基于51單片機(jī)的新型節(jié)能日光燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單片機(jī)編程主要包括初始化程序、光強(qiáng)采集處理程序和PWM波輸出程序等。初始化包括硬件的初始化和定時(shí)器的初始化；光強(qiáng)采集處理主要完成外部采集的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換：產(chǎn)生PWM波采用中斷延時(shí)配合循環(huán)指令。下面對(duì)各部分作詳細(xì)分析。
首先通過(guò)光敏電阻感應(yīng)相應(yīng)的光線強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字變量傳入單片機(jī)。單片機(jī)集成的ADC0809將光線強(qiáng)度模擬變量轉(zhuǎn)化成數(shù)字變量(因?yàn)锳DC0809是8位通道，所以其轉(zhuǎn)化范圍為0～255)，將得到的8位數(shù)字變量從P2．0～P2．7端口輸入到AT98C51。程序中讀入8位輸入量并將其除以255得到光強(qiáng)度系數(shù)，這里用變量1d表示(變量范圍0～1)。
得到光強(qiáng)度系數(shù)后就以這個(gè)數(shù)字為占空比輸出PWM信號(hào)來(lái)控制光電耦合器。此步是在程序中通過(guò)調(diào)用計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，將輸出口定于P1.3。依據(jù)日常用的日光燈頻率將輸出方波的周期定為50 Hz，因?yàn)?0 Hz頻率的光能讓人眼感覺(jué)不到交流燈光的閃爍。將正波的時(shí)間跨度假設(shè)為1s，因此負(fù)波的時(shí)間跨度就為(1-1)s。正波時(shí)間跨度通過(guò)光強(qiáng)度系數(shù)乘以周期可得到。由此設(shè)置定時(shí)器，首先在程序中將定時(shí)器模式調(diào)為方式0，使用12 MHz的晶振，并通過(guò)中斷響應(yīng)來(lái)調(diào)用。
根據(jù)定時(shí)初值=，t是所需要定時(shí)的時(shí)間(ms)，計(jì)算出初值為5 ms，然后以5 ms為一周期進(jìn)行定時(shí)處理。因?yàn)轭l率50 Hz即周期為0．02 s，故需要對(duì)此定時(shí)器進(jìn)行4次循環(huán)。本系統(tǒng)將循環(huán)的次數(shù)與定時(shí)器中斷的次數(shù)相同步，即定時(shí)器中斷一次算一次循環(huán)，這樣就可以樣就可以保證0．02s的周期長(zhǎng)度。
輸出方波的正負(fù)性，可以根據(jù)光強(qiáng)度系數(shù)乘以4得出的值來(lái)決定。當(dāng)循環(huán)的次數(shù)小于這個(gè)數(shù)時(shí)，輸出的是正波，當(dāng)大于這個(gè)數(shù)時(shí)，輸出的是負(fù)波。以此就可以輸出頻率為50 Hz并且符合相應(yīng)光強(qiáng)度系數(shù)的方波來(lái)進(jìn)行光電耦合器的控制。單片機(jī)將相應(yīng)的PWM波從P1．3口輸出，系統(tǒng)接收到后進(jìn)行相應(yīng)的判斷，根據(jù)占空比大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整來(lái)決定輸出電壓的大小。當(dāng)正波時(shí)間跨度大于一定的值時(shí)，即表示光強(qiáng)小，需打開燈。當(dāng)正波時(shí)間跨度小于規(guī)定值時(shí)，表示光強(qiáng)足夠大不需要打開燈。正波時(shí)間跨度在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，目光燈正常工作。

3 系統(tǒng)測(cè)試
試驗(yàn)中用一個(gè)光強(qiáng)可變的獨(dú)立光源照射光敏電阻(距離20 cm)，光強(qiáng)由暗到亮逐漸變化，然后測(cè)試日光燈兩端的電壓，并在距燈管1 m處擺放一個(gè)光度計(jì)，測(cè)試光強(qiáng)；在燈管處接功率表，測(cè)試功率。在試驗(yàn)過(guò)程中，光敏電阻接收的唯一光源是獨(dú)立光源，光度計(jì)接收的唯一光源是日光燈。測(cè)試數(shù)據(jù)范圍為日光燈保持穩(wěn)定光強(qiáng)的范圍(170～245 V)，測(cè)量次數(shù)為10次。測(cè)試結(jié)果如表1所示，表中光強(qiáng)數(shù)據(jù)為光度計(jì)10次測(cè)量的平均值，功率比為10次測(cè)量的平均功率值和未改裝日光燈功率(40W)之比。

由表可知，該新型日光燈在滿足使用者足夠光強(qiáng)的前提下，節(jié)能效果顯著。經(jīng)反復(fù)調(diào)試，該燈接受光強(qiáng)較為靈敏，發(fā)光亮度變化范圍較大，發(fā)光較為穩(wěn)定，適宜廣泛用于日常學(xué)習(xí)生活中。

4 結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的新型日光燈系統(tǒng)以解決普通日光燈因光強(qiáng)固定而產(chǎn)生的能源浪費(fèi)問(wèn)題。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)外界光強(qiáng)的采集分析，通過(guò)單片機(jī)控制日光燈的發(fā)出光強(qiáng)，使其根據(jù)外界環(huán)境的不同而做出相應(yīng)調(diào)整。在滿足使用者用光要求的前提下，極大地降低了日光燈的功率，節(jié)省了能源，適宜于推廣使用。