覃光锋

（广西机电技师学院，广西柳州545005）

多功能自动调光器硬件设计

覃光锋

（广西机电技师学院，广西柳州545005）

本系统是利用单片机技术设计的多功能自动调光器，能够通过红外感应模块检测到环境中是否有人存在，进而控制白炽灯的亮灭，实现了白炽灯自动开关的功能，大大方便了人们的日常生活。此外，系统还利用光敏电阻对环境光照强度的敏感特性，采集相应的电压信号，通过STC89C52单片机处理后，利用定时器产生相应的脉冲信号来控制双向可控硅，从而达到自动调光的效果，并且用液晶1602显示白炽灯的亮度级别。

红外感应；光敏电阻；STC89C52；双向可控硅

随着社会的进步，人们生活质量的日益提高，以及全球能源危机的日益严重，人们在追求生活享受的同时，更加注重绿色节能[1]，同时通过各种途径寻找新型节能。照明作为能源消耗的一种重要方式，其消耗电能的数量日益增加，迫使人们加快了绿色节能照明的步伐。目前，市场上销售的白炽灯存在着低效率、高能耗、寿命短等缺点，且实际的应用中，往往只是单一的开关功能，而缺少亮度调节、智能控制等功能[2]。由于没有通过环境变化来改变自身亮度的功能，这样就会导致很大的电能浪费，再加上长时间的强光照会产生大量的热，从而大大减少白炽灯的寿命[3]。然而，若只为节能而用小功率的白炽灯，那么在周边亮度非常小时，小功率的白炽灯又不能提供足够亮度的光照。因此，为解决这些问题，研究一个好的多功能自动调光系统意义重大[4]。

本设计通过采用STC89C52单片机处理作为控制处理中心，利用定时器产生相应的脉冲信号来控制双向可控硅，从而达到自动调光的效果，从而达到节约能源和适合实际生活的需要。

1 设计实现的功能

本系统主要实现的功能：

（1）系统检测环境中是否有人自动控制白炽灯的开关。

（2）通过检测环境中的光照强度自动调节白炽灯的亮度。

（3）在液晶1602上显示白炽灯的亮度级别。

根据多功能自动调光器的设计要求可以将该系统分为五个模块，包括单片机主控制模块，液晶1602显示模块，红外感应模块[5]，光感应模块，AD转换模块[6]。

系统的工作流程是：系统的红外感应模块主要采用了HC-SR501人体感应模块，用以检测系统附近环境中是否有人存在。如果系统附近有人存在，那么由人体发出的红外线就会被检测到，模块的输出引脚就会从低电平变到高电平，经AD转换后，单片机控制白炽灯开启；反之，如果系统周围无人存在，感应模块就会检测不到人体发出的红外线，它的输出引脚则会保持低电平状态，白炽灯则关闭[7]。同时，系统还采用光敏电阻来实时采集环境中的光强信号，模数转换后给单片机处理。单片机根据光敏电阻所采集到的信号，通过光耦器来对220 V交流电进行过零检测，再利用定时器控制双向可控硅截取相应波段，这样就能够有效地做到调节交流电压的有效值，白炽灯的光照强也就会随着电压有效值的改变而得到调节了[8]。最后将所调节后的光照强度显示在液晶1602上。系统设计总体结构框图如图1所示。

图1 系统设计总体结构框图

2 硬件电路设计

多功能自动调光系统硬件的总电路由以下模块的设计所组成：

（1）过零检测电路设计；（2）复位电路设计；（3）液晶1602模块显示电路设计；（4）双向可控硅控制电路设计；（5）主控芯片单片机控制电路设计；（6）USB供电电路设计；（7）红外感应模块电路设计；（8）光感应模块电路设计；（9）AD转换模块电路设计。

2.1 过零检测电路设计

过零检测电路如图2所示，光电耦合器PC817是电路中非常实用的线性光耦，PC817具有上级和下级电路完全不相连的物理特性，上级和下级之间的工作完全不会相互干扰，使得它的前端与负载之间处在完全隔离的状态。该电路主要是将交流高压正弦波变换成低压方波信号，给STC89C52单片机的P34引脚提供过零信号。这样在以后的软件设计当中，就有了一个过零基准了。

图2 过零检测电路

2.2 复位电路设计

复位电路如图3所示，系统的复位电路的工作原理是：上电后的系统由于电容C3充电的缘故，复位引脚的电平就会拉高，但是电容放电需要一定的时间，因此复位引脚就会保持一定时间的高电平。完全放电之后，复位引脚电平就会瞬间拉低，而当按下复位按键，复位引脚的电平又会拉高。复位电路在系统当中主要就是起到复位的作用，那样会方便系统在调试过程中随时可以复位。

图3 复位电路

2.3 液晶1602显示模块电路设计

液晶1602显示模块电路如图4所示，液晶1602的16个引脚当中，编程用到的主要管脚大概三个，它们分别是：使能信号E、读写选择端R/W、数据命令选择端RS.在编程的过程中就是主要围绕初始化，写命令、写数据对三个管脚进行初始化。系统电路中，液晶1602LCD数据端由单片机芯片的P0口来控制。为了保证电路有足够的电压驱动液晶1602LCD，系统在电路设计时，在P0口上外接了一排+5 V的上拉电阻。液晶1602LCD的使能信号E、读写选择端R/ W和数据命令选择端RS分别由单片机上的P20、P21、P22这三个端口来控制。在系统当中液晶1602LCD主要是用来显示白炽灯的亮度级别。

图4 液晶1602显示模块电路

2.4 双向可控硅控制电路设计

双向可控硅控制模块电路如图5所示，单片机的P35引脚输出脉冲信号，通过三极管和MOC3020控制双向可控硅的导通脚来控制输出交流电有效值，从而达到调光的目的。如果单片机的P35引脚输出高电平，就会导通三极管，MOC3020控制可控硅导通；如果单片机的P35引脚输出低电平时，三极管Q8断开，MOC3020控制可控硅断开。

图5 双向可控硅控制模块电路

2.5 单片机芯片控制电路设计

由于单片机[9]STC89C52的P0端口输出的电流非常小的原因，在很多情况下是无法驱动外部电路正常工作的，所以在P0端口处添加了一个上拉排阻，一般情况下选用10 K的电阻为宜。

2.6 USB供电电路的设计

ISP下载电路设计如图6所示，USB供电的电路设计并不复杂，主要由一个USB母口，一个六脚开关和一个LDE指示灯构成，起到为系统提供+5 V电压的作用。

图6 ISP下载电路设计

2.7 红外感应模块电路设计

红外感应模块采用窗口为长方形的双探头，通过计算人体红外线达到两探头间的时间相差值以及距离相差值起作用。如果人体从左右方向走过时，HC-SR501人体感应模块就会很灵敏地检测到人体发出的红外线。但是，如果人体从正面或着是从上下方向走过时，那么此时HC-SR501人体感应模块的感应灵敏度就会非常差，所以安装应该尽量保证与人走动方向相平，这样就能保证人经过时能被感应器感应到[10]。在系统的硬件设计当中，HC-SR501人体感应模块的输出端与芯片PCF8591的第二引脚连接，以便将感应到的模拟信号转换成数字信号，提供给单片机处理。

2.8 光感应模块电路设计

光感应模块电路如图7所示，系统采用10 K的光敏电阻gl5516芯片来采集环境中的光强信号，与芯片PCF8591的第一引脚相连接，以便将所采集到的光强信号转变成数字信号，给单片机进行处理。

图7 光感应模块电路

2.9 AD转换模块电路设计

AD转换模块电路如图8所示，PCF8591的引脚分别是：四个模拟输入端、一个模拟输出端和一个串行I2C总线接口。用来给硬件的编写地址程序的，其实就是三个端口，分别是A0、A1、A2端口。PCF8591器件的地址、控制以及数据信号都是通过I2C总线以串行的方式进行传输。

图8 AD转换模块电路

系统中PCF8591的第一引脚输入光敏电阻采集的模拟信号，第二引脚输入红外模块采集的模拟信号，I2C总线数据线用单片机P25引脚控制，时钟线用单片机P24引脚控制。

3 结束语

该设计经过电路仿真工具仿真测试，理论上可行，能较好满足人们在现实生活中灯光强度的需求，同时也顺应了当前国家倡导的绿色发展新理念，对能源的充分利用起到较大的推动作用。

[1]潘龙.智能照明系统节能分析及设计[J].建筑节能，2011（06）：58-61.

[2]卜煜.智能照明控制系统的应用[J].中国住宅设施，2012（03）：56-57.

[3]李宗.智能家居中灯光控制系统的研究[D].上海：上海交通大学，2008.

[4]孙亚萍，项一科，熊华锋，等.基于PIC单片机的LED教室照明系统设计[J].电源技术，2012（07）：1042-1045.

[5]李莉，李学锋.基于PCA84C641单片机的多路红外调光器[J].山西大学学报（自然科学版），2007（03）：361-365.

[6]任红.绿色照明与建筑照明节能设计[J].电气应用，2009（07）：22-25.

[7]张玮，李凯雯.智能家居照明控制系统的研究与设计[J].科协论坛（下半月），2013（06）：127-129.

[8]陈俊儒，赵伟，高耀宇.多功能智能照明系统[J].电子世

界，2014（16）：491.

[9]李书海，冷雪全，李雪莲.基于单片机的低功耗智能遥控调光器的设计[J].科技资讯，2012（16）：37-38.

[10]万昳.智能LED照明系统设计[D].西安：西安电子科技大学，2012.

Multifunction Auto Dimmer

QIN Guang-feng
（Guangxi Institute of Mechanical and Electrical Technician，Liuzhou Guangxi 545005，China）

This system is designed formulti-purpose use of SCM technology automatic dimmer environments exist if someone is able to detect the infrared sensormodule，then control of incandescent light off，to achieve the incandescent automatic switch function，greatly facilitate the people everyday life.In addition，the system also uses photosensitive resistance to the sensitive nature of the ambient light intensity corresponding voltage signal acquisition，through post-STC89C52 microcontroller processing，use a timer to generate the corresponding pulse signal to control the triac，so as to achieve the effect of auto-dimming，and 1602 with LCD display brightness level incandescent.

infrared sensor；photoresistor；STC89C52；triac

TP368.1

A

1672-545X（2017）04-0028-03

2017-01-09

覃光锋（1983-），男，广西兴业人，讲师，从事电子技术类职业教育。