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mage16实例遥控激光灯
遥控激光灯设计制作
摘要
遥控激光灯设计制作是一个很有实际应用价值项目，用很小的激光灯为显示，ATmega16L单片机为控制核心，加以遥控器控制和电源电路以及其他电路构成。
遥控激光灯是一个很好的应用单片机技术的作品。
系统所用的单片机采用性能优秀的AVR单片机的ATMEGA16L芯片，由mega16通过IO口控制激光灯的亮与不亮来显示出不同的投影图;而不同的闪烁时通过遥控来控制。
自制了单片机电路板和程序下载ISP线，能够顺利完成激光灯的工作。
同时还可以扩展控制激光灯工作时的花样，可以改变程序文件来变激光灯闪烁的花样。
所完成的作品可以直接应用于单片机的教学之中，使自己的毕业设计有了实在的应用价值。
本作品今后可以向商品化方面进行开发，以使之有更大的价值。
关键词：
激光灯；AVR单片机；遥控器
THEDESIGNOFLASERLIGHTCONTROLLEDBYTELECONTROLLER
ABSTRACT
Thedesignoflaserlightcontrolledbytelecontrollerisaverypracticalapplicationprojects,usingasmalllaserlightforthedisplay,ATmega16Lmicrocontrollerasthecontrolcentertoremotecontrolandpowercircuitsandothercircuits.
Laserlightisagoodremotecontrolapplicationmicrocontrollertechnologyworks.SystemusedintheSCMperformanceAVRmicrocontrollerATMEGA16Lgoodchip,bythemega16IOporttocontrollaserlightthroughthebrightlightandnottoshowadifferentprojection;anddifferentblinkingthroughtheremotecontrol.HomeofthemicrocontrollercircuitboardandprogramdownloadISPlines,tothesuccessfulcompletionoftheworkoflaserlight.Controlalsoextendstheworkofthepatternoflaserlight,canchangetheprogramfiletochangethepatternoflaserlightsflashing.ThecompletedworkcanbedirectlyappliedintheteachingofSCM,sothattheirgraduateshavearealdesignvalue.Thisworkswillbedevelopingtothecommercializationofthefutureanditcouldbedevelopedtomakegreatervalue.
Keywords:
Laserlight;AVRmicrocontroller;Telecontroller
目录
1前言1
2系统设计构思2
2.1设计要求2
2.2激光灯闪烁的原理2
2.3模块设计的选择3
2.3.1激光阵设计3
2.3.2遥控器模块3
2.3.3控制模块4
2.3.4激光灯闪烁模块4
2.4最终方案4
3硬件实现及单元电路设计6
3.1微控制器模块的设计6
3.2主板电路的设计6
3.3外部电路的连接7
3.4遥控电路的设计8
3.5ISP下载线的设计制作9
4软件实现10
4.1主程序流程图10
4.2程序文件10
4.2.1初始编程11
4.2.2花样编程--------------------------------------------12
4.2.3遥控编程--------------------------------------------17
4.2.4综合编程--------------------------------------------18
5系统功能测试流21
5.1测试仪器及设备21
5.2功能测试21
6系统结构22
7结论25
参考文献26
致谢-----------------------------------------------------------27
1前言
随着社会信息技术的发展，高科技教育和创新活动越来越受到大家的关注，电子产品越来越受到大家的青睐，遥控灯这一信息技术的前沿领域也得到了飞速发展，同时也开展了许多有意义的led显示创新大赛，而在控制激光灯的实验中主要应用的便是单片机技术。
单片机又称单片机微控制器，它是把一个计算机系统集成到一个芯片上，单片机技术就是计算机技术的一个分支，是简易机器人的核心元件，在寻机机器小车中主要就是应用AVR单片机的技术进行控制的。
我在这次项目中应用的AVR单片机是很新颖的一种，它不仅价格低廉，可以节省很多开发费用，而且内部存储器的擦写可达到100000次以上，不会产生报废品。
在以后的社会生产中，高科技是不可缺少的，因此单片机技术的应用注定是不可或缺的，所以利用AVR单片机技术制作的遥控激光灯的应用价值及科研价值是很高的。
利用AVR单片机制作出的遥控激光灯，可以顺利完成我们所要求的显示任务，现场演示。
通过自制的ISP下载线与电脑之间的链接，将电脑中的程序文件输入到单片机中，根据设计需要实现激光灯的闪烁变化。
所完成的作品可以直接应用于单片机的教学之中，使自己的毕业设计有了实在的应用价值。
本作品今后可以向商品化方面进行开发，以使之有更大的价值。
由于某些资料及时间的限制，所以致使AVR单片机的一些功能没有全部扩展出来，处于正在研究探索中。
我会对该项目进行不断的创新。
2系统设计构思
2.1设计要求
（1）激光灯的初始启动。
（2）激光灯按指定的要求来显示不同的闪烁变化，我的设计用的是十六个激光灯，组成一个五角星的形状，这样变化情况很多，投到远处的图案会呈现出不同的图形变化。
激光灯阵如图1所示：
图1激光灯阵示意图
2.2激光灯的工作原理
激光灯的工作原理和发光二极管的工作原理一样，正向导通并且发光，他们的区别是激光灯的穿透力更强。
所有的激光灯负极都接地，而这十六支激光灯的正极按次序接到单片机的PA和PB的外部接口。
当其中的一个端口的状态时高电平时，这时激光灯处于导通状态伴随的现象就是激光灯亮起，其他的灯也是这个原理，而要出现图形和变化就要编程，设计出哪些灯同时亮或者是亮的顺序是什么样的.
2.3模块设计的选择
根据设计要求，本系统主要由单片机，无线遥控器，直流电源，反相器，激光灯阵等模块构成。
为较好的实现各模块的功能，我选择了最合理的设计方案
2.3.1激光灯阵设计
自己制作激光灯阵。
考虑到显示的图案和变化的不同，经过反复考虑论证，我制定了十六个激光灯按照五角星的形状分布，中间一个，五个角各三支激光灯。
这样图形可以显示出圆环，直线，五星等图案，由于是五星形状的激光灯阵，还可以实现流水灯等要求。
在制作激光灯阵的时候，由于激光灯阵的作用是投到一定的区域来照射出各种图案，所以必须将激光灯阵固定，而激光灯阵是要做投射，如果固定的角度有误差，那么投射出来的效果会将误差放大。
那么设计模块就要精确地排列好激光灯的位置，我选择的办法是手动转眼，每个激光灯独自调试，合格后再进行下一个的安装，下一个的安装要用上一个做参照来达到高精度的效果。
对于固定材料的选择，经过比较选择了废弃的电路板。
用有电路板做的固定架比塑料车架更加牢固，比铁制固定架更轻便、便宜。
2.3.2控制器模块
采用Atmel公司的ATmega16L单片机作为主控制器。
ATmega16L是一个低功耗，高性能的8位单片机，片内含32k空间的可反复擦些100,000次的Flash只读存储器，具有2Kbytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个8位可编程定时计数器，1个16位可编程定时计数器，四通道PWM，内置8路10位ADC。
且mega系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。
ATmega16L引脚示意图如图2所示:
图2Mega16引脚示意图
2.3.3遥控模块
最初的设想是用按键，但从实际考虑来看激光灯对人眼有伤害，如果是近距离控制则会伤害到人眼，这样经过考虑和研究我选用了无线的遥控器来控制，这样我们就可以远距离的控制激光灯阵，控制的距离可根据遥控器和接收芯片的频率来定。
2.3.4激光灯闪烁模块
光灯的穿透力强且照射距离远，从闪烁的图案选择来看有很多选择，但用六个激光灯来实现就比较困难，因为十六个点来实现多个图形这从图形学的角度考虑存在困难，我选择了排列五角星的形状，那么可以制定多个形状，比如有圆环，满圆形，五角形，圆环的流水和直线的流水等形状，变化多样而且样式不老套附有趣味性。
激光灯阵的初始状态，采用激光灯的随机亮起。
2.4最终方案
经过反复论证，最终确定了如下方案：
（1）固定体电路板车架手工制作。
（2）采用ATmega16L单片机作为主控制器。
（3）用五伏的直流电源。
（4）PT2272-M4作为遥控控制。
（5）用HD74LS04P作为反相器触发中断。
系统的结构框图如图3所示：
图3系统结构框图
3硬件实现及单元电路设计
3.1微控制器模块的设计
采用Atmel公司的ATmega16L单片机，不用烧写器而只用串口或者并口就可以往单片机中下载程序。
利用自制的ISP下载线将程序直接灌输在ATmega16L单片机中，便可以直接应用，十分方便。
由于本次设计要求中，激光灯阵的任务比较简单，因此我只在单片机系统中保留了晶振和复位电路，取消了JTAG编程口等冗余电路。
3.2主板电路的设计
遥控激光灯的主板电路设计只要是以单片机为核心，围绕AVR单片机展开的一系列连接，控制外部电路的使用，主板设计是一个至关重要的试验步骤。
遥控激光灯的主板电路原理图如图所示:
原理图代替遥控部分
控制器中断
图组4主板电路原理图
电路经过调试,确定可以正常运行使用后,进行电路板的制作和实际焊接。
3.3外部电路的连接
主板电路控制设计的整个系统，那么如何连接就变得十分重要，怎么连接才能连接出我们所要的动作命令，在这次设计中我们没有添加多余的电路，但是可以根据不同的要求，按照一定的连接原理扩展出很多功能。
这里介绍一下，本设计外部电路的具体连接方法。
主板电路单片机器件布置图如图5所示：
图5主板电路单片机器件布置图
具体的连接方法如下：
J2是ISP下载接口插座,用于设计和PC机之间的程序传输，C语言编程下载使用。
CZ1是电源插座,外接5V直流稳压电源。
K1是电源开关,开关拨到ON,为开电源;开关拨到OFF,为关电源。
GND是连接到电源的接地端。
Mega16的PB0到PB7与PA0到PA7连接的是十六支激光灯阵，PC0到PC2连接到PT2272-M4的输出口10，11，12.PD2连接一个反向器连接到PT2272-M4的13端口。
3.4遥控电路的设计
激光灯阵的工作室靠遥控器的控制来完成显示任务的。
遥控器有四个输出端口可以有多种组合，我用的一个端口来控制激光灯的停止运行，另外三个端口来控制激光灯阵的变化。
如图6所示:
图6遥控器原理控制电路
电路中，当给电源时，激光灯阵正常初始化工作。
这里用接连PD2的按键来代替遥控器输出端口13的。
其他的三个按键在这里也是代替遥控器给定命令的。
当按下连接PD2口的按键激光灯全部熄灭，按另外三个任意一个按键激光灯阵就会出现指定的变化，按连接PD2口的按键这时灯全部熄灭，依次类推，激光灯就这样工作。
经试验验证给此电路供电的电池的压降较小。
因此选择此电路作为设计的传感器检测与调理电路。
3.5ISP下载线的设计制作
将代码写入AVR芯片一般使用并行烧写器和ISP下载线两种，由于ISP下载线可以在线编程，所以使用很方便，而我们使用的是并口ISP下载线，并口ISP下载线最大优点就是价钱便宜，结构简单，制作容易，ISP下载接口，不需要任何的外围零件。
使用双排2＊5插座。
由于没有外围零件，故PB5（MOSI）、PB6（MISO）、PB7（SCK）、复位脚仍可以正常使用，不受ISP的干扰。
电路图如图7所示，原理图如图8所示。
图7ISP下载线电路
图8AVR并口ISP下载线电原理图
4软件实现
4.1主程序流程图
单片机的设计中，程序就等于它的灵魂，如果没有程序的支撑，再好的设计结构都只是一个支架，不具有任何意义。
所以我们设计的重点内容就是编写我们所需要的程序文件，需要大量的时间和精力来完成这项工作。
我们所设计的软件的主程序流程图如图9所示：
图9主程序流程图
4.2程序文件
根据设计要求，参考前期的程序流程图，编写了以下的程序。
4.2.1初始编程
基本的设计要求，达到自由寻迹的效果。
#include//宏定义//
#include
unsignedchara,b,c,d,e,f;
voiddelay_ms（unsignedintn）//延时函数//
{unsignedinti=0;
while（i{delay_1ms（）;
i++;}}
voiddelay_1ms（void）
{unsignedinti;
for（i=0;i<1000;i++）
i++;}
voidchushi（void）//初始激光灯阵状态//
{PORTA=0X24;
PORTB=0X42;
delay_ms（100）;
PORTA=0Xec;
PORTB=0X04;
delay_ms（50）;
PORTA=0Xf4;
PORTB=0X4f;
delay_ms（50）;
PORTA=0X5a;
PORTB=0X84;
delay_ms（100）;
PORTA=0X61;
PORTB=0Xa4;
delay_ms（70）;
PORTA=0Xb2;
PORTB=0Xb2;
delay_ms（90）;
PORTA=0X55;
PORTB=0X46;
delay_ms（50）;
PORTA=0X8d;
PORTB=0Xd0;
delay_ms（100）;
}
voidmain（void）//主函数，定义各端口的初
{DDRA=0Xff;始状态//
PORTA=0X00;
DDRB=0XFF;
PORTB=0X00;
DDRC=0X00;
PORTC=0X00;
DDRD=0X00;
PORTD=0Xff;
MCUCR=0X02;//中断响应的初始状态//
GICR=0X40;
SEI（）;
while
（1）
{chushi（）;}
}
4.2.2花样编程
单纯的寻迹显的设计有些简单，为了增加一些技术难度，添加了激光灯花样的变化，这里可以根据个人喜好改变花样的模式。
voidxing_1（void）
{PORTA=0X00;//灯按照从里向外的次序PORTB=0X00;以圆环的形式依次亮
delay_ms（100）;起但不熄灭，成满圆后再依次熄灭//
PORTA=0X01;
PORTB=0X00;
delay_ms（100）;
PORTB=0X92;
PORTA=0X49;
delay_ms（100）;
PORTA=0X6D;
PORTB=0XDB;
delay_ms（100）;
PORTA=0XFF;
PORTB=0XFF;
delay_ms（100）;
PORTA=0X6D;
PORTB=0XDB;
delay_ms（100）;
PORTB=0X92;
PORTA=0X49;
delay_ms（100）;
PORTA=0X01;
PORTB=0X00;
delay_ms（100）;}
voidxing_2（void）//圆环按丛里向外的次序
{以流水灯的形式依次
PORTA=0X01;亮起//
PORTB=0X00;
delay_ms（100）;
PORTA=0X48;
PORTB=0X92;
delay_ms（100）;
PORTA=0X24;
PORTB=0X49;
delay_ms（100）;
PORTA=0X92;
PORTB=0X24;
delay_ms（100）;
PORTA=0X24;
PORTB=0X49;
delay_ms（100）;
PORTA=0X48;
PORTB=0X92;
delay_ms（100）;
}
voidxing_12（void）//灯按照xing_2的形式先运行
{然后按照xing_1的形式再
PORTA=0X01;运行//
PORTB=0X00;
delay_ms（100）;
PORTA=0X48;
PORTB=0X92;
delay_ms（100）;
PORTA=0X24;
PORTB=0X49;
delay_ms（100）;
PORTA=0X92;
PORTB=0X24;
delay_ms（100）;
PORTA=0X24;
PORTB=0X49;
delay_ms（100）;
PORTA=0X48;
PORTB=0X92;
delay_ms（100）;
PORTA=0X01;
PORTB=0X00;
delay_ms（100）;
PORTB=0X92;
PORTA=0X49;
delay_ms（100）;
PORTA=0X6D;
PORTB=0XDB;
delay_ms（100）;
PORTA=0XFF;
PORTB=0XFF;
delay_ms（100）;
PORTA=0X6D;
PORTB=0XDB;
delay_ms（100）;
PORTB=0X92;
PORTA=0X49;
delay_ms（100）;
}
voidxing_3（void）//五角星以每个角为一条直
{线，依次亮起，亮起后熄灭//
PORTA=0X81;
PORTB=0X03;
delay_ms（100）;
PORTA=0X71;
PORTB=0X00;
delay_ms（100）;
PORTA=0X0f;
PORTB=0X00;
delay_ms（100）;
PORTA=0X01;
PORTB=0Xe0;
delay_ms（100）;
PORTA=0X01;
PORTB=0X1c;
delay_ms（100）;
}
voidxing_4（void）//五角星的每个角为单位
{PORTA=0X01;的直线，依次亮起不熄
PORTB=0X00;灭，满圆后逐次熄灭//
delay_ms（100）;
PORTA=0X81;
PORTB=0X03;
delay_ms（100）;
PORTA=0Xf1;
PORTB=0X03;
delay_ms（100）;
PORTA=0Xff;
PORTB=0X03;
delay_ms（100）;
PORTA=0Xff;
PORTB=0Xe3;
delay_ms（100）;
PORTA=0Xff;
PORTB=0Xff;
delay_ms（100）;
PORTA=0X7f;
PORTB=0Xfc;
delay_ms（100）;
PORTA=0X0f;
PORTB=0Xfc;
delay_ms（100）;
PORTA=0X01;
PORTB=0Xfc;
delay_ms（100）;
PORTA=0X01;
PORTB=0X1c;
delay_ms（100）;
}
4.2.3遥控编程
为了方便控制，和个人的需要，添加了遥控部分的文件，一定程度上增加了设计的多样性。
#pragmainterrupt_handlerint0_stop:
2//中断宏定义//
voidint0_stop（void）//中断函数//
{PORTA=0X00;
PORTB=0X00;
while
（1）
{
SREG=0X80;//中断开//
a=PINC&0X01;//遥控端定义//
b=PINC&0X02;
c=PINC&0X04;
d=PINC&0X03;
e=PINC&0X05;
f=PINC&0X06;
if（a==0x01）
while
（1）
xing_1（）;
else
if（b==0x02）
while
（1）
xing_2（）;
else
if（c==0x04）
while
（1）
xing_3（）;
else
if（d==0x03）
while
（1）
xing_4（）;
else
if（e==0x05）
while
（1）
xing_12（）;
else
if（f==0x06）
while
（1）
{xing_4（）;
xing_1（）;}
}}
4.2.4综合编程
结合以上的不同需要，把相关的程序文件综合到一起，构成了激光灯初始显示中断显示与遥控显示等方面不同展示，整体程序经过修改，调试，完全能够运行。
#include//宏定义//
#include
unsignedchara,b,c,d,e,f;
voiddelay_ms（unsignedintn）//延时函数//
{unsignedinti=0;
while（i{delay_1ms（）;
i++;}}
voiddelay_1ms（void）
{unsignedinti;
for（i=0;i<1000;i++）
i++;}
#pragmainterrupt_handlerint0_stop:
2//中断宏定义//
voidint0_stop（void）//中断函数//
{PORTA=0X00;
PORTB=0X00;
while
（1）
{
SREG=0X80;
a=PINC&0X01;
b=PINC&0X02;
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