【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控硅實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)與調(diào)光控制，用光電耦合器 M0C3021作為可控硅的驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。光電耦合器 M0C3021通過(guò)一個(gè)非門(mén)與 89C2051的 ，當(dāng)此腳輸出高電平時(shí)，將會(huì)封鎖住 MOC3021，使雙向可控硅 BT131不導(dǎo)通，這樣就會(huì)使照明燈關(guān)閉；當(dāng) ，使光電耦合器 MOC3021打開(kāi)驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，從而將雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通，這樣就開(kāi)啟了所要控制的照明燈。對(duì)于照明燈的亮度調(diào)節(jié)，這里采用 PWM（ Pulse Width Modulation） 方式 ,即脈沖寬度調(diào)制的簡(jiǎn)稱， PWM是一種周期一定而高低電平的占空比可以調(diào)制的方波信號(hào)，當(dāng)輸出脈沖周期一定時(shí)，輸出脈沖的占空比越大相對(duì)應(yīng)的輸出有效電壓越大。在一個(gè)周期內(nèi)的脈沖寬度（導(dǎo)通時(shí)間）為 T1，周期為 T，波形如圖 。 12 T 1T 2T 圖 脈沖波形圖 則輸出電壓的平均值為： U=VCC T1/T=α VCC 其中α =T1/T（正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖周期的比值）稱為占空比，α的變化范圍為 0≤α≤ 1， VCC為電源電壓。 當(dāng)電源電壓 VCC不變的情況下 ，輸出電壓的平均值 U取決與占空比α的大小，改變?chǔ)恋拇笮【涂梢愿淖冚敵鲭妷旱钠骄担@就是 PWM的工作原理。燈泡的亮度與加在燈泡兩端的電壓成比例，而燈泡兩端的電壓與可控硅的導(dǎo)通角成比例，這樣通過(guò)調(diào)節(jié) PWM信號(hào)的占空比來(lái)控制可控硅的導(dǎo)通角。因此占空比越大，燈泡就越亮，當(dāng)占空比α =1時(shí)，燈泡的亮度最高。 由于 89C2051單片機(jī)沒(méi)有 PWM信號(hào)輸出功能，所以在這里采用單片機(jī)定時(shí)器配合軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM信號(hào)的輸出。 使用 PWM方法進(jìn)行可控硅控制時(shí)，調(diào)制頻率不能低于市電頻率，因?yàn)楫?dāng)頻率低于 50Hz時(shí)，超過(guò) 了人眼視覺(jué)暫留效應(yīng)，用于調(diào)光將產(chǎn)生閃爍的現(xiàn)象。當(dāng)調(diào)制頻率大于市電頻率，可控硅將處于連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)而不能達(dá)到調(diào)壓的目的，因此必須使用過(guò)零檢測(cè)作為觸發(fā)可控硅的基點(diǎn)。在本系統(tǒng)中所使用的過(guò)零檢測(cè)電路如圖 ，先由一個(gè)變壓器將市電電壓轉(zhuǎn)換成 10V左右的電壓，經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓后可作為系統(tǒng)工作電源，同時(shí)將變壓器次級(jí)的同名端引出一根線連接到比較器 LM311的正輸入端，用以檢測(cè)交流電的過(guò)零點(diǎn)，然后將過(guò)零信號(hào)送給單片機(jī)的 。當(dāng)檢測(cè)到交流電的過(guò)零點(diǎn)時(shí)，就去觸發(fā)雙向可控硅，同時(shí)通過(guò) PWM信號(hào)的輸出控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí) 間，最終達(dá)到控制燈泡亮度的目的。 RS485 通信電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的有線通信方式采用 RS485總線 進(jìn)行通信， RS485標(biāo)準(zhǔn)支持 半雙工通信， 只需三 根線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時(shí)具有抑制共模干擾的 13 能力，接收靈敏度可達(dá)177。 200mV，大大提高了通信距離，在 100K bps速率下通信距離可達(dá) 1200m，如果通信距離縮短，最大速率可達(dá) 10M bps。在這里使用的是主從式通信方式，主機(jī)由主控制器充當(dāng)，從機(jī)為分控制器。主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)發(fā)送的信息可 以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接通信。主機(jī)與從機(jī)的通信電路圖分別如圖 。 14 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩP 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78I N T 113R X D10T X D11X T A L 218X T A L 119T014P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039T1158 9 C 5 1I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20T L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K Ω 圖 主機(jī)通信電路圖 15 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩT L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K ΩR S T /V pp1R X D /P 3. 02T X D /P 3. 13X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 3. 26I N T 1/ P 3. 37T 0/ P 3. 48T 1/ P 3. 59GND10V C C20P 1. 719P 1. 618P 1. 517P 1. 416P 1. 315P 1. 214P 1. 1/ A I N 113P 1. 0/ A I N 012P 3. 71189 C 20 51 16 圖 從機(jī)通信電路圖 主機(jī)與從機(jī)選用的 RS485通信收發(fā)器芯片為 MAX485，它是 MAXIM公司生產(chǎn)的用于 RS 485通信的低功率收發(fā)器件， 采用單一電源 +5 V工作，額定電流為300 μA ，采用半雙工通 信 方式。它完成將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS485電平的功能。MAX485芯片內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。 RO和 DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的 RXD和 TXD相連即可；RE和 DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng) RE端 為邏輯 0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) DE端 為邏輯 1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)?MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可 ，主機(jī)與從機(jī)分別使用 ； A端和 B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端 ,當(dāng) A引腳的電平高于 B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A的電平低于 B端時(shí)，代 表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。 在進(jìn)行通信時(shí) 只需要一個(gè)信號(hào)控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將 A和 B端之間加匹配電阻， 這里 選 用 120Ω 的電阻。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合器 TLP521對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行光電隔離。從機(jī)使用單片機(jī)的 MAX485的工作狀態(tài)，平時(shí)置，使從機(jī)串行口處于偵聽(tīng)狀態(tài)。當(dāng)有串行中斷產(chǎn)生時(shí)判別是否是本機(jī)號(hào)，若為本機(jī)地址則置 ，發(fā)送應(yīng)答信息，然后再置 為低電平接收控制指令，繼續(xù)保持 ，使串行收發(fā) 器處于接收狀態(tài)；若不是本機(jī) 地址，使 ，使串行收發(fā)器處于接收偵聽(tīng)狀態(tài)。 無(wú)線數(shù)傳電路的設(shè)計(jì) 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸需要通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)選用的是上海桑銳電子科技有限公司生產(chǎn)的 SRWF1型微功率無(wú)線數(shù)傳模塊。該模塊的通信信道是半雙工的，最適合點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。單片機(jī)與無(wú)線數(shù)傳模塊之間可以進(jìn)行信息的傳送與回饋，即所謂的雙向通信。 無(wú)線數(shù)傳電路的連接 主控制器與分控制器各使用一個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊，形成發(fā)送與接收的無(wú)線通信通道。模塊的數(shù)據(jù)輸入和輸出端與單片機(jī)的串行口連接，即模塊的串行數(shù)據(jù)發(fā)射端 TXD與單片機(jī) 的串行數(shù)據(jù)輸入端 RXD連接；模塊的串行數(shù)據(jù)接收端RXD與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸出端 TXD連接。單片機(jī)與無(wú)線數(shù)傳模塊 SRWF1的電路連接如圖 。 17 R X DT X DR X DT X DV C CGNDS G N D8 9 C 5 18 9 C 2 0 5 1S R W F 1+ 5 V 圖 單片機(jī)與無(wú)線數(shù)傳模塊的連接 SRWF1 模塊的特性 （ 1） 微發(fā)射功率 :最大 10dbm（ 10mW）的發(fā)射功率。 （ 2） ISM頻段工作頻率，無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)。 載頻頻率 429438MHz，也可提供 315/868/915MHz等載頻 。 （ 3） 高抗干擾能力和低誤碼率?；?FSK的調(diào)制方式，采用高效 無(wú)線 通信協(xié)議，在信道誤碼率為 102時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率 105～ 106。 （ 4） 完善的通訊協(xié)議。 （ 5） 傳輸距離遠(yuǎn)。在視距情況下，天線高度 3米，可靠傳輸距離 300m。 （ 6） 透明的數(shù)據(jù)傳輸。 提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。自動(dòng)過(guò)濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號(hào)及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。 （ 7） 多信道，多速率。 SRWF1型模塊標(biāo)準(zhǔn)配置提供 8個(gè)信道，根據(jù)用戶需要，可擴(kuò)展到 16/32信道，滿足用戶多種通信組合方式的需求。 SRWF1 18 型模塊可提供 1200bps、 2400bps、 4800bps、 9600bps、 19200bps等多種通信波特率，并且無(wú)線傳輸速率與接口波特率成正比，以滿足客戶設(shè)備對(duì)多種波特率的需要。 （ 8） 雙串口， 3 種接口方式。 SRWF1 型模塊提供 2 個(gè)串口 3 種接口方式， COM1 為 TTL 電平 UART 接口。 COM2 由用戶自定義為標(biāo)準(zhǔn)的RS232/RS485 接口（用戶只需要拔 /插短路器再上電即可改變接口類型）。 （ 9） 高速無(wú)線通訊和大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 可 1次傳輸無(wú)限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，用戶編程更加靈活。 （ 10） 智能數(shù)據(jù)控制，用戶無(wú)需編制多余的程序 。 即使是半雙工通信，用戶也無(wú)需編制多余的程序，只要從接 口收 /發(fā)數(shù)據(jù)即可，其它如空中收 /發(fā)轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)連接，控制等操作， SRWF1型模塊能夠自動(dòng)完成。 （ 11） 低功耗及休眠功能。 接收電流 20mA，發(fā)射電流 40mA,休眠時(shí)電流僅為 20uA。 （ 12） 高可靠性，體積小、重量輕。 采用高性能單片處理器 ATMega8L,外圍電路少，可靠性高，故障率低。 （ 13） 兩種接口收發(fā)等待時(shí)間。 可設(shè)置的接口等待時(shí)間使模塊既能用于高速用戶設(shè)備（如 DSP系統(tǒng)）也可適用低速系統(tǒng)（如 51系統(tǒng)）。 （ 14） 看門(mén)狗實(shí)時(shí)監(jiān)控。 ATMega8L的看門(mén)狗監(jiān)控內(nèi)部功能，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的可靠性。 4 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有軟件計(jì)算機(jī)不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計(jì)算機(jī)中的地位，而在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，軟件也是非常重要的。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)備的功能是由軟件來(lái)定義的，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，通過(guò)有線與無(wú)線串行通信程序來(lái)完成控制功能，通過(guò)軟件定義鍵盤(pán)功能，通過(guò)編程完成 LED數(shù)碼顯示等等，由此可見(jiàn)，軟件是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 該照明控制系統(tǒng)的軟件程序包括：照明啟?？刂瞥绦?、照明亮度控制程序、 照明定時(shí)控制程序、人機(jī)交互程序以及 RS485串行通信與無(wú)線數(shù)傳通信程序等。本著軟件設(shè)計(jì)的基本方法，照明控制程序的軟件設(shè)計(jì)方法是利用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)方法來(lái)完成的。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法雖然是早期的程序設(shè)計(jì)方法，但該方法還一直被廣泛地使用。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。本照明控制系 19 統(tǒng)軟件程序總體結(jié)構(gòu)如圖 。 照 明 控 制 系 統(tǒng)照 明 啟 停 控 制 照 明 亮 度 控 制 照 明 定 時(shí) 控 制 人 機(jī) 交 互 串 行 通 信全部啟停控制單獨(dú)啟?？刂迫苛炼瓤刂茊为?dú)亮度控制全部定時(shí)控制單獨(dú)定時(shí)控制鍵盤(pán)掃描L E D數(shù)碼顯示無(wú)線數(shù)傳R S4 8 5通信 圖 照明控制系統(tǒng)軟件程序總體結(jié)構(gòu)圖 人機(jī)交互程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 的人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)，主要是解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能夠靈活地控制系統(tǒng)工作。鍵盤(pán)用來(lái)輸入指令，發(fā)光數(shù)碼管用來(lái)顯示單片機(jī)的狀態(tài)，這是一個(gè)比較簡(jiǎn) 單的人機(jī)交互形式。 鍵盤(pán)掃描程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的鍵盤(pán)采用的是 4 4 矩陣式鍵盤(pán)，矩陣式