室內智能照明控制系統電路設計 —電路圖天天讀（72）

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統已廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統的主體與核心，代替了傳統的控制系統的常規電子線(xiàn)路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統的普及與應用奠定了堅實(shí)的基礎。介紹了基于單片機AT89C51的室內燈光控制系統及其原理，提出了有效的節能控制方法。該系統采用了當今比較成熟的傳感技術(shù)和計算機控制技術(shù)，利用多參數來(lái)實(shí)現對學(xué)校教室室內照明的控制。系統以單片微型計算機為核心外加多種接口電路組成，共有六個(gè)主要部分：AT89C51芯片、光信號采集電路、人體信號采集電路、時(shí)鐘控制電路DS12887、輸出控制電路、定時(shí)監視器電路。

　　主控制器電路設計

　　主控制器采用AT89C51單片機作為微處理器，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含4K bytes的可反復擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元。 主控制器系統的外圍接口電路由鍵盤(pán)、數碼顯示及驅動(dòng)電路、晶振、看門(mén)狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統的硬件電路原理圖如圖2-2所示。

　　圖2-2 主控制器系統的硬件電路原理圖

　　RS485通信電路的設計

　　在各種分布式集散控制系統中，往往采用一臺單片機作為主機，多個(gè)單片機作為從機，主機控制整個(gè)系統的運行；從機采集信號，實(shí)現現場(chǎng)控制；主機和從機之間通過(guò)總線(xiàn)相連，如圖2-4所示。主機通過(guò)TXD向各個(gè)從機（點(diǎn)到點(diǎn)）或多個(gè)從機（廣播）發(fā)送信息，而各個(gè)從機也可以向主機發(fā)送信息，但從機之間不能自由通信，其必須通過(guò)主機進(jìn)行信息傳遞。

　　本系統的有線(xiàn)通信方式采用RS485總線(xiàn)進(jìn)行通信，RS485標準支持半雙工通信，只需三根線(xiàn)就可以進(jìn)行數據的發(fā)送和接收，同時(shí)具有抑制共模干擾的能力，接收靈敏度可達±200mV，大大提高了通信距離，在100K bps速率下通信距離可達1200m，如果通信距離縮短，最大速率可達10M bps。在這里使用的是主從式通信方式，主機由主控制器充當，從機為分控制器。主機處于主導和支配地位，從機以中斷方式接收和發(fā)送數據，主機發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機或指定的從機，從機發(fā)送的信息只能為主機接收，從機之間不能直接通信。主機與從機的通信電路圖分別如圖2-5與圖2-6所示。

　　圖2-5 主機通信電路圖

　　語(yǔ)音識別被認定是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的基礎需求之一，甚至將會(huì )無(wú)處不在，詳情請點(diǎn)擊進(jìn)入》》》

　　從機通信與光信號取樣電路設計

　　主機與從機選用的RS485通信收發(fā)器芯片為MAX485，它是MAXIM公司生產(chǎn)的用于RS485通信的低功率收發(fā)器件，采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 μA，采用半雙工通信方式。它完成將TTL電平轉換為RS485電平的功能。MAX485芯片內部含有一個(gè)驅動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅動(dòng)器的輸入端，與單片機連接時(shí)只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可；RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當RE端為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當DE端為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可，主機與從機分別使用P2.6與P1.0腳進(jìn)行控制；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數據為1；當A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數據為0。在進(jìn)行通信時(shí)只需要一個(gè)信號控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，這里選用120Ω的電阻。

　　圖2-6 從機通信電路圖

　　為了提高系統的抗干擾能力，采用光電耦合器TLP521對通信系統進(jìn)行光電隔離。從機使用單片機的P1.0控制通信收發(fā)器MAX485的工作狀態(tài)，平時(shí)置P1.0為低電平，使從機串行口處于偵聽(tīng)狀態(tài)。當有串行中斷產(chǎn)生時(shí)判別是否是本機號，若為本機地址則置P1.0為高電平，發(fā)送應答信息，然后再置P1.0為低電平接收控制指令，繼續保持P1.0為低電平，使串行收發(fā)器處于接收狀態(tài)；若不是本機地址，使P1.0為低電平，使串行收發(fā)器處于接收偵聽(tīng)狀態(tài)。

　　光信號取樣電路

　　光信號取樣電路如圖2-7所示，圖中主要由光信號采集電路和A/D模數轉換電路組成，其中模數轉換是電路的核心。信號經(jīng)過(guò)采集送入A/D轉換電路，通過(guò)單片機處理后，最終作為系統應用程序進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈判斷的依據。 A/D轉換器的位數應根據信號的測量范圍和精度來(lái)選擇，使其有足夠的數據長(cháng)度，保證最大量化誤差在設計要求的精度范圍內。本系統中，信號的測量范圍的電壓：0.00—9.99V，精度0.01V。 在本次設計中選用了帶串行控制的10位模數轉換器TLC1549，它是由德州儀器（Texas Instruments簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)I）公司生產(chǎn)的，它采用CMOS工藝，具有自動(dòng)采樣和保持，采用差分基準電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比例量程校準轉換范圍，總不可調整誤差達到（±）1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。同時(shí)它采用了Microwire串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。與傳統的并行方式接口A(yíng)/D轉換器（例ADC0809/0808）相比，其單片機的接口電路簡(jiǎn)單，占用I/O口資源少。

　　圖2-7 光信號取樣電路

電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評分析：

　　本文基于A(yíng)T89C2051單片機的智能照明控制系統的設計原理與實(shí)現方法。首先根據設計要求用Protel DXP軟件繪制出原理圖，然后依據原理圖選擇元器件，在實(shí)驗板上布置元器件并連接線(xiàn)路，對硬件電路進(jìn)行測試，檢查串行口是否選錯，測量電源是否正常，復位電平是否正確，單片機是否起振等等。由于此設計是在相對理想的情況下設計，在實(shí)際應用時(shí)，需把燈光控制系統和放映設備電源分開(kāi)。當應用于其他工作場(chǎng)所時(shí)，可根據實(shí)際需要添加或者減少部分模塊，如在道路使用時(shí)，則不需要時(shí)間控制電路；在室內使用時(shí)，還可以添加無(wú)線(xiàn)模塊，方便控制。
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