用普通LED灯做传感器及数据传输的方法研究.doc

1、摘 要随着科技技术日新月异的发展，无线技术，例如红外和蓝牙，越来越得到人们的重视，在各个领域都有广泛应用。但由于成本的问题不能得到很好的普及。随之，一种新型的传输方式诞生了利用普通LED用于数据传输。本设计主要要求实现LED用作传感器和数据传输方法的设计，在深入研究LED发光特性后，经过比较，决定利用红色高亮LED和ATMEGA16单片机来实现数据传输，利用ATMEGA8单片机和透明高亮LED来实现触摸键功能。数据传输系统是基于ATMEGA16单片机来进行设计的，主要包括PC机连接模块、主控制器模块、数据发射模块、数据接收模块及一些辅助电路等。设计时PC机和单片机之间进行串口通信，利用ATME

2、GA16单片机的ADC端口连接红色高亮LED实现数据的按位传输。数据传输原理在本质上和8-N-1 RS232是相似的，0和1代码是根据调制后的光脉冲宽度来传递的。经过调试，可实现大约5厘米之间的数据准确通讯。LED正向偏置和反向偏置后，根据半导体的特性，光线越强，内阻越小，内阻越小，放电越快，以此LED可感应周围环境光照强度，从而实现触摸键功能。由于普通LED灯在生活中被广泛运用，所以可以解决人们生活中因缺乏数据传输设备带来的不便，如果完善了逻辑后，还可以应用于路灯自动开关，智能楼宇等场合。关键字：串口；普通高亮LED；ATMEGA16单片机；ATMEGA8单片机 AbstractWith t

3、he rapid development of science and technology，more and more people pay attention to the wireless technology. The wireless technology are used widely in various fields,such as IrDA and Blue tooth.But due to cost problem,it can not get good popularity.Then a new kind of technology is born- common LED

4、 used for data transmission.The design mainly requires to realize the method of LED used for sensors and data transmission.After the deep research of LED characteristics, I decide to use ATMEGA16 SCM and red high-light LED for data transmission.Besides, I determine to use ATMEGA8 SCM and transparent

5、 high-light LED for touch key.The data transmission system is designed based on ATMEGA16. It mainly includes PC connected module, the main controller module, data launch module, data receiving module and a few auxiliary circuit and so on.When designing, serial interface is used to connect the comput

6、er and SCM.To realize data transmission,the ADC port of ATMEGA16 should be connected with red high-light LED.The principle of data transmission is essentially highly similar to 8-N-1 RS232.And MARK and SPACE symbols are sent as pulse-width-modulated light pulses instead of as voltage levels. After c

7、ommissioning, the distance of data transmission can reach approximately 5cm.Whats more the data transmission is quite accurate in this distance.Due to the characteristics of semiconductor, the stronger light, the smaller resistance.While the smaller resistance, the faster discharge.After positive bi

8、as and reverse bias, LED can be used for light sensor.and it can be induced by surrounding light intensity.So we can realise the function of touch key in this way.Since the common LED is widely used in life, so we can solve the problem that people lack of data transmission equipment.It is so conveni

9、ent for us.If the logic can be more perfect, LED can also used in automatic switch, intelligent building lamp and so on.Key words: serial interface;common high-light LED;ATMEGA16 SCM;ATMEGA8 SCM目 录引言11. 绪论21.1 课题背景和意义21.2 论文研究内容22. 系统总体方案设计32.1 LED的理论基础32.1.1LED的工作原理32.1.2LED的优点32.1.3LED的基本特性42.1.4L

10、ED的调光控制52.2 LED感应原理和方案的选择62.3 数据传输方案设计72.4 触摸键方案设计73. 硬件电路设计83.1 数据传输方案硬件电路设计83.1.1单片机控制系统设计（ATMEGA16）83.1.2串口连接电路设计153.2 触摸键方案硬件电路设计（ATMEGA8）174. 系统程序设计244.1 软件设计思想244.2 数据传输系统程序设计244.2.1LED数据传输原理244.2.2通信协议测试244.2.3详细程序方框图264.3 触摸键功能系统程序设计285. 电路板制作和调试295.1 电路原理图的绘制295.2 元件的选用和电路板的焊制295.3 电路板调试296

11、. 结论31谢 辞32参考文献33附 录34引言LED，简单地理解，就是半导体发光二极管，是目前世界上最先进的照明技术。LED是以半导体芯片为材料的固态光源。它利用电子移动来发光，直接把电能转换成光能。首先，它非常节能，比节能荧光灯还要省60%的电。其次，LED寿命长，可达10万小时。第三，它没有污染。此外，智能化也是LED的“特长”。半导体技术已经改变了世界，半导体照明技术将再一次改变我们的世界，随着半导体照明光源的应用，以其饱满色光，无限混色，迅速切换，耐震，耐潮，冷温，超长寿，少维修优势，半导体光源以成为全球最热门，最瞩目的光源，半导体照明被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种新

12、型固态冷光源和最具发展前景的高新技术之一，代表着未来世纪照明光源发展的永久方向。目前，LED照明技术日趋成熟，LED将会取代传统光源在照明行业内得到普及，从而引发人类照明史上的第四次革命。半导体照明光源的发展将会对相关应用领域产生革命性的技术推动作用，特别是在户外照明技术的突破会产生质的飞跃，从而加速推动市场的爆炸性增长。虽然LED被广泛用于电源指示等方面，但它本身从根本上是光电二极管和光探测器，可以用作传感器，而本文将用单片机来实现其传感器和数据传输方法的设计。1. 绪论1.1 课题背景和意义随着技术的不断发展，一种新型的无线传输技术就随之产生，那就是利用普通LED来实现数据的传输。其实早在

13、今年1月份的时候，德国研究人员就创造了每秒500兆的可见光通信传输新纪录。德国西门子公司15日发表公报说，该公司和海因里希赫茨研究所的科学家通过特殊方式使发光二极管（LED）高频闪烁，附近的光电探测器将接收到这种光信号转换为电脉冲，其信息传输速度达到每秒500兆。此前可见光通信最高传输速度为每秒200兆，也是由西门子和海因里希赫茨研究所共同创造的。 与无线局域网相比，可见光通信技术可利用荧光灯或发光二极管等室内照明设备发射信号。利用具备接收和送发信息功能的电脑以及移动信息终端，用户可以在室内灯光照射到的地方，下载和上传数据。这种技术安全性高，只要用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，减少了数据

14、被窃的可能性。再者相对于其他无线技术，可见光通信技术实现起来要简单，方便，且成本低。1.2 论文研究内容了解普通LED灯的发光及相关性质参数，选用适当的方法扩展设计一个单片机系统，用以传感器和触摸键功能的设计。以普通LED作为发射口和接收口，要求根据LED灯亮度的变化来判断，运用单片机系统来实现数据传输和触摸键的功能，最后通过相关软件来显示所传输的数据，编制程序进行功能的控制，完成该电路的设计、制作与调试工作。要求用LED做触摸触摸键及用两个LED灯做无线信号传输，距离为1CM。本文一共分为五章。第一章为绪论，主要介绍本课题研究的背景和意义以及要研究的主要内容，阐明课题研究的必要性。第二章介绍

15、系统总体方案的设计，各个部分的设计内容，主要分为两大部分，即信号传输部分和触摸键功能部分，从理论上简述基本的设计。第三章主要阐述各个部分硬件电路的设计，分析各个本分所用元器件的性能参数，在本次电路设计中的作用。第四章主要介绍系统程序的设计，包括信号传输程序和触摸键功能程序。第五章主要说明硬件软件的调试过程，以及调试的结果，检查本设计是否符合最初的要求，是否完成导师布置的内容等等。2. 系统总体方案设计本文主要介绍如何利用普通LED灯来实现传感器及触摸键的功能，以ATMEGA16和ATMEGA8单片机为核心的低成本、微型化的数据收发器及触摸键的硬件电路和软件设计方法。利用LED进行数据传输和实现触摸键功能，设计比较方便，成本低，且在日常生活应用比较广泛。2.1 LED的理论基础2.1.1 LED的工作原理LED示意图如图1-1所示。图1-1 LED示意图LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树