單片機在智能照明控制中的應用

　　論述了用PIC16C57單片機來(lái)實(shí)現智能照明系統的控制。設計了以單片機為核心的控制系統的硬件和軟件。

    1　引　言

　　隨著(zhù)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的應用越來(lái)越廣，照明控制技術(shù)面臨革命性的變革，主要有三大趨勢：電子化，網(wǎng)絡(luò )化，集成化。傳統的照明是動(dòng)力線(xiàn)按需分線(xiàn)，用機械開(kāi)關(guān)通、斷電源，這樣系統固定后無(wú)法再改動(dòng)，若要實(shí)現復雜的控制要求就更難。而隨著(zhù)大量智能樓寓的推出，管理人員和住戶(hù)對照明系統提出了許多個(gè)性化要求，這就需要有新的照明控制技術(shù)的引進(jìn)。傳統照明的特點(diǎn)是動(dòng)力線(xiàn)與控制線(xiàn)重疊，不存在控制信息流的概念。改進(jìn)方法之一是使動(dòng)力線(xiàn)與控制線(xiàn)分離，即另行鋪設控制信號線(xiàn)〔1〕〔2〕。

    2　系統的總體組成及其原理

　　四單元智能照明系統組成如圖1所示。該系統由K1，K2，K3，K4四個(gè)單元組成，每個(gè)單元內有A，B，C，D四個(gè)開(kāi)關(guān)集中操作，四個(gè)A開(kāi)關(guān)控制L1燈，四個(gè)B開(kāi)關(guān)控制L2燈，四個(gè)C開(kāi)關(guān)控制L3燈，四個(gè)D開(kāi)關(guān)控制L4燈；分別指示L1，L2，L3，L4四個(gè)燈的指示器為L(cháng)D1，LD2，LD3，LD4，能實(shí)現集中顯示；K1，K2，K3，K4四個(gè)單元分別是L1，L2，L3，L4四個(gè)燈的執行單元；實(shí)線(xiàn)為220V動(dòng)力線(xiàn)，虛線(xiàn)為控制線(xiàn)；E為免打擾開(kāi)關(guān)，按下該開(kāi)關(guān)后，不能接受遠距離控制，只能接受本開(kāi)關(guān)的控制。
 
　　如L1燈通過(guò)指示器LD1可知目前的狀態(tài)。假若為暗（亮），按一下K1單元A開(kāi)關(guān)，通過(guò)單片機得到該信號后，因A燈的執行是在K1單元，所以直接使L1燈亮，同時(shí)發(fā)出與A燈相關(guān)的頻率，使其它單元的信號燈變亮；也可按K2（K3或K4）單元的A開(kāi)關(guān)，K2（K3或K4）單元的單片機得到信號后，通過(guò)控制線(xiàn)輸出一個(gè)與該信號相一致的頻率，K1單元的單片機得到信號后，使L1燈亮，LD1滅，達到異地控制的目的。而其它單元相應的指示燈變化，達到了異地監視功能。

    該系統的特點(diǎn)是：

    （1）用一根控制線(xiàn)來(lái)控制多個(gè)信號；
    （2）集中控制，集中顯示，多點(diǎn)操作；
　?。?）用電子元件來(lái)控制電源的通、斷；
    （4）停電自鎖；
　?。?）免打攪；
　?。?）整個(gè)系統由單片機控制，數據通訊智能化。

    3　硬件設計〔3〕

    3．1　硬件總框圖

　　要實(shí)現集中、異地控制，集中、異地顯示和執行的三種功能，可采用圖2所示的硬件框圖。整個(gè)電路被分為電源部分、輸出部分、開(kāi)關(guān)、顯示及單片機主電路四個(gè)模塊。這是以單片機為核心的控制系統，通過(guò)一根控制線(xiàn)上所載的頻率不同，來(lái)判定不同的執行單元?？紤]到體積、功耗和功能的要求，選Microchip生產(chǎn)的高性能、低功耗單片機（工作電流小于2mA，待機電流小于3μA）。

    3．2?。?V／＋12V電源

　　考慮到體積小的要求，不能用變壓器，可采用電阻、電容分壓，再經(jīng)二極管、穩壓管組成橋式電路來(lái)提供＋12V直流電源，＋12V電源再經(jīng)穩壓管78L05實(shí)現＋5V直流電源。滿(mǎn)足控制電路的需要。
 
    3．3　開(kāi)關(guān)、顯示控制模塊

　　因開(kāi)關(guān)少，所以采用獨立式按鍵。顯示利用PIC輸出驅動(dòng)電流較大（可達20mA）的特性，對LED進(jìn)行直接驅動(dòng)。
 
    3．4　控制信號

　　控制信號輸入、輸出實(shí)現K1，K2，K3，K4單元間的控制功能。對任一個(gè)單元按一下A（或B或C或D）開(kāi)關(guān)，就輸出一定的頻率，根據不同的頻率來(lái)區分不同的開(kāi)關(guān)。同時(shí)，一根控制線(xiàn)可傳輸不同的頻率來(lái)實(shí)現控制，其它單元的單片機得到該信號后，作出相應的反應。所以，總共有四個(gè)單元組成一個(gè)系統，每個(gè)單元都是有所區別的。
 
    3．5　輸出部分

　　單片機輸出信號不能直接控制繼電器，須經(jīng)三極管放大后，才能控制繼電器通、斷，再由繼電器的觸點(diǎn)控制燈的亮滅。
 
　　4　軟件部分〔4〕

　　4．1　軟件總框圖

　　單片機接收三個(gè)部分信號，分別是開(kāi)關(guān)信號、片選信號和外輸入信號，通過(guò)單片機處理，輸出編碼信號和LED信號。軟件主要要完成三個(gè)功能模塊：開(kāi)關(guān)、顯示模塊，實(shí)現相應信號從單片機輸入和輸出；控制信號模塊，實(shí)現模塊控制信號以編碼輸出；外部輸入模塊，實(shí)現控制模塊對外部控制信號的接收。對于每一個(gè)單片機，其軟件總框圖見(jiàn)圖3。

    4．2　軟件抗干擾

　　由于實(shí)際使用環(huán)境的復雜性，各種干擾防不勝防，而可靠性是我們面對的首要問(wèn)題。這里主要用到的抗干擾技術(shù)有：看門(mén)狗技術(shù)，循環(huán)校正防癱瘓技術(shù)和數字濾波技術(shù)等。
 
　　WDT防“跑飛”?！芭茱w”指PC值超出應用程序區，將非程序中的數作為指令碼運行。WDT看門(mén)狗的運行能使程序在“跑飛”狀態(tài)下產(chǎn)生復位信號，有效防止程序“跑飛”。
 
　　循環(huán)校正防癱瘓。循環(huán)校正將反饋碼與發(fā)出的原碼比較，對信號中斷、誤碼影響與自鎖狀態(tài)作出不同處理，有效防止系統因響應錯誤或響應中斷而引起的系統癱瘓。

    5　結束語(yǔ)

　　本系統的設計充分考慮了照明系統實(shí)際插座體積的大小，以及各方面的技術(shù)細節和規范。智能照明的研究才剛剛起步，其設計思想對相關(guān)人員有一定的參考價(jià)值。

   參考文獻

   1　陳砟興．現代化的照明控制技術(shù)．電世界，98（1）
   2　Zhou Yong．CEBus Demonstration System．http：／／www．hometoys．com，2000．6
   3　竇振中．PIC系列單片機原理和程序設計．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999
   4　張松春等．電子控制設備抗干擾及其應用．北京：機械工業(yè)出版社，1998