DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING HSIUPING …ir.hust.edu.tw/bitstream/310993100/4669/1/LEEDD調光控制器設計與製作.pdf · 製作流程 (1) 利用麵包板、電源供應器、三用電表、arduino

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

{


}

else if(a=='C')

{


}

else if(a=='D')

{


}

else if(a=='E')

{


}

else if(a=='F')

{

２８


}

else if(a=='G')

{


}

else if(a=='H')

{


}

else if(a=='I')

{


}

else if(a=='J')

{


２９

}

else if(a=='K')

{


}

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

{


}

}

else

{

３１


}

}

}

３２

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