基于單片機的調光控制器設計 - 全文

1 調光控制器設計

　　在日常生活中，我們常常需要對燈光的亮度進行調節(jié)。本調光控制器通過單片機控制雙向可控硅的導通來實現(xiàn)白熾燈(純阻負載)亮度的調整。雙向可控硅的特點是導通后即使觸發(fā)信號去掉，它仍將保持導通；當負載電流為零(交流電壓過零點)時，它會自動關斷。所以需要在交流電的每個半波期間都要送出觸發(fā)信號，觸發(fā)信號的送出時間就決定了燈泡的亮度。

　　調光的實現(xiàn)方式就是在過零點后一段時間才觸發(fā)雙向可控硅開關導通，這段時間越長，可控硅導通的時間越短，燈的亮度就越低；反之，燈就越亮。

　　這就要求要提取出交流電壓的過零點，并以此為基礎，確定觸發(fā)信號的送出時間，達到調光的目的。

　　1．1 硬件部分

　　本調光控制器的框圖如下：

本調光控制器的框圖

　　控制部分：為了便于靈活設計，選擇可多次寫入的可編程器件，這里選用的是ATMEL的AT89C51單片機。

　　驅動部分：由于要驅動的是交流，所以可以用繼電器或光耦+可控硅(晶閘管SCR)來驅動。繼電器由于是機械動作，響應速度慢，不能滿足其需要?？煽毓柙陔娐分心軌驅崿F(xiàn)交流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時有火花產生，而且動作快、壽命長、可靠性高。所以這里選用的是可控硅。

　　負載部分：本電路只能控制白熾燈(純阻負載)的亮度。

　　1．2 軟件部分

　　要控制的對象是50Hz的正弦交流電，通過光耦取出其過零點的信號(同步信號)，將這個信號送至單片機的外中斷，單片機每接收到這個同步信號后啟動一個延時程序，延時的具體時間由按鍵來改變。當延時結束時，單片機產生觸發(fā)信號，通過它讓可控硅導通，電流經(jīng)過可控硅流過白熾燈，使燈發(fā)光。延時越長，亮的時間就越短，燈的亮度越暗(并不會有閃爍的感覺，因為重復的頻率為100Hz，且人的視覺有暫留效應)。由于延時的長短是由按鍵決定的，所以實際上就是按鍵控制了光的強弱。

　　理論上講，延時時間應該可以是0～10ms內的任意值。在程序中，將一個周期均分成N等份，每次按鍵只需要去改變其等份數(shù)，在這里，N越大越好，但由于受到單片機本身的限制和基于實際必要性的考慮，只需要分成大約100份左右即可，實際采用的值是95。

　　可控硅的觸發(fā)脈沖寬度要根據(jù)具體的光耦結合示波器觀察而定，在本設計中取20 μs。程序中使用T1來控制這個時間。

　　對兩個調光按鍵的處理有兩種方式：一種是每次按鍵，無論時間的長短，都只調整一個臺階(亮或暗)；另一種是隨按鍵時間的不同，調整方法不同：短按只調整一個臺階，長按可以連續(xù)調整。如前面所述，由于本設計中的臺階數(shù)為95(N=95)，如果使用前一種方式，操作太麻煩，所以用后者較為合理。

　　2 各單元電路及說明

　　2．1 交流電壓過零點信號提取

　　交流電壓過零點信號提取電路如圖2所示，圖中的同步信號就是我們需要的交流電壓過零點信號。各部分波形如圖3所示。

交流電壓過零點信號提取電路