智能照明控制环境光测量电路 - LTE测试电路图设计集锦 —电路图天天读（66）

　　TOP3 智能照明控制环境光测量与计时电路

　　户外照明通常是由人工操作机械开关控制照明系统的打开或关闭。为了节省能源，您可能不希望整个晚上都在某个区域开启照明系统，这种情况下，如果能够精确地控制照明系统，在必要的时候自动打开或关闭照明系统，将会带来更多的便利条件。利用控制器可以检测环境光强，天黑时打开照明灯并保持一定的时间间隔，然后在指定时间自动关闭照明灯。早上，则对该过程进行反向操作。如果预定时间内环境光强仍低于预设的照明门限，系统将打开照明灯。环境光足够亮时，系统将关闭照明灯。利用环境光传感器（ALS）检测、测量环境光强，据此设计智能化照明控制器并不困难。由于控制器配备实时时钟（RTC），还可在规定的时间打开或关闭照明系统。本文介绍的管理系统可用于市电照明系统。

　　集成系统组件

　　本设计中的照明控制器利用ALS测量环境光亮度，目前市场上有两种不同的ALS：一种输出与环境光亮度成比例的模拟电压，另一种提供数字输出。本系统采用数字输出ALS。控制器需要知道准确的时间，所以采用实时时钟（RTC）。考虑到可能发生断电，所以时间信息需要备份电池。通过用户界面设置时间和其它参数。这里的用户界面包括两个7段LED显示器和一个按钮。短按按钮时，系统显示时间和其它参数；长按按钮时，可调整时间和参数。系统具有自动/手动开关，以使能手动控制照明灯。系统由市电供电，照明系统通过一个继电器接通/断开电源。系统的数字信号与市电采用电气隔离。

　　人工操作模式下，自动/手动开关必须切换至手动位置。手动模式下，继电器保持导通，照明系统由标准的墙上控制开关打开/关闭。手动/自动开关处于自动模式时，墙上控制开关必须打开，以确保控制器正常工作。如果墙上开关未打开，控制器将无法控制照明。照明系统可能包含多盏照明灯。

　　图3 系统原理图

　　凭借现代化半导体技术，系统可按照预设方式测量环境光亮度并控制照明系统的开启/关闭。本文介绍了如何设计可基于环境光和时间信息实现智能化照明管理的控制器方案，该系统理想用于市电照明系统。

　　采用NE555定时器环境湿度测试仪系统电路

　　湿度频率转换电路采用NE555定时器，成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。本电路其与湿敏电容HS1100和电阻等构成多谐振荡器，通过恰当设置电路中的电阻值，输出方波，实现湿度监测量向频率信号的转换，通过频率信号的高低我们就可以得知环境湿度是否正常。基准频率振荡器和频率电压转换器都采用十四位串行计数器CC4060，它采用CNOS制作工艺、标准DIP-8封装的14位二进制串行计数／分频器集成电路，振荡器的结构可以是RC或晶振电路。CC4060复位端为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效；复位端为低电平时，由外接的振荡定时元件控制产生一定频率的信号，并可以输出4分频到 10分频，12分频到14分频的脉冲信号。本电路的基准频率振荡器由CC4060及其定时元件组成，产生的频率信号经 12分频后送至D触发器，为D触发器提供时钟脉冲。频率电压转换器则利用的是CC4060的分频功能，将NE555定时器输出的频率信号送至 CC4060，经12分频后输出至D触发器输入端，根据环境是否潮湿产生相应的电平，驱动D触发器工作输出控制电平。输出控制电路可以根据实际需要采取相应的电路，本电路的输出控制部分由三极管控制继电器实现，D触发器输出的高电平，使三极管导通驱动继电器动作，产生报警信号或驱动干燥电路工作，使环境湿度恢复到正常值范围。

　　湿度监测及湿度频率转换电路

　　C是湿敏电容HS1100，容量会随着环境湿度的变化而改变，使②脚和⑥脚的充放电时间常数发生变化，改变③脚的输出信号的频率，实现环境湿度的变化转换为频率的变化，由非电量转变为电量。⑤脚外接电阻R3的阻值为910 kΩ，与集成电路内接的电阻5 kΩ相差很大，所以一般基准电压就可以认为是电源电压VCC，R1的阻值50 kΩ，湿敏电容常态下为180pF，R2的阻值一般为576 kΩ左右，可根据调试的需要串联电位器，实现最佳的控制精度。由以上数值可算出③脚常态下输出的脉冲周期T=（R1+2R2）Cln2，为0．15ms左右，则频率在6 667 Hz左右，当环境湿度增大为90％RH时，频率会减少到6 186 Hz左右，引起后续电路动作，实现增干和报警。

　　基准频率振荡器

　　基准频率产生电路主要由十四位串行计数器CC4060实现，CC4060⑨⑩脚外接基准频率定时元件，产生信号由脚送入CC4060，本电路C1为 0．01ΩF，R4为2．7 kΩ，RP1为4．7 kΩ电位器，通过调节电位器，可以产生周期为0．059 4 ms～0．162 8ms，频率为16．8 kHz～6 kHz信号（f=1／2．2（RP1+R4）C1），此信号经12分频后可以得到4 Hz～1．5 Hz的频率，由①脚输出，进入D触发器CD4013③脚，为频率电平转换提供时钟脉冲。Q1、Q2两个三极管构成线与电路，正常工作时Q1或Q2有一个导通，则复位端脚为低电平，计数器正常工作，当⑦脚4分频输出和①脚12分频输出同时为高电平时，Q1和Q2同时输出高电平，计数器清零，重新开始计数，这个电路主要保证监测电路工作一段时间（0．33ms～1 ms）自动清零一次，避免长时间出现数据错误影响电路正常工作。R5、R6一般都为10 kΩ，R7为47 kΩ，D1为1N4148，Q1、Q2为1015。

　　频率电压转换电路

　　频率电压转换电路主要由十四位串行计数器CC4060和四D触发器CD4013组成，由NE555③脚送来的频率信号，由CC4060 U2的脚送入计数器，经十二分频后由①脚输出，常态频率为1．6 Hz，湿度增大到90％RH时，频率降为1．5 Hz，送至D触发器CD4013⑤脚，同时输出高电平使Q3导通，锁存进入的信号电平，阻止后面的脉冲信号再次进入CC4060 U2，防止出现干扰，D触发器在CC4060 U1的时钟脉冲（频率为4 Hz～1．5 Hz）控制下，在CD4013①脚输出高电平，控制继电器工作，带动报警或增干电路工作。D触发器工作与否显然取决于CC4060 U1送入的时钟脉冲，U1和U2输出的脉冲下限频率是一样的，这显然无法控制D触发器正常工作，这就需要我们在调试的过程中，轻微调节RP1，使 CC4060 U1输出的时钟频率稍高于1．5 Hz，但低于1．6 Hz（对着湿敏电容吹气增回湿度的方法调试），就能保证电路在常态时D触发器不工作，当湿度超过90％RH时，D触发器输出高电平，驱动后面电路工作。 R9为2．2 kΩ，R10为10 kΩ，R11可以和R7合为一个电阻，Q3为1815。

　　输出控制电路

　　输出控制电路采用三极管驱动继电器实现，将CD4013①脚输出的电平信号送至NPN型三极管1815的基极。常态时，CD4013①输出低电平，三极管截止，继电器释放；当湿度超过规定量时，CD4013输出高电平，三极管导通，继电器吸合，报警和增干电路工作。用湿敏电容HS1100、十四位串行计数器CC4060、D触发器CD4013等组成的环境湿度测试仪，具有操作简单，调试方便，体积小，精度高等优点，对于一般的电子爱好者都可以轻松调试成功。