-
實實務務專專題題報報告告書書 LLEEDD調調光光控控制制器器設設計計與與製製作作
指 導 老 師:程兆龍老師
專題製作學生:
四技電機四乙 徐信吉 BD100108
四技電機四乙 黃柏璁 BD100113
中華民國 一百三 年 十二 月 二十三 日
修 平 科 技 大 學 電 機 工 程 系
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING HSIUPING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
-
目錄
第一章 摘要
1-1 前 言 ······································ 5
1-2 製作動機 ··································· 5
1-3 研究目的 ··································· 5
第二章 實習步驟
2-1 準備工作 ··································· 6
2-2 製作流程 ··································· 6
2-3 實地測試及模擬 ····························· 7
2-4 電路圖及邏輯圖 ····························· 8
2-5 元件表單 ··································· 10
第三章 材料認識
3-1 PIR 介紹 ··································· 11
3-2 光敏電阻 ··································· 13
3-3 光耦合 ····································· 15
-
第四章 程式規劃
4-1 主程式流程圖 ······························· 16
4-2 動作說明 ··································· 17
第五章 結論
5-1 成品照 ····································· 18
5-2 成品顯示圖 ································· 19
第六章 心得
6-1 組員心得 ··································· 20
參考文獻 ······································· 22
附錄一程式碼 ··································· 23
表附錄
表一 ··········································· 7
表二 ··········································· 8
-
第一章 摘要
本專題將試作如何利用 arduino及 PIR(Pyro-electric Infrared
Detector)為人體紅外線來控制 LED燈光是否該調亮或調暗,並且將光敏電
阻及 PIR當為節能控制的開關,來達到節能效果。並請可以放置在各個不
一樣的環境,以及利用了各種測試儀器來測試環境光線,來達到數值的準
確性,來讓作品達到完美的呈現。
4
-
1-1前 言
LED它具備了很多優點,例如省電、壽命長、耐久性長......等優點,
比傳統燈具具備了很多優點,及搭配了 arduino,它可以很容易和感測器,
各式各樣的電子元件連接,例如 紅外線、光敏電阻 ......等相關元件,而
這兩種東西都是在未來產業中,非常重視的元件及軟體。
1-2製作動機
常常到廁所時,都看到人們上完廁所時,都會忘記關掉電燈,而浪費了
非常久的時間,在這之中許多電,往往之中也浪費了,同時 T5日光燈,經
由了長時間的開啟,也成了浪費資源的東西,因此我們和指導老師討論後
,決定來製作 LED調光控制器設計與製作。
1-3研究目的
一般電燈的開關都是兩段式切換開關設計,所以常常會讓疏忽掉,因此
我們想利用不用開關,利用感應來達到節能的效果,而且可利用藍芽控制,
可以調到自己舒服的燈光。
5
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B4%85%E5%A4%96%E7%B7%9Ahttp://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E6%95%8F%E7%94%B5%E9%98%BB
-
第二章 實習步驟
2-1準備工作
(1) 參加學校 arduino舉辦 技學術研習會,去了解 arduino基礎。
(2) 到各個廁所收集光線的資料。
(3) 學習如何利用 arduino來執行程式
(4) 分配工作
2-2製作流程
(1) 利用麵包板、電源供應器、三用電表、arduino uno板,來測試 arduino
uno 主控板及紅外線感測器。
(2) 熟悉 arduino的使用方法,熟悉基本寫 arduino的語法。
(3) 寫程式
(4) 將程式燒入 arduino uno板中,並且利用麵包上的的電路來做測試,看
是否可以正常使用。
(5) 將麵包板上移植到一班電路板上,並測試電路板是否正常。
(6) 統整 arduino上程式的光敏電阻值是否與照度器,是否一樣。
(7) 將作品做最後校正及包裝。
6
http://www.hust.edu.tw/academicDetail.jsp?sid=27535797&eid=7178
-
2-3實地測試及模擬
我們利用了照度計,到 B棟男生廁所實際的測量和紀錄(如表一),回來
開始製作我們的灰階曲線,來完成模擬,達到到理想狀態,藉由模擬可以
讓程式裡的計算補光值更加精確。
(表一)實地測試
7
-
因此我們利用了 Excel作測試的數據,達到補多少灰階的值(如表二)。
(表二)所得出來的公式為:
y = -0.000013922 x2 - 0.058214835 x + 276.514172746
8
-
2-4電路圖及邏輯圖
PWM電路裡的 PC817光耦合開關能防止大電流流入其他零件而燒毀(如
圖一),整體來說 PWM電路板佔很重要的一部分。
(圖一)PWM電路板結構
利用 logic Friday將電路設備的動作流程圖做成一個小型邏輯閘(如圖二)
(圖二)邏輯閘與真值表
9
-
2-5元件表單
項目 數量 編號 規格
1 1 1 110V ~ 220V , 2A/1A 人體紅外線
2 1 RG 20mm CDS 光 敏 電 阻
3 1 3 arduino UNO板
4 2 4 2P插座
5 6 5 排針
6 2 R1 R2 1KΩ電阻
7 1 D1 LED
8 1 PC817 光耦合器
9 1 9 ADJ電晶體 D1138
10
https://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1613061401022
-
第三章 材料認識
3-1 PIR介紹
1原理
PIR 是利用物體輻射出紅外線,當紅外線照射到材料上而產生電荷現
象,所以取名焦電型、熱電型 紅外線感測器。因此人體紅外線感測器是以
TGG(三甘氨酸硫酸鹽)及 PZT(汰酸系壓電材料)等介質所作成的。所以
人體紅外線感測器是利用於焦電效應的焦電型紅外線感測器,就是利用吸
收紅外線來感應溫度的變化,所以又稱焦電型紅外線感測器
2紅外線感測器種類及使用方式
紅外線感測器使用方式可分為主動式、被動式
(1) 主動式: 又稱為遮斷式,它需要一組發射與接收所組成的紅外線感測
器 ,最適合用於室內或室外需要點對點的直線距離來使用。
(2) 被動式: 人體紅外線感測器(如圖三)就是屬於被動式,而他的作動是
靠著物體的熱源來觸動感測器,最適合用於室內密閉的空間
防盜器及感應照明(如圖四)。
11
-
(圖四)利用 PIR在啟動裝置
12
訊號
電源-
時間延遲 敏感度
電源-
電源+
(圖三)PIR人體紅外線當作觸動開關來使用
-
3-2光敏電阻
1原理
光敏電阻 硫化鎘,另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍......等材
料製造而成,而光敏電阻利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射
光的強弱而改變的電阻器,當入射光很強時,光敏電阻的電阻值就會減小,
相對地入射光很弱時,光敏電阻的電阻值就會增大,因此光敏電阻器他們
都會做成薄薄的一片片,是為了讓光敏電阻吸收更多的光能,並且在光敏
電阻上的電極通常都會用成梳狀線條(如圖五),是為了可以穫得高的靈敏
度。
2光敏電阻種類及使用方式,光敏電阻可分爲三種光敏電阻器:
(1) 紫外光敏電阻器: 對於 紫外線 比較靈敏,硫化鎘、硒化鎘光敏電阻
器......等,較適合用於探測紫外線的電阻器。
(2) 紅外光敏電阻器: 紅外光敏電阻器常用於軍事導彈制導、天文、科學研
究、醫療科技......等之中,廣泛使用。
(3) 可見光光敏電阻器: 可見光光敏電阻器(如圖六)常用於各種控制系統
之中,路燈和其他照明需要自動亮滅的系統......
等方面。
13
http://www.zwbk.org/MyLemmaInter.aspx?zh=zh-tw&title=%e7%a1%ab%e5%8c%96%e9%8e%98http://www.zwbk.org/MyLemmaShow.aspx?zh=zh-tw&lid=96016
-
(圖五)光敏電阻
(圖六)利用光敏電阻來調節燈光亮暗
14
電極
sds
-
3-3光電耦合元件
1原理
光電耦合元件是以光來作為傳輸電一組裝置,而它的功能是維持電信
號輸入、輸出間有良好的隔絕作用,防止大電流通過導致零件損壞,如果
需要時可以使電信號通過隔離層的傳送方式。又稱為光耦合器、光隔離器
以及光電隔離器,簡稱光耦。
2光電耦合元件種類及使用方式
光電耦合元件可分為兩種
(1) 光電耦合元件大致上可以分為類比 與 數位 這兩種的歸類,而光電耦
合最主要由光發射器和光偵測器所組成的裝置。兩種元件通常都會整
合到同一個封裝裡面,但它們之間除了光束以外不會有任何電氣或實
體連接,且無迴授現象,信號單方向傳達,輸出信號不會影響輸入信
號,最重要是與邏輯元件連接方便,常用於 電氣絕緣、級間耦合、
驅動電路、開關電路、多諧振盪器、信號隔離、級間隔離 、脈衝放
大電路、數位儀錶 ......設備中。
15
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%A1%E6%93%AC%E4%BF%A1%E8%99%9Fhttp://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%B0%E5%AD%97%E4%BF%A1%E5%8F%B7http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E9%9B%BB%E6%B0%A3%E7%B5%95%E7%B7%A3&action=edit&redlink=1http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E8%B0%90%E6%8C%AF%E8%8D%A1%E5%99%A8http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E8%84%88%E8%A1%9D%E6%94%BE%E5%A4%A7%E9%9B%BB%E8%B7%AF&action=edit&redlink=1http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E8%84%88%E8%A1%9D%E6%94%BE%E5%A4%A7%E9%9B%BB%E8%B7%AF&action=edit&redlink=1http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=%E6%95%B8%E4%BD%8D%E5%84%80%E9%8C%B6&action=edit&redlink=1
-
第四章 程式規劃
4-1主程式流程圖
16
-
4-2動作說明
17
-
第五章 結論
5-1 成品照
PWM利用在防止大電壓打入低電壓,造成其零件損壞,所以 PWM在這之中也
非常重要(如圖七)。
(圖七)PWM與 Arduino UNO板結合成電路
18
-
PWM 背面 接線圖如下(圖八)
PWM 正面 零件圖如下(圖九)
19
-
我們的專題測試非常多次,因為 PWM常常可能零件燒毀而無法正常啟
動,所以我們後一次 PWM與 Arduino UNO板終於可以能正常啟動。
如下(圖十)
20
-
第六章 心得
6-1 組員心得
BD100108 徐信吉
在這四年之中,我們學習到了很多電機專業的東西,而我們學以致用,
利用了學校舉辦的學校 arduino舉辦技學術研習會以及校外實習到東林科
技公司實習,剛好可以來測試我們所製作的成果,增加自己對 arduino的
基礎。
而我們在製作這個做作品之前我們就開始記錄了,每間廁所的光照度
,所以我們有了充足的紀錄,但在這過程中我們遇到了很多問題,我們也
去問了指導老師或是其他老師,及其他學長,才能順利解決了問題,所以
這個專題是我們去請教老師及學長,一點一滴所完成的作品,因此我要謝
謝老師及學長的指教。雖然作品有些不完整,但還有許多問題,將於日後
研究中完成。
21
http://www.hust.edu.tw/academicDetail.jsp?sid=27535797&eid=7178
-
BD100113 黃柏璁
在這大學四年來,學習到很多關於電的知識以及程式編寫等等,成為
幫助我們這次製作專題的工具,其中利用暑假期間去到東林科技公司實
習,在那也學到很多在學校學不到甚至沒看過的東西。
這次的專題製作從構想到完成經歷了許多的困難與挫折,不懂的地
方,詢問過學長以及老師,也教導了很多我們關於製作專題需要注意的地
方,從一開始測試廁所的照度,製作電路板測試沒功能到測試完成,中間
也更換過很多零件,在快要專題展的前幾天,要在進行測試通電上去後,
突然 arduuno燒毀,疑似電壓過大,我們馬上進行搶救。
製作專題的期間可以將自己在大學學到的知識與技術發揮在這上面,
也很感謝指導我們的學長與老師,雖然這項作品還有很多不完美的部分,
日後將於研究中完成。
22
-
參考文獻
1 .C語言程式設計與應用 出版社:全華 作者:陳會安
2感測器應用與線路分析 出版社:全華 作者:盧明智,盧鵬任
23
-
附錄一
arduuno程式碼
#include
SoftwareSerial BT(10,11); /* RX, TX*/
int buttonPin = 2;//感測器
int ledPin =9;//led燈板
int photocellPin =A2;//光敏電阻 (photocell) 接在 anallog pin 3
int photocellVal =0;
int minLight =88; /*小光線門檻值*/
int buttonState = 0;
int T=430;/*現場照度*/
int L;/*對應照度*/
int LP;/*要補照度*/
byte A;/*要補灰階*/
24
-
char a;
void setup() {
pinMode(ledPin,OUTPUT);
pinMode(buttonPin,INPUT);
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
;
}
Serial.println("Goodnight moon!");
BT.begin(9600);
BT.println("Hello, world?");
}
void loop()
25
-
{
int photocellVal=analogRead(A2);
photocellVal = map(photocellVal,0,870,0,255);
Serial.print("photocellVal:");
Serial.println(photocellVal,DEC);
Serial.print("\tL:");
Serial.println(L);
Serial.print("\tLP:");
Serial.println(LP);
Serial.print("\tA:");
Serial.println(A);
Serial.print("\t");
BT.print("\tphotocellVal:");
BT.println(photocellVal,DEC);
BT.print("\tL:");
26
-
BT.println(L);
BT.print("\tLP:");
BT.println(LP);
BT.print("\tA:");
BT.println(A);
BT.print("\t");
delay(500);
buttonState = digitalRead(buttonPin);
if (BT.available())
a=BT.read();
if(a=='A')
{
analogWrite(ledPin,255);
}
else if(a=='B')
27
-
{
analogWrite(ledPin,225);
}
else if(a=='C')
{
analogWrite(ledPin,200);
}
else if(a=='D')
{
analogWrite(ledPin,175);
}
else if(a=='E')
{
analogWrite(ledPin,150);
}
else if(a=='F')
{
28
-
analogWrite(ledPin,125);
}
else if(a=='G')
{
analogWrite(ledPin,100);
}
else if(a=='H')
{
analogWrite(ledPin,75);
}
else if(a=='I')
{
analogWrite(ledPin,50);
}
else if(a=='J')
{
analogWrite(ledPin,25);
29
-
}
else if(a=='K')
{
analogWrite(ledPin,0);
}
else {
if (buttonState ==HIGH)
{
if(photocellVal
-
LP=(T-L);/*要補照度*/
A =-0.0000139222*LP*LP-
0.058214835*LP + 276.514172746;/*要補灰階*/
analogWrite(ledPin,A);
delay(100);
}
else
{
analogWrite(ledPin,255);
}
}
else
{
31
-
analogWrite(ledPin,255);
}
}
}
32
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERINGHSIUPING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY