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??? 關(guān)鍵詞：智能照明，單片機(jī)，控制
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(dòng)力線按需分線，用機(jī)械開關(guān)通、斷電源，這樣系統(tǒng)固定后無法再改動(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)開關(guān)集中操作，四個(gè)A開關(guān)控制L1燈，四個(gè)B開關(guān)控制L2燈，四個(gè)C開關(guān)控制L3燈，四個(gè)D開關(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(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開關(guān)，K2（K3或K4）單元的單片機(jī)得到信號(hào)后，通過控制線輸出一個(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(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 開關(guān)、顯示控制模塊
因開關(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(shí)，一根控制線可傳輸不同的頻率來實(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。
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)，分別是開關(guān)信號(hào)、片選信號(hào)和外輸入信號(hào)，通過單片機(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)，其軟件總框圖見圖3。
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
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)
2 Zhou Yong．CEBus Demonstration System．http：／／www．hometoys．com，2000．6
3 竇振中．PIC系列單片機(jī)原理和程序設(shè)計(jì)．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(jī)械工業(yè)出版社，1998 【摘 要】 論述了用PIC16C57單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)智能照明系統(tǒng)的控制。設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)的硬件和軟件。
??? 關(guān)鍵詞：智能照明，單片機(jī)，控制
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(dòng)力線按需分線，用機(jī)械開關(guān)通、斷電源，這樣系統(tǒng)固定后無法再改動(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)開關(guān)集中操作，四個(gè)A開關(guān)控制L1燈，四個(gè)B開關(guān)控制L2燈，四個(gè)C開關(guān)控制L3燈，四個(gè)D開關(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(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開關(guān)，K2（K3或K4）單元的單片機(jī)得到信號(hào)后，通過控制線輸出一個(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）用一根控制線來控制多個(gè)信號(hào)；
??? （2）集中控制，集中顯示，多點(diǎn)操作；
?。?）用電子元件來控制電源的通、斷；
??? （4）停電自鎖；
（5）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(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 開關(guān)、顯示控制模塊
因開關(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(shí)，一根控制線可傳輸不同的頻率來實(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。
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)，分別是開關(guān)信號(hào)、片選信號(hào)和外輸入信號(hào)，通過單片機(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)，其軟件總框圖見圖3。
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
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)
2 Zhou Yong．CEBus Demonstration System．http：／／www．hometoys．com，2000．6
3 竇振中．PIC系列單片機(jī)原理和程序設(shè)計(jì)．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(jī)械工業(yè)出版社，1998
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