單片機(jī)在智能照明控制中的應(yīng)用
1 引 言
隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展,單片機(jī)的應(yīng)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(shì):電子化,網(wǎng)絡(luò)化,集成化。傳統(tǒng)的照明是動(dòng)力線按需分線,用機(jī)械開(kāi)關(guān)通、斷電源,這樣系統(tǒng)固定后無(wú)法再改動(dòng),若要實(shí)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(duì)照明系統(tǒng)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(tǒng)照明的特點(diǎn)是動(dòng)力線與控制線重疊,不存在控制信息流的概念。改進(jìn)方法之一是使動(dòng)力線與控制線分離,即另行鋪設(shè)控制信號(hào)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(gè)單元組成,每個(gè)單元內(nèi)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 LD1,LD2,LD3,LD4,能實(shí)現(xiàn)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(zhí)行單元;實(shí)線為220V動(dòng)力線,虛線為控制線;E為免打擾開(kāi)關(guān),按下該開(kāi)關(guān)后,不能接受遠(yuǎn)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(jī)得到該信號(hào)后,因A燈的執(zhí)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(hào)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(jī)得到信號(hào)后,通過(guò)控制線輸出一個(gè)與該信號(hào)相一致的頻率,K1單元的單片機(jī)得到信號(hào)后,使L1燈亮,LD1滅,達(dá)到異地控制的目的。而其它單元相應(yīng)的指示燈變化,達(dá)到了異地監(jiān)視功能。
該系統(tǒng)的特點(diǎn)是:
(1)用一根控制線來(lái)控制多個(gè)信號(hào);
(2)集中控制,集中顯示,多點(diǎn)操作;
(3)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(tǒng)由單片機(jī)控制,數(shù)據(jù)通訊智能化。
3 硬件設(shè)計(jì)〔3〕
3.1 硬件總框圖
要實(shí)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(gè)電路被分為電源部分、輸出部分、開(kāi)關(guān)、顯示及單片機(jī)主電路四個(gè)模塊。這是以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng),通過(guò)一根控制線上所載的頻率不同,來(lái)判定不同的執(zhí)行單元。考慮到體積、功耗和功能的要求,選Microchip生產(chǎn)的高性能、低功耗單片機(jī)(工作電流小于2mA,待機(jī)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(lái)提供+12V直流電源,+12V電源再經(jīng)穩(wěn)壓管78L05實(shí)現(xiàn)+5V直流電源。滿足控制電路的需要。
3.3 開(kāi)關(guān)、顯示控制模塊
因開(kāi)關(guān)少,所以采用獨(dú)立式按鍵。顯示利用PIC輸出驅(qū)動(dòng)電流較大(可達(dá)20mA)的特性,對(duì)LED進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)。
3.4 控制信號(hào)
控制信號(hào)輸入、輸出實(shí)現(xiàn)K1,K2,K3,K4單元間的控制功能。對(duì)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(jù)不同的頻率來(lái)區(qū)分不同的開(kāi)關(guān)。同時(shí),一根控制線可傳輸不同的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)控制,其它單元的單片機(jī)得到該信號(hào)后,作出相應(yīng)的反應(yīng)。所以,總共有四個(gè)單元組成一個(gè)系統(tǒng),每個(gè)單元都是有所區(qū)別的。
3.5 輸出部分
單片機(jī)輸出信號(hào)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。
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4 軟件部分〔4〕
4.1 軟件總框圖
單片機(jī)接收三個(gè)部分信號(hào),分別是開(kāi)關(guān)信號(hào)、片選信號(hào)和外輸入信號(hào),通過(guò)單片機(jī)處理,輸出編碼信號(hào)和LED信號(hào)。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(xiàn)相應(yīng)信號(hào)從單片機(jī)輸入和輸出;控制信號(hào)模塊,實(shí)現(xiàn)模塊控制信號(hào)以編碼輸出;外部輸入模塊,實(shí)現(xiàn)控制模塊對(duì)外部控制信號(hào)的接收。對(duì)于每一個(gè)單片機(jī),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(fù)雜性,各種干擾防不勝防,而可靠性是我們面對(duì)的首要問(wèn)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”。“跑飛”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(yùn)行。WDT看門狗的運(yùn)行能使程序在“跑飛”狀態(tài)下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào),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(duì)信號(hào)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(cuò)誤或響應(yīng)中斷而引起的系統(tǒng)癱瘓。
5 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了照明系統(tǒng)實(shí)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(jì)思想對(duì)相關(guān)人員有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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4 張松春等.電子控制設(shè)備抗干擾及其應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998