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室內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2016-12-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
  隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,基于單片機(jī)控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè),微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心,代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟,也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。介紹了基于單片機(jī)AT89C51的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理,提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當(dāng)今比較成熟的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù),利用多參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制。系統(tǒng)以單片微型計(jì)算機(jī)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(jiān)視器電路。

  主控制器電路設(shè)計(jì)

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/325457.htm

  主控制器采用AT89C51單片機(jī)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(jī),片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash 存儲(chǔ)單元。 主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖2-2所示。

  圖2-2 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖

  RS485通信電路的設(shè)計(jì)

  在各種分布式集散控制系統(tǒng)中,往往采用一臺單片機(jī)作為主機(jī),多個(gè)單片機(jī)作為從機(jī),主機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行;從機(jī)采集信號,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制;主機(jī)和從機(jī)之間通過總線相連,如圖2-4所示。主機(jī)通過TXD向各個(gè)從機(jī)(點(diǎn)到點(diǎn))或多個(gè)從機(jī)(廣播)發(fā)送信息,而各個(gè)從機(jī)也可以向主機(jī)發(fā)送信息,但從機(jī)之間不能自由通信,其必須通過主機(jī)進(jìn)行信息傳遞。

  本系統(tǒng)的有線通信方式采用RS485總線進(jìn)行通信,RS485標(biāo)準(zhǔn)支持半雙工通信,只需三根線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)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(dá)±200mV,大大提高了通信距離,在100K bps速率下通信距離可達(dá)1200m,如果通信距離縮短,最大速率可達(dá)10M bps。在這里使用的是主從式通信方式,主機(jī)由主控制器充當(dāng),從機(jī)為分控制器。主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位,從機(jī)以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù),主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī),從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)接收,從機(jī)之間不能直接通信。主機(jī)與從機(jī)的通信電路圖分別如圖2-5與圖2-6所示。

  圖2-5 主機(jī)通信電路圖

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  從機(jī)通信與光信號取樣電路設(shè)計(jì)

  主機(jī)與從機(jī)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(zhuǎn)換為RS485電平的功能。MAX485芯片內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端,與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)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(dāng)RE端為邏輯0時(shí),器件處于接收狀態(tài);當(dāng)DE端為邏輯1時(shí),器件處于發(fā)送狀態(tài),因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài),所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可,主機(jī)與從機(jī)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(dāng)A引腳的電平高于B時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1;當(dāng)A的電平低于B端時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)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(jī)通信電路圖

  為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力,采用光電耦合器TLP521對通信系統(tǒng)進(jìn)行光電隔離。從機(jī)使用單片機(jī)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(jī)串行口處于偵聽狀態(tài)。當(dāng)有串行中斷產(chǎn)生時(shí)判別是否是本機(jī)號,若為本機(jī)地址則置P1.0為高電平,發(fā)送應(yīng)答信息,然后再置P1.0為低電平接收控制指令,繼續(xù)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(jī)地址,使P1.0為低電平,使串行收發(fā)器處于接收偵聽狀態(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(shù)轉(zhuǎn)換電路組成,其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。信號經(jīng)過采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路,通過單片機(jī)處理后,最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)根據(jù)信號的測量范圍和精度來選擇,使其有足夠的數(shù)據(jù)長度,保證最大量化誤差在設(shè)計(jì)要求的精度范圍內(nèi)。本系統(tǒng)中,信號的測量范圍的電壓:0.00—9.99V,精度0.01V。 在本次設(shè)計(jì)中選用了帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549,它是由德州儀器(Texas Instruments簡寫為TI)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(zhǔn)電壓高阻抗輸入,抗干擾性能好,可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍,總不可調(diào)整誤差達(dá)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(tǒng)的并行方式接口A/D轉(zhuǎn)換器(例ADC0809/0808)相比,其單片機(jī)的接口電路簡單,占用I/O口資源少。

  圖2-7 光信號取樣電路

  本文基于AT89C2051單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求用Protel DXP軟件繪制出原理圖,然后依據(jù)原理圖選擇元器件,在實(shí)驗(yàn)板上布置元器件并連接線路,對硬件電路進(jìn)行測試,檢查串行口是否選錯(cuò),測量電源是否正常,復(fù)位電平是否正確,單片機(jī)是否起振等等。由于此設(shè)計(jì)是在相對理想的情況下設(shè)計(jì),在實(shí)際應(yīng)用時(shí),需把燈光控制系統(tǒng)和放映設(shè)備電源分開。當(dāng)應(yīng)用于其他工作場所時(shí),可根據(jù)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(nèi)使用時(shí),還可以添加無線模塊,方便控制。



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