基于单片机的光控灯设计

基于单片机的光控灯设计

摘要：本设计为遥控调光控制系统，主要由触摸感应模块、无线发射与接收模块、显示模块、调光电路模块和主控模块构成，通过感应触摸屏输入控制信号经无线收发模块将信号送至主控器处理，主控器接到信号后控制调光电路实现对白炽灯的光强度控制，同时并用12864液晶屏显示。本设计感应灵敏，发射距离长，调光连续，电路结构简单，成本低，操作方便。

关键词:遥控感应信号收发调光

一、整体系统电路分析

遥控技术广泛应用到通信系统和其他电子系统中。如电视跳台、空调调温，若发收距离长时，还可以进行远程控制。系统是基于STC15F2K60S单片机的无线遥控灯光控制系统，通过感应触摸屏输入控制信号经无线收发模块将信号送至主控器处理，主控器接到信号后控制调光电路实现对白炽灯的强度控制。题目要求遥控传输距离大于7米，实现触屏感应按键对白炽灯进行光暗控制。基于以上要求，信号传输我们使用无线传输模块，触摸按键使用电容型按键，调光控制电路使用光耦和双向晶闸管进行调光，并实时显示光照强度。

根据要求,总体电路可由五个模块构成:1.感应触摸键盘模块； 2.无线收发模块； 3.主控CPU模块； 4.12864液晶显示模块； 5.调光电路模块。系统的设计框图如下图1所示：

图1 遥控调光系统框图

二、系统方案设计与论证

2.1主控器选择

方案一：主控部分采用STC89C51单片机，STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。该单片机使用方便，控制简单，单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，各个领域应用广泛。并且，由于芯片引脚少，在硬件很容易实现。但考虑到对负载连续控制，就要求单片机要产生占空比连续可调的方波，程序较复杂。

方案二：主控部分采用STC15F2K60S单片机，STC15F2K60S是一种新型的低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 61K 在系统可编程Flash 存储器。该单片机使用方便，控制简单，单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、功能齐全和成本低等优点。

基于以上比较我们选择方案二满足题目要求。

2.2感应触摸按键选择

方案一：采用触摸屏实现触摸遥控功能，这种触摸屏是电阻式的，电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点（X,Y）的物理位置转化为代表X坐标和Y坐标的电压来判断按键的位置。这种方案也可以实现，但是不符合题意。

方案二：采用市场上的全触电容屏，这种电容式触摸感应按键的基本原理是当人体（手指）接触金属感应片的时候，由于人

体相当于一个接大地的电容，因此会在感应片和

大地之间形成一个电容，感应电容量通常有几pF

到几十pF。利用这个最基本的原理，在外部搭建

相关电路，就可以根据这个电容量的变化，检测

是否有人体接触金属感应片。电容式触摸按键比

电阻式的更加灵敏，所以选择方案二。图2 按键示意图

2.3无线收发模块选择

方案一：我们可以选择NRF2401无线发射模块，NRF2401是单片射频收发芯片，芯片内置频率合成器功率放大器，晶体振荡器和调制器等模块，芯片功耗非常低，但是成本比较高，发射信号过程容易受到干扰。

方案二：选择红外线编码发射信号，在接收端通过解码芯片解码后给单片机处理，发射速度NRF2401快，我们选择红外发射模块。

2.4调光电路选择

方案一：选用固态继电器的开关来控制交流电，固态继电器原理跟继电器比较相似，但是固态继电器的频率可以达到120HZ，这样用PWM波控制它的开关通断就可以实现灯光亮度的调节，不过灯光闪烁不停。

方案二：选用高频,高压的晶体管和光耦，光耦用作隔离，而且速度很快，利用光耦的通断在输出端输出高低电平来控制晶体管的通断，我们试了以后发现交流电电压太高，将晶体管烧坏了。

方案三：我们用光耦和双向晶闸管来做调压电路，晶闸管交流开关门级毫安级电流的通断可控制晶闸管阳极几十到几百安培电流的通断，交流开关的特点是晶闸管在承受正版周期电压时触发导通，而它的关断是利用电源负半周期在管子上加反电压来实现，在电流过零是自然关断。因此过零检测很重要，要保持同步触发，我们选择方案三。

2.5光传感器

采用光敏电阻采集光的强度，与电阻串联进行分压，然后用A/D采样后送给单片机处理实时检测并且显示光亮的强度。由于光敏电阻的随光照的强度非线性，我们在软件上进行补偿。

三、系统电路设计

3.1触摸按键电路

触摸按键采用STM8S103K3可编程芯片对采集的按键信息采集，进过处理后输出高低电平，从而达到触摸的目的。

3.2红外发射电路

红外发射电路我们采用集成发射、接受模块，只需对发射和接受进行编码和解码，然后送给单片机进行处理，该模块价格低且使用起来较简单。

3.3调光电路

本调光控制器的框图如下：

图3调光电路框图

（1）控制部分

为了便于灵活设计，选择可多次写入的可编程器件，本设计方案中选用的是ATMEL公司生产的AT89C51单片机。

（2）驱动部分

由于驱动的对象是交流负载，且为了实现连续调节的目的，本电路中采用了无触点开关元件双向可控硅。双向可控硅能够对交流电源的导通进行无触点连续控制，以小电流控制大电流，且动作快、寿命长、可靠性高。

（3）负载部分

本电路的负载是60W白炽灯(纯阻负载)。

3.4交流电源过零检测电路

交流电源同步信号的产生如图4电路所示，图中的同步信号就是我们需要的交流电压过零点信号。各部分波形如图5所示。

图中整流后波形中的水平虚线表示光耦P52l输入二极管的门限电压。P521是TLP521的简称。

图4过零点信号提取电路