多功能自動調光器硬件設計

覃光鋒

（廣西機電技師學院，廣西柳州545005）

多功能自動調光器硬件設計

覃光鋒

（廣西機電技師學院，廣西柳州545005）

本系統是利用單片機技術設計的多功能自動調光器，能夠通過紅外感應模塊檢測到環境中是否有人存在，進而控制白熾燈的亮滅，實現了白熾燈自動開關的功能，大大方便了人們的日常生活。此外，系統還利用光敏電阻對環境光照強度的敏感特性，采集相應的電壓信號，通過STC89C52單片機處理后，利用定時器產生相應的脈沖信號來控制雙向可控硅，從而達到自動調光的效果，并且用液晶1602顯示白熾燈的亮度級別。

紅外感應；光敏電阻；STC89C52；雙向可控硅

隨著社會的進步，人們生活質量的日益提高，以及全球能源危機的日益嚴重，人們在追求生活享受的同時，更加注重綠色節能[1]，同時通過各種途徑尋找新型節能。照明作為能源消耗的一種重要方式，其消耗電能的數量日益增加，迫使人們加快了綠色節能照明的步伐。目前，市場上銷售的白熾燈存在著低效率、高能耗、壽命短等缺點，且實際的應用中，往往只是單一的開關功能，而缺少亮度調節、智能控制等功能[2]。由于沒有通過環境變化來改變自身亮度的功能，這樣就會導致很大的電能浪費，再加上長時間的強光照會產生大量的熱，從而大大減少白熾燈的壽命[3]。然而，若只為節能而用小功率的白熾燈，那么在周邊亮度非常小時，小功率的白熾燈又不能提供足夠亮度的光照。因此，為解決這些問題，研究一個好的多功能自動調光系統意義重大[4]。

本設計通過采用STC89C52單片機處理作為控制處理中心，利用定時器產生相應的脈沖信號來控制雙向可控硅，從而達到自動調光的效果，從而達到節約能源和適合實際生活的需要。

1 設計實現的功能

本系統主要實現的功能：

（1）系統檢測環境中是否有人自動控制白熾燈的開關。

（2）通過檢測環境中的光照強度自動調節白熾燈的亮度。

（3）在液晶1602上顯示白熾燈的亮度級別。

根據多功能自動調光器的設計要求可以將該系統分為五個模塊，包括單片機主控制模塊，液晶1602顯示模塊，紅外感應模塊[5]，光感應模塊，AD轉換模塊[6]。

系統的工作流程是：系統的紅外感應模塊主要采用了HC-SR501人體感應模塊，用以檢測系統附近環境中是否有人存在。如果系統附近有人存在，那么由人體發出的紅外線就會被檢測到，模塊的輸出引腳就會從低電平變到高電平，經AD轉換后，單片機控制白熾燈開啟；反之，如果系統周圍無人存在，感應模塊就會檢測不到人體發出的紅外線，它的輸出引腳則會保持低電平狀態，白熾燈則關閉[7]。同時，系統還采用光敏電阻來實時采集環境中的光強信號，模數轉換后給單片機處理。單片機根據光敏電阻所采集到的信號，通過光耦器來對220 V交流電進行過零檢測，再利用定時器控制雙向可控硅截取相應波段，這樣就能夠有效地做到調節交流電壓的有效值，白熾燈的光照強也就會隨著電壓有效值的改變而得到調節了[8]。最后將所調節后的光照強度顯示在液晶1602上。系統設計總體結構框圖如圖1所示。

圖1 系統設計總體結構框圖

2 硬件電路設計

多功能自動調光系統硬件的總電路由以下模塊的設計所組成：

（1）過零檢測電路設計；（2）復位電路設計；（3）液晶1602模塊顯示電路設計；（4）雙向可控硅控制電路設計；（5）主控芯片單片機控制電路設計；（6）USB供電電路設計；（7）紅外感應模塊電路設計；（8）光感應模塊電路設計；（9）AD轉換模塊電路設計。

2.1 過零檢測電路設計

過零檢測電路如圖2所示，光電耦合器PC817是電路中非常實用的線性光耦，PC817具有上級和下級電路完全不相連的物理特性，上級和下級之間的工作完全不會相互干擾，使得它的前端與負載之間處在完全隔離的狀態。該電路主要是將交流高壓正弦波變換成低壓方波信號，給STC89C52單片機的P34引腳提供過零信號。這樣在以后的軟件設計當中，就有了一個過零基準了。

圖2 過零檢測電路

2.2 復位電路設計

復位電路如圖3所示，系統的復位電路的工作原理是：上電后的系統由于電容C3充電的緣故，復位引腳的電平就會拉高，但是電容放電需要一定的時間，因此復位引腳就會保持一定時間的高電平。完全放電之后，復位引腳電平就會瞬間拉低，而當按下復位按鍵，復位引腳的電平又會拉高。復位電路在系統當中主要就是起到復位的作用，那樣會方便系統在調試過程中隨時可以復位。

圖3 復位電路

2.3 液晶1602顯示模塊電路設計

液晶1602顯示模塊電路如圖4所示，液晶1602的16個引腳當中，編程用到的主要管腳大概三個，它們分別是：使能信號E、讀寫選擇端R/W、數據命令選擇端RS.在編程的過程中就是主要圍繞初始化，寫命令、寫數據對三個管腳進行初始化。系統電路中，液晶1602LCD數據端由單片機芯片的P0口來控制。為了保證電路有足夠的電壓驅動液晶1602LCD，系統在電路設計時，在P0口上外接了一排+5 V的上拉電阻。液晶1602LCD的使能信號E、讀寫選擇端R/ W和數據命令選擇端RS分別由單片機上的P20、P21、P22這三個端口來控制。在系統當中液晶1602LCD主要是用來顯示白熾燈的亮度級別。

圖4 液晶1602顯示模塊電路

2.4 雙向可控硅控制電路設計

雙向可控硅控制模塊電路如圖5所示，單片機的P35引腳輸出脈沖信號，通過三極管和MOC3020控制雙向可控硅的導通腳來控制輸出交流電有效值，從而達到調光的目的。如果單片機的P35引腳輸出高電平，就會導通三極管，MOC3020控制可控硅導通；如果單片機的P35引腳輸出低電平時，三極管Q8斷開，MOC3020控制可控硅斷開。

圖5 雙向可控硅控制模塊電路

2.5 單片機芯片控制電路設計

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

2.6 USB供電電路的設計

ISP下載電路設計如圖6所示，USB供電的電路設計并不復雜，主要由一個USB母口，一個六腳開關和一個LDE指示燈構成，起到為系統提供+5 V電壓的作用。

圖6 ISP下載電路設計

2.7 紅外感應模塊電路設計

紅外感應模塊采用窗口為長方形的雙探頭，通過計算人體紅外線達到兩探頭間的時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時，HC-SR501人體感應模塊就會很靈敏地檢測到人體發出的紅外線。但是，如果人體從正面或著是從上下方向走過時，那么此時HC-SR501人體感應模塊的感應靈敏度就會非常差，所以安裝應該盡量保證與人走動方向相平，這樣就能保證人經過時能被感應器感應到[10]。在系統的硬件設計當中，HC-SR501人體感應模塊的輸出端與芯片PCF8591的第二引腳連接，以便將感應到的模擬信號轉換成數字信號，提供給單片機處理。

2.8 光感應模塊電路設計

光感應模塊電路如圖7所示，系統采用10 K的光敏電阻gl5516芯片來采集環境中的光強信號，與芯片PCF8591的第一引腳相連接，以便將所采集到的光強信號轉變成數字信號，給單片機進行處理。

圖7 光感應模塊電路

2.9 AD轉換模塊電路設計

AD轉換模塊電路如圖8所示，PCF8591的引腳分別是：四個模擬輸入端、一個模擬輸出端和一個串行I2C總線接口。用來給硬件的編寫地址程序的，其實就是三個端口，分別是A0、A1、A2端口。PCF8591器件的地址、控制以及數據信號都是通過I2C總線以串行的方式進行傳輸。

圖8 AD轉換模塊電路

系統中PCF8591的第一引腳輸入光敏電阻采集的模擬信號，第二引腳輸入紅外模塊采集的模擬信號，I2C總線數據線用單片機P25引腳控制，時鐘線用單片機P24引腳控制。

3 結束語

該設計經過電路仿真工具仿真測試，理論上可行，能較好滿足人們在現實生活中燈光強度的需求，同時也順應了當前國家倡導的綠色發展新理念，對能源的充分利用起到較大的推動作用。

[1]潘龍.智能照明系統節能分析及設計[J].建筑節能，2011（06）：58-61.

[2]卜煜.智能照明控制系統的應用[J].中國住宅設施，2012（03）：56-57.

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

[4]孫亞萍，項一科，熊華鋒，等.基于PIC單片機的LED教室照明系統設計[J].電源技術，2012（07）：1042-1045.

[5]李莉，李學鋒.基于PCA84C641單片機的多路紅外調光器[J].山西大學學報（自然科學版），2007（03）：361-365.

[6]任紅.綠色照明與建筑照明節能設計[J].電氣應用，2009（07）：22-25.

[7]張瑋，李凱雯.智能家居照明控制系統的研究與設計[J].科協論壇（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[J].電子世

界，2014（16）：491.

[9]李書海，冷雪全，李雪蓮.基于單片機的低功耗智能遙控調光器的設計[J].科技資訊，2012（16）：37-38.

[10]萬昳.智能LED照明系統設計[D].西安：西安電子科技大學，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，廣西興業人，講師，從事電子技術類職業教育。