基于單片機的調光控制器設計

摘要：文章詳細介紹了用單片機通過(guò)控制可控硅的導通角來(lái)調節白熾燈(純阻負載)亮度的基本原理和具體實(shí)現的方法。文中包括各部分的電路圖和必要的說(shuō)明，并附有所使用的各主要元器件的資料。最后，本文還給出了本調光控制器的程序流程圖。
關(guān)鍵詞：調光；單片機；可控硅

1 調光控制器設計
在日常生活中，我們常常需要對燈光的亮度進(jìn)行調節。本調光控制器通過(guò)單片機控制雙向可控硅的導通來(lái)實(shí)現白熾燈(純阻負載)亮度的調整。雙向可控硅的特點(diǎn)是導通后即使觸發(fā)信號去掉，它仍將保持導通；當負載電流為零(交流電壓過(guò)零點(diǎn))時(shí)，它會(huì )自動(dòng)關(guān)斷。所以需要在交流電的每個(gè)半波期間都要送出觸發(fā)信號，觸發(fā)信號的送出時(shí)間就決定了燈泡的亮度。
調光的實(shí)現方式就是在過(guò)零點(diǎn)后一段時(shí)間才觸發(fā)雙向可控硅開(kāi)關(guān)導通，這段時(shí)間越長(cháng)，可控硅導通的時(shí)間越短，燈的亮度就越低；反之，燈就越亮。
這就要求要提取出交流電壓的過(guò)零點(diǎn)，并以此為基礎，確定觸發(fā)信號的送出時(shí)間，達到調光的目的。
1．1 硬件部分
本調光控制器的框圖如下：

控制部分：為了便于靈活設計，選擇可多次寫(xiě)入的可編程器件，這里選用的是ATMEL的AT89C51單片機。
驅動(dòng)部分：由于要驅動(dòng)的是交流，所以可以用繼電器或光耦+可控硅(晶閘管SCR)來(lái)驅動(dòng)。繼電器由于是機械動(dòng)作，響應速度慢，不能滿(mǎn)足其需要?？煽毓柙陔娐分心軌驅?shí)現交流電的無(wú)觸點(diǎn)控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時(shí)有火花產(chǎn)生，而且動(dòng)作快、壽命長(cháng)、可靠性高。所以這里選用的是可控硅。
負載部分：本電路只能控制白熾燈(純阻負載)的亮度。
1．2 軟件部分
要控制的對象是50Hz的正弦交流電，通過(guò)光耦取出其過(guò)零點(diǎn)的信號(同步信號)，將這個(gè)信號送至單片機的外中斷，單片機每接收到這個(gè)同步信號后啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)程序，延時(shí)的具體時(shí)間由按鍵來(lái)改變。當延時(shí)結束時(shí)，單片機產(chǎn)生觸發(fā)信號，通過(guò)它讓可控硅導通，電流經(jīng)過(guò)可控硅流過(guò)白熾燈，使燈發(fā)光。延時(shí)越長(cháng)，亮的時(shí)間就越短，燈的亮度越暗(并不會(huì )有閃爍的感覺(jué)，因為重復的頻率為100Hz，且人的視覺(jué)有暫留效應)。由于延時(shí)的長(cháng)短是由按鍵決定的，所以實(shí)際上就是按鍵控制了光的強弱。
理論上講，延時(shí)時(shí)間應該可以是0～10ms內的任意值。在程序中，將一個(gè)周期均分成N等份，每次按鍵只需要去改變其等份數，在這里，N越大越好，但由于受到單片機本身的限制和基于實(shí)際必要性的考慮，只需要分成大約100份左右即可，實(shí)際采用的值是95。
可控硅的觸發(fā)脈沖寬度要根據具體的光耦結合示波器觀(guān)察而定，在本設計中取20 μs。程序中使用T1來(lái)控制這個(gè)時(shí)間。
對兩個(gè)調光按鍵的處理有兩種方式：一種是每次按鍵，無(wú)論時(shí)間的長(cháng)短，都只調整一個(gè)臺階(亮或暗)；另一種是隨按鍵時(shí)間的不同，調整方法不同：短按只調整一個(gè)臺階，長(cháng)按可以連續調整。如前面所述，由于本設計中的臺階數為95(N=95)，如果使用前一種方式，操作太麻煩，所以用后者較為合理。