单片机在智能照明控制中的应用

【摘　要】　论述了用PIC16C57单片机来实现智能照明系统的控制。设计了以单片机为核心的控制系统的硬件和软件。
    关键词：智能照明，单片机，控制

1　引　言
　　随着微电子技术的不断发展，单片机的应用越来越广，照明控制技术面临革命性的变革，主要有三大趋势：电子化，网络化，集成化。传统的照明是动力线按需分线，用机械开关通、断电源，这样系统固定后无法再改动，若要实现复杂的控制要求就更难。而随着大量智能楼寓的推出，管理人员和住户对照明系统提出了许多个性化要求，这就需要有新的照明控制技术的引进。传统照明的特点是动力线与控制线重叠，不存在控制信息流的概念。改进方法之一是使动力线与控制线分离，即另行铺设控制信号线〔1〕〔2〕。
2　系统的总体组成及其原理
　　四单元智能照明系统组成如图1所示。该系统由K1，K2，K3，K4四个单元组成，每个单元内有A，B，C，D四个开关集中操作，四个A开关控制L1灯，四个B开关控制L2灯，四个C开关控制L3灯，四个D开关控制L4灯；分别指示L1，L2，L3，L4四个灯的指示器为LD1，LD2，LD3，LD4，能实现集中显示；K1，K2，K3，K4四个单元分别是L1，L2，L3，L4四个灯的执行单元；实线为220V动力线，虚线为控制线；E为免打扰开关，按下该开关后，不能接受远距离控制，只能接受本开关的控制。
　　如L1灯通过指示器LD1可知目前的状态。假若为暗（亮），按一下K1单元A开关，通过单片机得到该信号后，因A灯的执行是在K1单元，所以直接使L1灯亮，同时发出与A灯相关的频率，使其它单元的信号灯变亮；也可按K2（K3或K4）单元的A开关，K2（K3或K4）单元的单片机得到信号后，通过控制线输出一个与该信号相一致的频率，K1单元的单片机得到信号后，使L1灯亮，LD1灭，达到异地控制的目的。而其它单元相应的指示灯变化，达到了异地监视功能。
    该系统的特点是：
    （1）用一根控制线来控制多个信号；
    （2）集中控制，集中显示，多点操作；
　　（3）用电子元件来控制电源的通、断；
    （4）停电自锁；
　　（5）免打搅；
　　（6）整个系统由单片机控制，数据通讯智能化。

3　硬件设计〔3〕
3．1　硬件总框图
　　要实现集中、异地控制，集中、异地显示和执行的三种功能，可采用图2所示的硬件框图。整个电路被分为电源部分、输出部分、开关、显示及单片机主电路四个模块。这是以单片机为核心的控制系统，通过一根控制线上所载的频率不同，来判定不同的执行单元。考虑到体积、功耗和功能的要求，选Microchip生产的高性能、低功耗单片机（工作电流小于2mA，待机电流小于3μA）。

3．2　＋5V／＋12V电源
　　考虑到体积小的要求，不能用变压器，可采用电阻、电容分压，再经二极管、稳压管组成桥式电路来提供＋12V直流电源，＋12V电源再经稳压管78L05实现＋5V直流电源。满足控制电路的需要。
3．3　开关、显示控制模块
　　因开关少，所以采用独立式按键。显示利用PIC输出驱动电流较大（可达20mA）的特性，对LED进行直接驱动。
3．4　控制信号
　　控制信号输入、输出实现K1，K2，K3，K4单元间的控制功能。对任一个单元按一下A（或B或C或D）开关，就输出一定的频率，根据不同的频率来区分不同的开关。同时，一根控制线可传输不同的频率来实现控制，其它单元的单片机得到该信号后，作出相应的反应。所以，总共有四个单元组成一个系统，每个单元都是有所区别的。
3．5　输出部分
　　单片机输出信号不能直接控制继电器，须经三极管放大后，才能控制继电器通、断，再由继电器的触点控制灯的亮灭。
4　软件部分〔4〕
4．1　软件总框图
　　单片机接收三个部分信号，分别是开关信号、片选信号和外输入信号，通过单片机处理，输出编码信号和LED信号。软件主要要完成三个功能模块：开关、显示模块，实现相应信号从单片机输入和输出；控制信号模块，实现模块控制信号以编码输出；外部输入模块，实现控制模块对外部控制信号的接收。对于每一个单片机，其软件总框图见图3。

4．2　软件抗干扰
　　由于实际使用环境的复杂性，各种干扰防不胜防，而可靠性是我们面对的首要问题。这里主要用到的抗干扰技术有：看门狗技术，循环校正防瘫痪技术和数字滤波技术等。
　　WDT防“跑飞”。“跑飞”指PC值超出应用程序区，将非程序中的数作为指令码运行。WDT看门狗的运行能使程序在“跑飞”状态下产生复位信号，有效防止程序“跑飞”。
　　循环校正防瘫痪。循环校正将反馈码与发出的原码比较，对信号中断、误码影响与自锁状态作出不同处理，有效防止系统因响应错误或响应中断而引起的系统瘫痪。
5　结束语
　　本系统的设计充分考虑了照明系统实际插座体积的大小，以及各方面的技术细节和规范。智能照明的研究才刚刚起步，其设计思想对相关人员有一定的参考价值。

参考文献

1　陈砟兴．现代化的照明控制技术．电世界，98（1）
2　Zhou Yong．CEBus Demonstration System．http：／／www．hometoys．com，2000．6
3　窦振中．PIC系列单片机原理和程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，1999
4　张松春等．电子控制设备抗干扰及其应用．北京：机械工业出版社，1998 【摘　要】　论述了用PIC16C57单片机来实现智能照明系统的控制。设计了以单片机为核心的控制系统的硬件和软件。
    关键词：智能照明，单片机，控制

1　引　言
　　随着微电子技术的不断发展，单片机的应用越来越广，照明控制技术面临革命性的变革，主要有三大趋势：电子化，网络化，集成化。传统的照明是动力线按需分线，用机械开关通、断电源，这样系统固定后无法再改动，若要实现复杂的控制要求就更难。而随着大量智能楼寓的推出，管理人员和住户对照明系统提出了许多个性化要求，这就需要有新的照明控制技术的引进。传统照明的特点是动力线与控制线重叠，不存在控制信息流的概念。改进方法之一是使动力线与控制线分离，即另行铺设控制信号线〔1〕〔2〕。
2　系统的总体组成及其原理
　　四单元智能照明系统组成如图1所示。该系统由K1，K2，K3，K4四个单元组成，每个单元内有A，B，C，D四个开关集中操作，四个A开关控制L1灯，四个B开关控制L2灯，四个C开关控制L3灯，四个D开关控制L4灯；分别指示L1，L2，L3，L4四个灯的指示器为LD1，LD2，LD3，LD4，能实现集中显示；K1，K2，K3，K4四个单元分别是L1，L2，L3，L4四个灯的执行单元；实线为220V动力线，虚线为控制线；E为免打扰开关，按下该开关后，不能接受远距离控制，只能接受本开关的控制。
　　如L1灯通过指示器LD1可知目前的状态。假若为暗（亮），按一下K1单元A开关，通过单片机得到该信号后，因A灯的执行是在K1单元，所以直接使L1灯亮，同时发出与A灯相关的频率，使其它单元的信号灯变亮；也可按K2（K3或K4）单元的A开关，K2（K3或K4）单元的单片机得到信号后，通过控制线输出一个与该信号相一致的频率，K1单元的单片机得到信号后，使L1灯亮，LD1灭，达到异地控制的目的。而其它单元相应的指示灯变化，达到了异地监视功能。
    该系统的特点是：
    （1）用一根控制线来控制多个信号；
    （2）集中控制，集中显示，多点操作；
　　（3）用电子元件来控制电源的通、断；
    （4）停电自锁；
　　（5）免打搅；
　　（6）整个系统由单片机控制，数据通讯智能化。

3　硬件设计〔3〕
3．1　硬件总框图
　　要实现集中、异地控制，集中、异地显示和执行的三种功能，可采用图2所示的硬件框图。整个电路被分为电源部分、输出部分、开关、显示及单片机主电路四个模块。这是以单片机为核心的控制系统，通过一根控制线上所载的频率不同，来判定不同的执行单元。考虑到体积、功耗和功能的要求，选Microchip生产的高性能、低功耗单片机（工作电流小于2mA，待机电流小于3μA）。

3．2　＋5V／＋12V电源
　　考虑到体积小的要求，不能用变压器，可采用电阻、电容分压，再经二极管、稳压管组成桥式电路来提供＋12V直流电源，＋12V电源再经稳压管78L05实现＋5V直流电源。满足控制电路的需要。
3．3　开关、显示控制模块
　　因开关少，所以采用独立式按键。显示利用PIC输出驱动电流较大（可达20mA）的特性，对LED进行直接驱动。
3．4　控制信号
　　控制信号输入、输出实现K1，K2，K3，K4单元间的控制功能。对任一个单元按一下A（或B或C或D）开关，就输出一定的频率，根据不同的频率来区分不同的开关。同时，一根控制线可传输不同的频率来实现控制，其它单元的单片机得到该信号后，作出相应的反应。所以，总共有四个单元组成一个系统，每个单元都是有所区别的。
3．5　输出部分
　　单片机输出信号不能直接控制继电器，须经三极管放大后，才能控制继电器通、断，再由继电器的触点控制灯的亮灭。
4　软件部分〔4〕
4．1　软件总框图
　　单片机接收三个部分信号，分别是开关信号、片选信号和外输入信号，通过单片机处理，输出编码信号和LED信号。软件主要要完成三个功能模块：开关、显示模块，实现相应信号从单片机输入和输出；控制信号模块，实现模块控制信号以编码输出；外部输入模块，实现控制模块对外部控制信号的接收。对于每一个单片机，其软件总框图见图3。

4．2　软件抗干扰
　　由于实际使用环境的复杂性，各种干扰防不胜防，而可靠性是我们面对的首要问题。这里主要用到的抗干扰技术有：看门狗技术，循环校正防瘫痪技术和数字滤波技术等。
　　WDT防“跑飞”。“跑飞”指PC值超出应用程序区，将非程序中的数作为指令码运行。WDT看门狗的运行能使程序在“跑飞”状态下产生复位信号，有效防止程序“跑飞”。
　　循环校正防瘫痪。循环校正将反馈码与发出的原码比较，对信号中断、误码影响与自锁状态作出不同处理，有效防止系统因响应错误或响应中断而引起的系统瘫痪。
5　结束语
　　本系统的设计充分考虑了照明系统实际插座体积的大小，以及各方面的技术细节和规范。智能照明的研究才刚刚起步，其设计思想对相关人员有一定的参考价值。

参考文献

1　陈砟兴．现代化的照明控制技术．电世界，98（1）
2　Zhou Yong．CEBus Demonstration System．http：／／www．hometoys．com，2000．6
3　窦振中．PIC系列单片机原理和程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，1999
4　张松春等．电子控制设备抗干扰及其应用．北京：机械工业出版社，1998