覃光鋒

（廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西柳州545005）

多功能自動(dòng)調(diào)光器硬件設(shè)計(jì)

覃光鋒

（廣西機(jī)電技師學(xué)院，廣西柳州545005）

本系統(tǒng)是利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的多功能自動(dòng)調(diào)光器，能夠通過(guò)紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到環(huán)境中是否有人存在，進(jìn)而控制白熾燈的亮滅，實(shí)現(xiàn)了白熾燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)的功能，大大方便了人們的日常生活。此外，系統(tǒng)還利用光敏電阻對(duì)環(huán)境光照強(qiáng)度的敏感特性，采集相應(yīng)的電壓信號(hào)，通過(guò)STC89C52單片機(jī)處理后，利用定時(shí)器產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)來(lái)控制雙向可控硅，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)光的效果，并且用液晶1602顯示白熾燈的亮度級(jí)別。

紅外感應(yīng)；光敏電阻；STC89C52；雙向可控硅

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們生活質(zhì)量的日益提高，以及全球能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，人們?cè)谧非笊钕硎艿耐瑫r(shí)，更加注重綠色節(jié)能[1]，同時(shí)通過(guò)各種途徑尋找新型節(jié)能。照明作為能源消耗的一種重要方式，其消耗電能的數(shù)量日益增加，迫使人們加快了綠色節(jié)能照明的步伐。目前，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的白熾燈存在著低效率、高能耗、壽命短等缺點(diǎn)，且實(shí)際的應(yīng)用中，往往只是單一的開(kāi)關(guān)功能，而缺少亮度調(diào)節(jié)、智能控制等功能[2]。由于沒(méi)有通過(guò)環(huán)境變化來(lái)改變自身亮度的功能，這樣就會(huì)導(dǎo)致很大的電能浪費(fèi)，再加上長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)光照會(huì)產(chǎn)生大量的熱，從而大大減少白熾燈的壽命[3]。然而，若只為節(jié)能而用小功率的白熾燈，那么在周邊亮度非常小時(shí)，小功率的白熾燈又不能提供足夠亮度的光照。因此，為解決這些問(wèn)題，研究一個(gè)好的多功能自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)意義重大[4]。

本設(shè)計(jì)通過(guò)采用STC89C52單片機(jī)處理作為控制處理中心，利用定時(shí)器產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)來(lái)控制雙向可控硅，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)光的效果，從而達(dá)到節(jié)約能源和適合實(shí)際生活的需要。

1 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能：

（1）系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)境中是否有人自動(dòng)控制白熾燈的開(kāi)關(guān)。

（2）通過(guò)檢測(cè)環(huán)境中的光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)白熾燈的亮度。

（3）在液晶1602上顯示白熾燈的亮度級(jí)別。

根據(jù)多功能自動(dòng)調(diào)光器的設(shè)計(jì)要求可以將該系統(tǒng)分為五個(gè)模塊，包括單片機(jī)主控制模塊，液晶1602顯示模塊，紅外感應(yīng)模塊[5]，光感應(yīng)模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊[6]。

系統(tǒng)的工作流程是：系統(tǒng)的紅外感應(yīng)模塊主要采用了HC-SR501人體感應(yīng)模塊，用以檢測(cè)系統(tǒng)附近環(huán)境中是否有人存在。如果系統(tǒng)附近有人存在，那么由人體發(fā)出的紅外線(xiàn)就會(huì)被檢測(cè)到，模塊的輸出引腳就會(huì)從低電平變到高電平，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)控制白熾燈開(kāi)啟；反之，如果系統(tǒng)周?chē)鸁o(wú)人存在，感應(yīng)模塊就會(huì)檢測(cè)不到人體發(fā)出的紅外線(xiàn)，它的輸出引腳則會(huì)保持低電平狀態(tài)，白熾燈則關(guān)閉[7]。同時(shí)，系統(tǒng)還采用光敏電阻來(lái)實(shí)時(shí)采集環(huán)境中的光強(qiáng)信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換后給單片機(jī)處理。單片機(jī)根據(jù)光敏電阻所采集到的信號(hào)，通過(guò)光耦器來(lái)對(duì)220 V交流電進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)，再利用定時(shí)器控制雙向可控硅截取相應(yīng)波段，這樣就能夠有效地做到調(diào)節(jié)交流電壓的有效值，白熾燈的光照強(qiáng)也就會(huì)隨著電壓有效值的改變而得到調(diào)節(jié)了[8]。最后將所調(diào)節(jié)后的光照強(qiáng)度顯示在液晶1602上。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

多功能自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)硬件的總電路由以下模塊的設(shè)計(jì)所組成：

（1）過(guò)零檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；（2）復(fù)位電路設(shè)計(jì)；（3）液晶1602模塊顯示電路設(shè)計(jì)；（4）雙向可控硅控制電路設(shè)計(jì)；（5）主控芯片單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)；（6）USB供電電路設(shè)計(jì)；（7）紅外感應(yīng)模塊電路設(shè)計(jì)；（8）光感應(yīng)模塊電路設(shè)計(jì)；（9）AD轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì)。

2.1 過(guò)零檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

過(guò)零檢測(cè)電路如圖2所示，光電耦合器PC817是電路中非常實(shí)用的線(xiàn)性光耦，PC817具有上級(jí)和下級(jí)電路完全不相連的物理特性，上級(jí)和下級(jí)之間的工作完全不會(huì)相互干擾，使得它的前端與負(fù)載之間處在完全隔離的狀態(tài)。該電路主要是將交流高壓正弦波變換成低壓方波信號(hào)，給STC89C52單片機(jī)的P34引腳提供過(guò)零信號(hào)。這樣在以后的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中，就有了一個(gè)過(guò)零基準(zhǔn)了。

圖2 過(guò)零檢測(cè)電路

2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)

復(fù)位電路如圖3所示，系統(tǒng)的復(fù)位電路的工作原理是：上電后的系統(tǒng)由于電容C3充電的緣故，復(fù)位引腳的電平就會(huì)拉高，但是電容放電需要一定的時(shí)間，因此復(fù)位引腳就會(huì)保持一定時(shí)間的高電平。完全放電之后，復(fù)位引腳電平就會(huì)瞬間拉低，而當(dāng)按下復(fù)位按鍵，復(fù)位引腳的電平又會(huì)拉高。復(fù)位電路在系統(tǒng)當(dāng)中主要就是起到復(fù)位的作用，那樣會(huì)方便系統(tǒng)在調(diào)試過(guò)程中隨時(shí)可以復(fù)位。

圖3 復(fù)位電路

2.3 液晶1602顯示模塊電路設(shè)計(jì)

液晶1602顯示模塊電路如圖4所示，液晶1602的16個(gè)引腳當(dāng)中，編程用到的主要管腳大概三個(gè)，它們分別是：使能信號(hào)E、讀寫(xiě)選擇端R/W、數(shù)據(jù)命令選擇端RS.在編程的過(guò)程中就是主要圍繞初始化，寫(xiě)命令、寫(xiě)數(shù)據(jù)對(duì)三個(gè)管腳進(jìn)行初始化。系統(tǒng)電路中，液晶1602LCD數(shù)據(jù)端由單片機(jī)芯片的P0口來(lái)控制。為了保證電路有足夠的電壓驅(qū)動(dòng)液晶1602LCD，系統(tǒng)在電路設(shè)計(jì)時(shí)，在P0口上外接了一排+5 V的上拉電阻。液晶1602LCD的使能信號(hào)E、讀寫(xiě)選擇端R/ W和數(shù)據(jù)命令選擇端RS分別由單片機(jī)上的P20、P21、P22這三個(gè)端口來(lái)控制。在系統(tǒng)當(dāng)中液晶1602LCD主要是用來(lái)顯示白熾燈的亮度級(jí)別。

圖4 液晶1602顯示模塊電路

2.4 雙向可控硅控制電路設(shè)計(jì)

雙向可控硅控制模塊電路如圖5所示，單片機(jī)的P35引腳輸出脈沖信號(hào)，通過(guò)三極管和MOC3020控制雙向可控硅的導(dǎo)通腳來(lái)控制輸出交流電有效值，從而達(dá)到調(diào)光的目的。如果單片機(jī)的P35引腳輸出高電平，就會(huì)導(dǎo)通三極管，MOC3020控制可控硅導(dǎo)通；如果單片機(jī)的P35引腳輸出低電平時(shí)，三極管Q8斷開(kāi)，MOC3020控制可控硅斷開(kāi)。

圖5 雙向可控硅控制模塊電路

2.5 單片機(jī)芯片控制電路設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)[9]STC89C52的P0端口輸出的電流非常小的原因，在很多情況下是無(wú)法驅(qū)動(dòng)外部電路正常工作的，所以在P0端口處添加了一個(gè)上拉排阻，一般情況下選用10 K的電阻為宜。

2.6 USB供電電路的設(shè)計(jì)

ISP下載電路設(shè)計(jì)如圖6所示，USB供電的電路設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，主要由一個(gè)USB母口，一個(gè)六腳開(kāi)關(guān)和一個(gè)LDE指示燈構(gòu)成，起到為系統(tǒng)提供+5 V電壓的作用。

圖6 ISP下載電路設(shè)計(jì)

2.7 紅外感應(yīng)模塊電路設(shè)計(jì)

紅外感應(yīng)模塊采用窗口為長(zhǎng)方形的雙探頭，通過(guò)計(jì)算人體紅外線(xiàn)達(dá)到兩探頭間的時(shí)間相差值以及距離相差值起作用。如果人體從左右方向走過(guò)時(shí)，HC-SR501人體感應(yīng)模塊就會(huì)很靈敏地檢測(cè)到人體發(fā)出的紅外線(xiàn)。但是，如果人體從正面或著是從上下方向走過(guò)時(shí)，那么此時(shí)HC-SR501人體感應(yīng)模塊的感應(yīng)靈敏度就會(huì)非常差，所以安裝應(yīng)該盡量保證與人走動(dòng)方向相平，這樣就能保證人經(jīng)過(guò)時(shí)能被感應(yīng)器感應(yīng)到[10]。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)當(dāng)中，HC-SR501人體感應(yīng)模塊的輸出端與芯片PCF8591的第二引腳連接，以便將感應(yīng)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，提供給單片機(jī)處理。

2.8 光感應(yīng)模塊電路設(shè)計(jì)

光感應(yīng)模塊電路如圖7所示，系統(tǒng)采用10 K的光敏電阻gl5516芯片來(lái)采集環(huán)境中的光強(qiáng)信號(hào)，與芯片PCF8591的第一引腳相連接，以便將所采集到的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，給單片機(jī)進(jìn)行處理。

圖7 光感應(yīng)模塊電路

2.9 AD轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì)

AD轉(zhuǎn)換模塊電路如圖8所示，PCF8591的引腳分別是：四個(gè)模擬輸入端、一個(gè)模擬輸出端和一個(gè)串行I2C總線(xiàn)接口。用來(lái)給硬件的編寫(xiě)地址程序的，其實(shí)就是三個(gè)端口，分別是A0、A1、A2端口。PCF8591器件的地址、控制以及數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)I2C總線(xiàn)以串行的方式進(jìn)行傳輸。

圖8 AD轉(zhuǎn)換模塊電路

系統(tǒng)中PCF8591的第一引腳輸入光敏電阻采集的模擬信號(hào)，第二引腳輸入紅外模塊采集的模擬信號(hào)，I2C總線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)用單片機(jī)P25引腳控制，時(shí)鐘線(xiàn)用單片機(jī)P24引腳控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)電路仿真工具仿真測(cè)試，理論上可行，能較好滿(mǎn)足人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中燈光強(qiáng)度的需求，同時(shí)也順應(yīng)了當(dāng)前國(guó)家倡導(dǎo)的綠色發(fā)展新理念，對(duì)能源的充分利用起到較大的推動(dòng)作用。

[1]潘龍.智能照明系統(tǒng)節(jié)能分析及設(shè)計(jì)[J].建筑節(jié)能，2011（06）：58-61.

[2]卜煜.智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2012（03）：56-57.

[3]李宗.智能家居中燈光控制系統(tǒng)的研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

[4]孫亞萍，項(xiàng)一科，熊華鋒，等.基于PIC單片機(jī)的LED教室照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)，2012（07）：1042-1045.

[5]李莉，李學(xué)鋒.基于PCA84C641單片機(jī)的多路紅外調(diào)光器[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（03）：361-365.

[6]任紅.綠色照明與建筑照明節(jié)能設(shè)計(jì)[J].電氣應(yīng)用，2009（07）：22-25.

[7]張瑋，李凱雯.智能家居照明控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].科協(xié)論壇（下半月），2013（06）：127-129.

[8]陳俊儒，趙偉，高耀宇.多功能智能照明系統(tǒng)[J].電子世

界，2014（16）：491.

[9]李書(shū)海，冷雪全，李雪蓮.基于單片機(jī)的低功耗智能遙控調(diào)光器的設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2012（16）：37-38.

[10]萬(wàn)昳.智能LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012.

Multifunction Auto Dimmer

QIN Guang-feng
（Guangxi Institute of Mechanical and Electrical Technician，Liuzhou Guangxi 545005，China）

This system is designed formulti-purpose use of SCM technology automatic dimmer environments exist if someone is able to detect the infrared sensormodule，then control of incandescent light off，to achieve the incandescent automatic switch function，greatly facilitate the people everyday life.In addition，the system also uses photosensitive resistance to the sensitive nature of the ambient light intensity corresponding voltage signal acquisition，through post-STC89C52 microcontroller processing，use a timer to generate the corresponding pulse signal to control the triac，so as to achieve the effect of auto-dimming，and 1602 with LCD display brightness level incandescent.

infrared sensor；photoresistor；STC89C52；triac

TP368.1

A

1672-545X（2017）04-0028-03

2017-01-09

覃光鋒（1983-），男，廣西興業(yè)人，講師，從事電子技術(shù)類(lèi)職業(yè)教育。