智能家居照明控制系统硬件电路设计 - 全文

　　家居照明控制系统的智能化主要体现在两大功能模块上，一个是智能调光装置，另一个就是光照度的检测、显示及补偿装置。下面主要就这两方面来介绍智能照明系统的硬件设计，但这里要特殊申明的是，由于各种原因在硬件的具体制作与实验方面，本人只制作了照度检测、显示及补偿的演示装置。

　　电源电路模块

　　本系统主要采用＋-12V电源和+5V电源，电路图如图所示：

　　复位电路模块

　　AT89S51的RST引脚为复位引脚，只要在RST引脚上出现两个机器周期以上的高电平，即可实现复位。本设计采用的是按键复位，如图3-2所示，当按下按键后，电容被短路，RST引脚就处于高电平，就可以达到复位的目的。

　　时钟信号电路模块

　　AT89S51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振），就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图所示。图中，两个电容起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在20-30pF。晶振频率的典型值为6MHz或12MHz，设计中电容取30pF，晶振为12MHz。

　　主控制电路模块

　　本设计中单片机的各管脚的控制功能阐述如下： ⑴P0口是一组双向I/O端口，它分时提供低8位地址和8位双向数据。在设计中P0.0～P0.7接上发光二极管后与八个上拉电阻相连，用于模拟照度补偿。⑵P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。本设计中P1口与两个LED数码管相接，构成光照度显示部分。

　　P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。设计中，P2.2-P2.4用于外接A/D转换芯片，P2.0和P2.1用于三极管的驱动，P2.5用于采用PWM方式调光，P2.6和P2.7用于实现手动与自动切换及手动调光功能。 ⑷P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在整个系统中，这8个引脚 还具有专门的第二功能。本设计中用到P3.0和P3.1作为串口输出，RXD与TXD与电平转换芯片MAX232相连，信号经过电平转换后在PC机连接，通过光照度监控系统对光照度进行计算机监控。具体见上图3-4所示。

　　数据采集及处理电路模块

　　本设计中选择光敏二极管作为光照检测元件，具体电路如图所示：

　　由图可知，为了将电流信号转换成电压信号，这里采用了反相比例运算。那么就可以得到1 m A /lx的灵敏度，对于灵敏度的分散性，可以用电位器R3进行调整。图中的电容的作用是将电灯光的明暗闪烁进行平均，使得输出不产生闪烁的现象，每lx的光产生的输入电流，即每lx的光就可以得到1 mV的输出电压。

　　ADC0832与单片机的接口电路模块

　　ADC0832的2脚与光照度传感器的输出电压outV相接，采用0通道输入，CS口与P2.4口相连，用于控制ADC0831的片选信号，低电平有效，7脚的CLK接在P2.3口，通过单片机为ADC0831输入时钟信号，5脚的DI选择通道控制与P2.5相连，6脚的串行口输出与P2.2相连，经A/D转换后的数字信号通过P2.2口输入单片机，由单片机进行处理。

　　当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持电平到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由单片机向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，使用DI端输入通道功能选择数据信号。在第一个脉冲的下降沿之前DI端必须是高电平，表示启动信号。在第2、3个脉冲下降沿之前DI端输入2位数据用于选择通道功能。

　　显示电路模块

　　本设计采用LED动态显示方式，使用两个LED数码管进行显示，数码管是共阳极接法，分别显示个位和十位数据。a～h分别与P1口的八根I/O线相连，低电平有效，形成段选线多路复用，它们的公共端则由PNP型三极管8550控制。如果8550导通，则相应的数码管就可以亮，而如果8550截止，则对应的数码管就不能亮，8550是由P2.0，P2.1控制的，这样我们就可以通过控制P2.0、P2.1达到控制某个数码管亮或灭的目的。此外三极管还具有驱动作用，能够使数码管亮度加强。

　　照度补偿电路模块

　　通过数码管显示的电压值，能够反应出光照度的大小，因而就可以根据数码管的显示来进行照度补偿。本设计中利用8个发光二极管作为照度补偿的演示。

　　调光电路模块

　　本设计中采用PWM方式进行灯光调节，主要采用软件来实现。调光分智能调光和手动调光，通过P2.6和P2.7端口来控制。如图所示。

　　串行接口电路模块

　　为了使设计的电路更加智能化，能够与当今社会接轨，能够使人们随时地对光照度进行监控，本设计还设置了单片机与PC机的串行通信接口电路，为今后的网络化控制预留了空间。设计中采用单片机作为下位机，PC机作为上位机，利用MAX232作为电平转换来进行串行通讯。 MAX232是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器，MAX232芯片内部含有一个电容性电压发生器，可把输入的+ 5V 电源变换成为RS232 所需的±10V 电压，所以采用此芯片接口的串行通讯系统只要单一的+ 5V 电源即可。该芯片取用了16引脚的双列直插式封装。