基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制b置設計

摘要：針對自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制技術(shù)的需求，提出一種基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制裝置設計。該裝置的主要特點(diǎn)為具有光照度檢測功能，可以采集環(huán)境的光照度并根據設定的光照度自動(dòng)實(shí)現開(kāi)關(guān)的開(kāi)或關(guān)等操作。詳細介紹了該裝置的硬件和單片機程序的設計方法，并對設計的裝置進(jìn)行了功能測試。測試結果表明，設計的裝置能實(shí)現光照檢測、光照度上下限值設定、開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制和數據顯示等各種功能，運行效果良好。

0 引言

自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制能根據需要的情況自動(dòng)打開(kāi)或切斷開(kāi)關(guān)，有利于節省人力和提高控制效率，為人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)便利和節省能源。

隨著(zhù)電子技術(shù)和微機技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制技術(shù)發(fā)展迅速，提出了各種類(lèi)型的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制裝置，如基于MCS-51單片機的多路開(kāi)關(guān)控制裝置、單片機控制的熱釋電紅外節能照明開(kāi)關(guān)、基于A(yíng)T89S52單片機的聲光控制開(kāi)關(guān)、基于SPCE061A的語(yǔ)音手動(dòng)雙控制開(kāi)關(guān)和智能計量與開(kāi)關(guān)控制插座等。

針對自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制技術(shù)的需求和發(fā)展趨勢，本文提出一種基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制裝置設計。此裝置具有光照度檢測功能，可以采集環(huán)境的光照度并根據設定的光照度自動(dòng)實(shí)現開(kāi)關(guān)的開(kāi)或關(guān)等操作。

1 裝置工作原理和功能

基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制裝置的工作原理示意圖如圖1所示，其工作原理為：?jiǎn)纹瑱C檢測環(huán)境光照度，若在一定的時(shí)間間隔內兩次檢測的光照度都小于設定的光照度下限值且開(kāi)關(guān)狀態(tài)為關(guān)，則打開(kāi)開(kāi)關(guān);若在一定的時(shí)間間隔內兩次檢測的光照度都大于設定的光照度上限值且開(kāi)關(guān)狀態(tài)為開(kāi)，則關(guān)閉開(kāi)關(guān)。

基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制裝置需要實(shí)現的功能為：1)光照檢測;2)光照度下限值和上限值設定;3)開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制;4)數據顯示：顯示采集的光照度和設定的光照度下限值和上限值。

2 硬件設計

2.1 硬件結構

根據需要實(shí)現的功能，基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制裝置的硬件結構如圖2所示。裝置以AT89C51單片機為核心，外圍電路包括時(shí)鐘電路、復位電路、光照檢測電路、LM016L液晶顯示電路、開(kāi)關(guān)控制電路和鍵盤(pán)電路。

2.2 光照檢測電路

光照檢測電路的詳細設計如圖3所示，其工作原理為：1)利用硅光電池BPW34將光照度信號轉換為電流信號，BPW34具有產(chǎn)生的短路電流與光照度成正比的特性;2)通過(guò)以運算放大器LM358為核心構成的放大電路將BPW34產(chǎn)生的短路電流信號轉換為電壓信號并放大;3)AT89C51單片機控制ADC器件ADC0809采集放大電路輸出的電壓信號并計算實(shí)際的光照度值。

2.3 開(kāi)關(guān)控制電路

開(kāi)關(guān)控制電路的詳細設計如圖4所示，其工作原理為：1)光電耦合器TIL 117起光電隔離作用，實(shí)現將單片機AT89C51與開(kāi)關(guān)控制部分隔離，從而減小開(kāi)關(guān)控制部分對AT89C51的干擾，提高系統的可靠性，其中驅動(dòng)芯片7407的作用是為T(mén)IL 117提供輸入電流;2)繼電器G2R-14-DC5實(shí)現直接的開(kāi)關(guān)控制，其中晶體管9013的作用是為G2R-14-DC5提供驅動(dòng)電流，二極管1N4001的作用是防止G2R-14-DC5的感應電壓損壞901 3;3)當AT89C51的P2.1引腳輸出低電平時(shí)，TIL 117產(chǎn)生光電流，使三極管9013導通，從而繼電器G2R-14-DC5的線(xiàn)圈得電，常開(kāi)開(kāi)關(guān)K1閉合，反之則K1斷開(kāi)。

3 單片機程序設計

3.1 總體設計

結合硬件設計和需要實(shí)現的功能，裝置的單片機程序主要包括如下程序模塊：1)光照檢測：根據ADC0809的控制邏輯采集光照度轉換而來(lái)的電壓信號，并根據對應公式計算實(shí)際的光照度值;2)光照度上下限值設定：通過(guò)鍵盤(pán)電路和LM016L液晶顯示電路，并采取外部中斷的方式，實(shí)現光照度上下限值設定;3)開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制：根據檢測的光照度和設定的光照度上下限值控制開(kāi)關(guān)控制電路，實(shí)現開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制;4)數據顯示：控制液晶器件LM016L顯示采集的光照度和設定的光照度上下限值。

3.2 光照檢測

光照檢測程序模塊主要包含如下兩個(gè)步驟：1)根據ADC0809的控制方法進(jìn)行電壓信號采集，ADC0809的關(guān)鍵控制引腳為S7ART、EOC、OE和CLK，分別為啟動(dòng)信號輸入端、轉換結束信號端、輸出允許端和時(shí)鐘信號輸入端;2)根據電壓和光照度轉換公式計算實(shí)際的光照度值。實(shí)現光照檢測的方法如算法1所示。

算法1：光照檢測算法。

sbit START=P2^2;//ADC0809啟動(dòng)信號輸入端

sbit EOC=P3^5;//ADC0809轉換結束信號端

sbit OE=P2^3;//ADC0809輸出允許端

sbit CLK=P3^6;//ADC0809時(shí)鐘信號輸入端

START=0;//ADC0809開(kāi)始轉換

OE=0;//ADC0809不允許輸出

if(EOC=1)//如果ADC0809轉換結束

{

START=1;//ADC0809停止轉換

OE=1;//ADC0809允許輸出

ADdata=P0;//讀取采集的電壓信號

OE=0;//ADC0809不允許輸出

illu=ADdata*1.96*4.16667;//將采集的電壓信號轉換為實(shí)際的光照度值

}

3.3 開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制

開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制程序模塊的實(shí)現流程為：1)若開(kāi)關(guān)狀態(tài)為關(guān)，則關(guān)計數變量offCounter置0;2)若檢測的光照度小于光照度下限值且開(kāi)關(guān)狀態(tài)為關(guān)，則開(kāi)計數變量onCounter累加1;3)若檢測的光照度大于光照度下限值且開(kāi)關(guān)狀態(tài)為關(guān)，則開(kāi)計數變量onCounter置0：4)若開(kāi)關(guān)狀態(tài)為開(kāi)，則開(kāi)計數變量onCounter置0：5)若檢測的光照度大于光照度上限值且開(kāi)關(guān)狀態(tài)為開(kāi)，則關(guān)計數變量offCounter累加1;6)若檢測的光照度小于光照度上限值且開(kāi)關(guān)狀態(tài)為開(kāi)，則關(guān)計數變量offCounter置0;7)若onCounter>=2500，則控制開(kāi)關(guān)閉合;8)若offCounter>=2500，則控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。實(shí)現開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制的方法如算法2所示。

算法2：開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制算法。

if(state==1)//若開(kāi)關(guān)狀態(tài)為關(guān)

{offCounter=O//關(guān)計數變量offCounter置0

if(illu=lowLimit)onCounter=onCounter+1;

if(illu>lowLimit)onCounter=0;}

if(state==0)//若開(kāi)關(guān)狀態(tài)為開(kāi)

{onCounter=0//開(kāi)計數變量onCounter置0

if(illu>=upLimit)offCounter=offCounter+1;

if(illu

if(onCounter>=2500)state=0;//控制開(kāi)關(guān)閉合

if(offCounter>=2500)state=1;//控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)

4 裝置測試與分析

為了測試基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制裝置的性能，對裝置進(jìn)行了20次各個(gè)功能的測試，測試結果如表1所示。測試結果表明，裝置能實(shí)現設計的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制、設定光照度上下限值和數據顯示等各種功能，運行效果良好。

5 結語(yǔ)

本文提出一種基于單片機和光照檢測的開(kāi)關(guān)控制裝置的設計，此裝置具有光照檢測、光照度上下限值設定、開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制和數據顯示等功能。本文詳細介紹了此裝置的硬件和單片機程序的設計方法，并對設計的裝置進(jìn)行了功能測試，測試結果表明，設計的裝置能實(shí)現設計的等各種功能，運行效果良好。