃。不同的设备可以拥有不同的用户识别码．因此。同种编码的遥控器只要设置地址码不同，也不会相互干扰。图中的地址码为十六进制的0EH(注意低位在前)。在同一个遥控器中，所有按键发出的地址码都是相同的，数据码为8位，可编码256种状态，代表实际所按下的键。数据反码是数据码的各位求反，通过比较数据码与数据反码，可判断接收到的数据是否正确。如果数据码与数据反码之间的关系不满足相反的关系．则本次遥控接收有误，数据应丢弃。在同一个遥控器上．所有按键的数据码均不相同。在图3中，数据码为十六进制的0CH，数据反码为十六进制的0F3H(注意低位在前)，两者之和应为0FFH。

二、单片机遥控接收电路

红外遥控接收可采用较早的红外接收二极管加专用的红外处理电路的方法。如CXA20106，此种方法电路复杂，现在一般不采用。较好的接收方法是用一体化红外接收头，它将红外接收二极管、放大、解调、整形等电路做在一起，只有三个引脚。分别是+5V电源、地、信号输出。常用的一体化接收头的外形及引脚见红外接收头的信号输出接单片机的INTO或INTl脚。典型电路如图5所示。图中增加了一只PNP型三极管对输出信号进行放大。

三、遥控信号的解码算法及程序编制

平时，遥控器无键按下。红外发射二极管不发出信号，遥控接收头输出信号1，有键按下时，0和1编码的高电平经遥控头倒相后会输出信号0．由于与单片机的中断脚相连，将会引起单片机中断(单片机预先设定为下降沿产生中断)。单片机在中断时使用定时器0或定时器1开始计时．到下一个脉冲到来时，即再次产生中断时，先将计时值取出。清零计时值后再开始计时．通过判断每次中断与上一次中断之间的时间间隔。便可知接收到的是引导码还是0和1。如果计时值为9ms。接收到的是引导码，如果计时值等于1.12ms，接收到的是编码0。如果计时值等于2.25ms．接收到的是编码1。在判断时间时，应考虑一定的误差值。因为不同的遥控器由于晶振参数等原因，发射及接收到的时间也会有很小的误差。

即我们通常所说的解码，单片机得知发过来的是什么信号，然后再做出相应的判断与控制，如我们按电视机遥控器的频道按钮，则单片机会控制更换电视频道，如按的是遥控器音量键，则单片机会控制增减音量。而解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms左右均可。根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。

以接收TC9012遥控器编码为例，解码方法如下：

(1)设外部中断0(或者1)为下降沿中断，定时器0(或者1)为16位计时器，初始值均为O。

(2)第一次进入遥控中断后，开始计时。

(3)从第二次进入遥控中断起，先停止计时，并将计时值保存后，再重新计时。如果计时值等于前导码的时间，设立前导码标志。准备接收下面的一帧遥控数据，如果计时值不等于前导码的时间，但前面已接收到前导码，则判断是遥控数据的0还是1。

(4)继续接收下面的地址码、数据码、数据反码。

(5)当接收到32位数据时，说明一帧数据接收完毕。此时可停止定时器的计时，并判断本次接收是否有效．如果两次地址码相同且等于本系统的地址，数据码与数据反码之和等于0FFH，则接收的本帧数据码有效。否则丢弃本次接收到的数据。

(6)接收完毕，初始化本次接收的数据，准备下一次遥控接收。

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