基于单片机的适应节能路灯光控器设计.docVIP

指导教师评定成绩： 审定成绩： 自 动 化 学 院 计算机控制技术课程设计报告 设计题目：基于单片机的自适应节能路灯光控器设计 单位（二级学院）： 自 动 化 学 院 学 生 姓 名： 专 业： 自动化 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 设计时间： 2011 年 6 月 自动化学院制 摘要 ?随着能源危机的到来，高效的照明技术得到人们广泛的关注。 关键字： 照明 光强采集 单片机 交流调压 节能 一、设计题目：基于单片机的自适应节能路灯光控器设计 具体要求和任务： (1)采集当前光照强度； (2)具有数码管或LCD显示光照强度； (3) 通过电力电子器件调节路灯强度； (4)绘制原理图，PCB； (5)完成单片机所有代码编写。 二、 系统设计分析 系统设计理念基于“低碳”，即节能环保，因此控制系统定位于日常民用照明设备中，鉴于日常大功率，耗电高的照明设备电源都以市电（220V 50HZ单相交流电）为主，故系统控制的应该是220V交流电，对于交流电压的调节方式有调频，调压，调相等手段，对于调频，调相电路设计相对复杂，成本较高，且控制器体积变大，因此选择基于双向可控硅与光电耦合器的交流调压方式实现控制，该方式的特点是系统体积小，结构简单，实现起来经济实惠，便于推广。 三、系统设计原理与实现 3.1 系统设计原理 在日常生活中，我们常常需要对灯光的亮度进行调节。本调光控制器通过单片机控制双向可控硅的导通来实现白炽灯(纯阻负载)亮度的调整。双向可控硅的特点是导通后即使触发信号去掉，它仍将保持导通；当负载电流为零(交流电压过零点)时，它会自动关断。所以需要在交流电的每个半波期间都要送出触发信号，触发信号的送出时间就决定了灯泡的亮度。 图 3-1 调光的实现方式就是在过零点后一段时间才触发双向可控硅开关导通，这段时间越长，可控硅导通的时间越短，灯的亮度就越低；反之，灯就越亮。 3.2 系统硬件实现 本调光控制器的框图如下： 　　控制部分： 驱动部分：由于要驱动的是交流，所以可以用继电器或+可控硅(晶闸管SCR)来驱动。继电器由于是机械动作，响应速度慢，不能满足其需要。可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性高。所以这里选用的是可控硅。 负载部分：本电路只能控制白炽灯(纯阻负载)的亮度。 3.2.1.1 绘制系统的原理图 其中原理图包括： 1.主控部分：51单片机构成的最小系统（见图3-3）本系统采用12MHZ晶振平率，51主控芯片采用STC98C52高性能8位CMOS单片机作为主控芯片，内置三个定时器以及32个双向I/O口，两个外部中断口，满足系统需求； 图 3-3 51单片机最小系统 2.信号采集部分：分别包括过零信号采集模块和光强信号采集模块（见图3-4、图3-6）； 图 3-4 过零信号采样电路 上图中采用DB107整流模块，接入市电后将正弦波形整流为频率为100HZ的脉动直流电，当过零后，电压逐渐增大，TP521是一个光电耦合器，当电压达到可以使其内部发光二极管发光时，便使右端三极管导通，将外部中断INT0电平拉低为低电平，当脉动电压波形达到下一个过零之前时，电压逐渐降低，使得TP521左端发光二极管熄灭，右端三极管截止，此时产生一个高电平使得INT0电平为高电平，如图3-5所示，因此可以设置外部中断0的触发方式为边沿触发方式，便可正确检测过零信号。 图 3-5 同步信号与整流后波形关系 图3-6 光敏电阻电压转换采集模块 上图为基极分压式射极偏置电路所选光敏电阻光谱峰值540 nm，亮电阻(10LUX)5～10 kΩ暗电阻06 MΩ。 图 3-7 由于系统设计资源有限，并没有提供比较精密的VREF，而是直接与单片机VCC相连，系统的改进之处就在于可以加装一精密稳压芯片，不仅可以稳定基准电压，带来更加准确的测量结果，也可以为单片机提供稳定的电流。 4.执行部分：主要通过光耦来驱动双向可控晶闸管在每半个周期控制晶闸管的导通时间，达到调压的目的，以此控制光照强度（见图3-8）。 图 3-8 晶闸管驱动电路 上图中，MOC3022是一种低压到高压的光电耦合器，它的结构也可以使得电压在过零后也可以正确的触发晶闸管，其中：C4与R15是吸收晶闸管在高速开关时候产生“浪涌”的RC吸收电路，在实际设计中，由于选用的C4电容值过小不能达到吸收效果反而