感知环境的LED亮度控制电路设计与制作

　　此电路叫做“LED总线”，许几乎无限数量的发光二极管，而且通过一个标准的红外遥控器控制，可配置超过10种的照明程序。每个照明程序可指定每个LED模块的亮度。比如，某个程序可以使灯光在人们阅读的时候明亮一些，而另一个程序却会在“强迫”人们休息的时候降低灯光的亮度，并发出灯光报警。
　　
　　原理
　　
　　如下图所示，整个电路由两块印制电路板构成—主单元和电源模块。主单元可以通过“LED总线”控制许多的电源模块，而一个电源模块可以驱动一个到6个的1W的发光二极管，并能使发光二极管的亮度在O～256的亮度范围之间可调。LED总线操作起来就像一个移位寄存器，因此在使用中不需编址。除了发光二极管的亮度外，其他的参数也可通过主单元来控制。
　　
　　在下图所示的示例中，一个主单元连接了三个电源模块。主单元有一个输出移位寄存器和一个输入移位寄存器；每个电源模块有一个输入移位寄存器，而输出则为直接输出。因此，在传输链的末尾有一个终止连接器是很有必要的，这样，信号可以回送到主单元。
　　
　　通常，移位寄存器需要一个时钟信号、数据信号和选通脉冲，但是在“LED总线”中，这三条信号线由一条线代替。连同在软件中编码的协议。
　　
　　在下图的底部说明了怎样传送一个字节。首先是起始字节，它将会持续半个位时间，同时产生一个低电平。然后是控制位，接着是数据位bit7-bit0：每位占用一个完整的位时间。控制位指明随后的数据是命令还是数据——如果控制位为1。说明随后的数据是命令，如果控制位为O，则表明随后的数据是数据。因为在电源模块收到命令后，它就立即把它传送到输出，所以同一链上的各个模块几乎是同时收到命令的。如果是数据，则内部的数据移位寄下图系统方框图存器作为输出。模块开始输出数据不是在接受完整个字节后，而是在一收到起始字节就开始往外发送，这表明每个模块只延误了1个位时间。更详细的说明在文档“位说明”中给出。

　　电路

主单元的电路图如下图所示。一个2×20字符显示的LCD的显示和程序的选择，都是通过菜单来实现的。l2C总线的使用使得电路的扩展非常方便。

　　
　　主单元的控制芯片为ATmega32：其他的元件构成LCD接口、IIC总线以及LED总线接口，另外，这里还有四个状态指示灯，四个按钮，一个红外接收器，和一个编程接口。LCD的数据线与微控制器的A口相连，R／W、RS和E信号线分别与微控制器的PD5，PD6，PD7相连。LCD的背光灯可以通过连接到微控制器PD4的三极管T1控制，P1可设置显示的对比度。
　　
　　微控制器的PC0(SCL)，PCI(SDA)，PC6与lIC接口K6相连。K6有5V和12V两种供电方式，所以12V的继电器能轻松地在扩展板上使用。PC6作为使能信号可以不用。如果不需扩展IIC总线，器件K6、R3和R4也可去掉。目前的软件版本还不支持IIC总线。PC2，PC3。PC4，PC5用来驱动四个状态指示灯，同时D5也为一红外发光二极管。该单元能产生RC5形式的信号，所以能轻松地实现远程控制。PB0，PBl，PB3，PB4与四个按钮相连，这四个按钮正常情况下不需操作：它们是用来配置RC5编码的参数和设置用户交互语言的。其他的功能是用远程控制实现的。
　　
　　LED总线的接口由一个MAX491(1C3)构成，它符合标准的RS一422差分信号标准，相对而言，还是比较抗干扰的。LED总线也是由未调整的12V的电源供电，为电源模块中的PIC芯片供电。
　　
　　远程控制的输入由连接到微控制器PB2的TSOPl736完成。这个装置把可调制的36kl-1z的红外信号转换成数字信号。它可以直接焊接到印制电路板，或者在某一特定应用中有需要的话，它可以安装在板外，通过电缆连接。在样机中，我们设计了一个插在板子上的立体声音频插孔的插座，这样我们就可以只需看到红外接口就可以对它进行操作了。如果已经使用了一个2.5mm的插孔(插座)，就可以远程控制电视卡：试验表明，我们确实能将传感器同时连接到电视卡和主单元(用一个二极管来隔离电源)，然后用一个信号去远程操作二者。不管是TSOPl7'36还是一些热缩管，都能很好的完成这个工作。
　　
　　10脚的ISP连接器K4与标准的AtmelISP接口相兼容，因此仍然使用LJSBprog。电源模块(下图)使用了一块ZetexZXLD1350(1C4)去驱动发光二极管。该器件是一带有电流调整的降压转换器。可通过R1来调节当前通过发光二极管的电流最大值。阻值为0．33Ω的电阻相当于限流300MA。6个1W的串联在一起的发光二极管只需加上24V的电压就可以点亮。由PICl2F683控制的IC4效率非常高，并且没有明显的发热。
　　
　　电源模块需要单独供电：只有PIC通过稳压器78L05从LED总线上获得能量。微控制器能产生PWM信号，该信号通过T1用来控制IC去调节LED的亮度。PIC能产生256种不同的PWM信号，因此可以使LED显示256种亮度。
　　
　　主单元的程序是在AVRStudio4下写好的，并在WirlAVRC／C++下通过编译。中断程序是用汇编语言写的，应用程序是用C语言写的。PIC的软件是在MPLAB环境下完成的(并通过K5将它下载到芯片里)。该软件使用中断对串行、红外和LED总线信号作出反应：中断系统只需简单的设置标志位，便可脱离实际的循环处理主程序。

　　制作
　　
　　上图和下图是主单元和电源模块的印制电路板示意图。后者主要采用表贴元件：尤其可减小LED的驱动芯片。为了确保焊接成功，一个好烙铁和好耐心是必不可少的。当使用PICkit2通过K2的脚1对PIC进行编程时，应使它尽可能的靠近板子的角落。如果你使用的是编程制器，K2也可以去掉。
　　
　　有时你可能会更新程序，所以应给K1周围留下足够的空间。主单元只有一个表贴元件(1C3)，它在焊接时需要很小心。把按钮、发光二极管、显示连接器和红外接收器(如果安装了)焊接到板子的背面。
　　
　　在板子焊接完成之后，Atmega可以通过US—Bprog或其他可行的方法编程。电源模块使用6针的mtrli—DIN连接器串联在一起。第一根电缆从主单元出来后，连接到第一个电源模块的K3，然后将第二个电源模块的K3与第一个电源模块的K5相连，依次类推。一个最终插头会连接在最后一个电源模块的K5。