單片機在智能照明控制中的應(yīng)用

　　論述了用PIC16C57單片機來實現(xiàn)智能照明系統(tǒng)的控制。設(shè)計了以單片機為核心的控制系統(tǒng)的硬件和軟件。

    1　引　言

　　隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的應(yīng)用越來越廣，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(tǒng)的照明是動力線按需分線，用機械開關(guān)通、斷電源，這樣系統(tǒng)固定后無法再改動，若要實現(xiàn)復(fù)雜的控制要求就更難。而隨著大量智能樓寓的推出，管理人員和住戶對照明系統(tǒng)提出了許多個性化要求，這就需要有新的照明控制技術(shù)的引進。傳統(tǒng)照明的特點是動力線與控制線重疊，不存在控制信息流的概念。改進方法之一是使動力線與控制線分離，即另行鋪設(shè)控制信號線〔1〕〔2〕。

    2　系統(tǒng)的總體組成及其原理

　　四單元智能照明系統(tǒng)組成如圖1所示。該系統(tǒng)由K1，K2，K3，K4四個單元組成，每個單元內(nèi)有A，B，C，D四個開關(guān)集中操作，四個A開關(guān)控制L1燈，四個B開關(guān)控制L2燈，四個C開關(guān)控制L3燈，四個D開關(guān)控制L4燈；分別指示L1，L2，L3，L4四個燈的指示器為LD1，LD2，LD3，LD4，能實現(xiàn)集中顯示；K1，K2，K3，K4四個單元分別是L1，L2，L3，L4四個燈的執(zhí)行單元；實線為220V動力線，虛線為控制線；E為免打擾開關(guān)，按下該開關(guān)后，不能接受遠(yuǎn)距離控制，只能接受本開關(guān)的控制。
 
　　如L1燈通過指示器LD1可知目前的狀態(tài)。假若為暗（亮），按一下K1單元A開關(guān)，通過單片機得到該信號后，因A燈的執(zhí)行是在K1單元，所以直接使L1燈亮，同時發(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開關(guān)，K2（K3或K4）單元的單片機得到信號后，通過控制線輸出一個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(yīng)的指示燈變化，達到了異地監(jiān)視功能。

    該系統(tǒng)的特點是：

    （1）用一根控制線來控制多個信號；
    （2）集中控制，集中顯示，多點操作；
　?。?）用電子元件來控制電源的通、斷；
    （4）停電自鎖；
　　（5）免打攪；
　　（6）整個系統(tǒng)由單片機控制，數(shù)據(jù)通訊智能化。

    3　硬件設(shè)計〔3〕

    3．1　硬件總框圖

　　要實現(xiàn)集中、異地控制，集中、異地顯示和執(zhí)行的三種功能，可采用圖2所示的硬件框圖。整個電路被分為電源部分、輸出部分、開關(guān)、顯示及單片機主電路四個模塊。這是以單片機為核心的控制系統(tǒng)，通過一根控制線上所載的頻率不同，來判定不同的執(zhí)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(wěn)壓管組成橋式電路來提供＋12V直流電源，＋12V電源再經(jīng)穩(wěn)壓管78L05實現(xiàn)＋5V直流電源。滿足控制電路的需要。
 
    3．3　開關(guān)、顯示控制模塊

　　因開關(guān)少，所以采用獨立式按鍵。顯示利用PIC輸出驅(qū)動電流較大（可達20mA）的特性，對LED進行直接驅(qū)動。
 
    3．4　控制信號

　　控制信號輸入、輸出實現(xiàn)K1，K2，K3，K4單元間的控制功能。對任一個單元按一下A（或B或C或D）開關(guān)，就輸出一定的頻率，根據(jù)不同的頻率來區(qū)分不同的開關(guān)。同時，一根控制線可傳輸不同的頻率來實現(xiàn)控制，其它單元的單片機得到該信號后，作出相應(yīng)的反應(yīng)。所以，總共有四個單元組成一個系統(tǒng)，每個單元都是有所區(qū)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

　　單片機接收三個部分信號，分別是開關(guān)信號、片選信號和外輸入信號，通過單片機處理，輸出編碼信號和LED信號。軟件主要要完成三個功能模塊：開關(guān)、顯示模塊，實現(xiàn)相應(yīng)信號從單片機輸入和輸出；控制信號模塊，實現(xiàn)模塊控制信號以編碼輸出；外部輸入模塊，實現(xiàn)控制模塊對外部控制信號的接收。對于每一個單片機，其軟件總框圖見圖3。

    4．2　軟件抗干擾

　　由于實際使用環(huán)境的復(fù)雜性，各種干擾防不勝防，而可靠性是我們面對的首要問題。這里主要用到的抗干擾技術(shù)有：看門狗技術(shù)，循環(huán)校正防癱瘓技術(shù)和數(shù)字濾波技術(shù)等。
 
　　WDT防“跑飛”?！芭茱w”指PC值超出應(yīng)用程序區(qū)，將非程序中的數(shù)作為指令碼運行。WDT看門狗的運行能使程序在“跑飛”狀態(tài)下產(chǎn)生復(fù)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(tǒng)因響應(yīng)錯誤或響應(yīng)中斷而引起的系統(tǒng)癱瘓。

    5　結(jié)束語

　　本系統(tǒng)的設(shè)計充分考慮了照明系統(tǒng)實際插座體積的大小，以及各方面的技術(shù)細(xì)節(jié)和規(guī)范。智能照明的研究才剛剛起步，其設(shè)計思想對相關(guān)人員有一定的參考價值。

   參考文獻

   1　陳砟興．現(xiàn)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(shè)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(shè)備抗干擾及其應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社，1998