智能家居照明控制系統硬件電路設計

　　家居照明控制系統的智能化主要體現在兩大功能模塊上，一個(gè)是智能調光裝置，另一個(gè)就是光照度的檢測、顯示及補償裝置。下面主要就這兩方面來(lái)介紹智能照明系統的硬件設計，但這里要特殊申明的是，由于各種原因在硬件的具體制作與實(shí)驗方面，本人只制作了照度檢測、顯示及補償的演示裝置。

　　電源電路模塊

　　本系統主要采用＋-12V電源和+5V電源，電路圖如圖所示：

　　復位電路模塊

　　AT89S51的RST引腳為復位引腳，只要在RST引腳上出現兩個(gè)機器周期以上的高電平，即可實(shí)現復位。本設計采用的是按鍵復位，如圖3-2所示，當按下按鍵后，電容被短路，RST引腳就處于高電平，就可以達到復位的目的。

　　時(shí)鐘信號電路模塊

　　AT89S51單片機的時(shí)鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。內部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號比較穩定。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振），就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個(gè)高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內部振蕩方式的外部電路如下圖所示。圖中，兩個(gè)電容起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在20-30pF。晶振頻率的典型值為6MHz或12MHz，設計中電容取30pF，晶振為12MHz。

　　主控制電路模塊

　　本設計中單片機的各管腳的控制功能闡述如下： ⑴P0口是一組雙向I/O端口，它分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數據。在設計中P0.0～P0.7接上發(fā)光二極管后與八個(gè)上拉電阻相連，用于模擬照度補償。⑵P1口是一個(gè)帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。本設計中P1口與兩個(gè)LED數碼管相接，構成光照度顯示部分。

　　P2口是一個(gè)帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。設計中，P2.2-P2.4用于外接A/D轉換芯片，P2.0和P2.1用于三極管的驅動(dòng)，P2.5用于采用PWM方式調光，P2.6和P2.7用于實(shí)現手動(dòng)與自動(dòng)切換及手動(dòng)調光功能。 ⑷P3口是一個(gè)帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個(gè)系統中，這8個(gè)引腳 還具有專(zhuān)門(mén)的第二功能。本設計中用到P3.0和P3.1作為串口輸出，RXD與TXD與電平轉換芯片MAX232相連，信號經(jīng)過(guò)電平轉換后在PC機連接，通過(guò)光照度監控系統對光照度進(jìn)行計算機監控。具體見(jiàn)上圖3-4所示。

　　數據采集及處理電路模塊

　　本設計中選擇光敏二極管作為光照檢測元件，具體電路如圖所示：

　　由圖可知，為了將電流信號轉換成電壓信號，這里采用了反相比例運算。那么就可以得到1 m A /lx的靈敏度，對于靈敏度的分散性，可以用電位器R3進(jìn)行調整。圖中的電容的作用是將電燈光的明暗閃爍進(jìn)行平均，使得輸出不產(chǎn)生閃爍的現象，每lx的光產(chǎn)生的輸入電流，即每lx的光就可以得到1 mV的輸出電壓。

　　ADC0832與單片機的接口電路模塊

　　ADC0832的2腳與光照度傳感器的輸出電壓outV相接，采用0通道輸入，CS口與P2.4口相連，用于控制ADC0831的片選信號，低電平有效，7腳的CLK接在P2.3口，通過(guò)單片機為ADC0831輸入時(shí)鐘信號，5腳的DI選擇通道控制與P2.5相連，6腳的串行口輸出與P2.2相連，經(jīng)A/D轉換后的數字信號通過(guò)P2.2口輸入單片機，由單片機進(jìn)行處理。

　　當ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進(jìn)行A/D轉換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持電平到轉換完全結束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉換工作，同時(shí)由單片機向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，使用DI端輸入通道功能選擇數據信號。在第一個(gè)脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)信號。在第2、3個(gè)脈沖下降沿之前DI端輸入2位數據用于選擇通道功能。

　　顯示電路模塊

　　本設計采用LED動(dòng)態(tài)顯示方式，使用兩個(gè)LED數碼管進(jìn)行顯示，數碼管是共陽(yáng)極接法，分別顯示個(gè)位和十位數據。a～h分別與P1口的八根I/O線(xiàn)相連，低電平有效，形成段選線(xiàn)多路復用，它們的公共端則由PNP型三極管8550控制。如果8550導通，則相應的數碼管就可以亮，而如果8550截止，則對應的數碼管就不能亮，8550是由P2.0，P2.1控制的，這樣我們就可以通過(guò)控制P2.0、P2.1達到控制某個(gè)數碼管亮或滅的目的。此外三極管還具有驅動(dòng)作用，能夠使數碼管亮度加強。

　　照度補償電路模塊

　　通過(guò)數碼管顯示的電壓值，能夠反應出光照度的大小，因而就可以根據數碼管的顯示來(lái)進(jìn)行照度補償。本設計中利用8個(gè)發(fā)光二極管作為照度補償的演示。

　　調光電路模塊

　　本設計中采用PWM方式進(jìn)行燈光調節，主要采用軟件來(lái)實(shí)現。調光分智能調光和手動(dòng)調光，通過(guò)P2.6和P2.7端口來(lái)控制。如圖所示。

　　串行接口電路模塊

　　為了使設計的電路更加智能化，能夠與當今社會(huì )接軌，能夠使人們隨時(shí)地對光照度進(jìn)行監控，本設計還設置了單片機與PC機的串行通信接口電路，為今后的網(wǎng)絡(luò )化控制預留了空間。設計中采用單片機作為下位機，PC機作為上位機，利用MAX232作為電平轉換來(lái)進(jìn)行串行通訊。 MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，MAX232芯片內部含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器，可把輸入的+ 5V 電源變換成為RS232 所需的±10V 電壓，所以采用此芯片接口的串行通訊系統只要單一的+ 5V 電源即可。該芯片取用了16引腳的雙列直插式封裝。