摘  要： 以AT89C52單片機(jī)為核心研制的新型節(jié)電照明控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的工作原理,、硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程,。
　　關(guān)鍵詞： 照明  控制  節(jié)電  AT89C52單片機(jī)

 　　能源的開發(fā)和控制是一個(gè)世界性的課題，直接關(guān)系到人類的生存和發(fā)展,。電能是應(yīng)用最廣的一種能源方式,，也是能源消耗中最主要的組成部分。目前我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速度很快,，但是電力供應(yīng)不足和用電效率低下的狀況依然比較嚴(yán)重,。因此推行照明節(jié)電技術(shù)節(jié)約電能是改善電力負(fù)荷緊張狀況的主要途徑之一。我國(guó)照明用電約占總發(fā)電量的12%左右,，且以低效照明為主,，因此成為終端節(jié)電的主要對(duì)象之一。照明用電大都屬于峰時(shí)用電,，由此可見,，照明節(jié)電具有節(jié)約電量和緩解高峰用電的雙重作用。
1 系統(tǒng)工作原理
　　提倡照明節(jié)能,，不等于降低對(duì)視覺作業(yè)的要求和降低照明質(zhì)量,。照明節(jié)能的基本原則應(yīng)是保證不降低工作場(chǎng)所的視覺要求，在保證照度標(biāo)準(zhǔn)和照明質(zhì)量的前提下,，力求減少照明系統(tǒng)中的能量損失,，最有效地利用電能。
根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量,，電壓與燈源的功率關(guān)系為：

　　從上述可知,，降壓節(jié)電是一種切實(shí)可行的方法，不僅節(jié)約了電能,，而且穩(wěn)定了電壓,，延長(zhǎng)了燈泡的使用壽命，達(dá)到了雙重意義上的節(jié)能,。
　　根據(jù)日光燈的特性,，在啟動(dòng)時(shí)需要瞬時(shí)高壓才能發(fā)光，啟動(dòng)后僅需要較低的電壓就可以維持,。節(jié)電控制器便是利用日光燈的這個(gè)特性,，在電網(wǎng)上電初始階段，以220V電壓輸出,，等日光燈運(yùn)行穩(wěn)定后再降到200V,、190V或180V低電壓輸出。
　　節(jié)電控制器的工作模式為：節(jié)電器開始工作后，首先以滿電壓在預(yù)設(shè)的預(yù)熱時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行（參見圖1的a段）,；預(yù)熱時(shí)間過后,，節(jié)電器的輸出電壓開始平滑下降（參見圖1的b段），直至輸出電壓降至預(yù)設(shè)的節(jié)電水平,，并保持這一水平穩(wěn)定運(yùn)行（參見圖1的c 段）,。當(dāng)節(jié)電水平設(shè)置值改變或節(jié)電控制信號(hào)斷開，輸出電壓將改變?yōu)樾碌墓?jié)電水平或恢復(fù)滿電壓輸出（參見圖1的d段）,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。它包括強(qiáng)電部分,、單片機(jī)及其外圍電路,、電流采樣電路、電壓采樣電路和驅(qū)動(dòng)電路等,。

2.1 電氣組成
　　系統(tǒng)強(qiáng)電部分有一部三抽頭變壓器,，輸入為220V交流電，輸出分別為200V,、190V,、180V，再加上220V,，一共四級(jí),。分別由繼電器J2、J3,、J4和J1控制,。可通過控制閉合特定的繼電器,，達(dá)到控制輸出電壓的目的,。繼電器J5連接限流器接在變壓器兩端。電流過大時(shí),，繼電器J5閉合分流,，從而使流過變壓器的電流不至于過大。
2.2 單片機(jī)及其外圍電路
　　單片機(jī)選用AT89C52,，其內(nèi)含256B的RAM，32條I/O線,，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,，且自帶8KB的電擦除E2PROM，用以保存控制程序,。用ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器,，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓由模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘是單片機(jī)的ALE經(jīng)D觸發(fā)器縮頻,，控制口由P2.7,、WR、RD和或非門組成的標(biāo)準(zhǔn)控制電路,，結(jié)果輸出采用延時(shí)方式,，延時(shí)大約為180μs。單片機(jī)的P0口與ADC0809的輸出端口連接,，讀取AD轉(zhuǎn)換后的結(jié)果,。
2.3 電流、電壓采樣電路和驅(qū)動(dòng)電路
　　系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)的電壓和電流,，作出相應(yīng)的控制策略,。所以采樣是必不可少的。用電流互感器作為電流檢測(cè)元件,，能夠反映主電路中的電流,，并能將控制電路與主電路隔離，從而提高安全性,，降低干擾,。互感器中的電流經(jīng)過整流,、電流電壓轉(zhuǎn)換,、濾波，校準(zhǔn)后,，輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。
　　電壓采樣通過變壓器采集電網(wǎng)電壓,，變壓器也具有隔離作用,，采集到的電壓經(jīng)過整流、濾波,，校準(zhǔn)后輸出給ADC0809,。
單片機(jī)輸出脈沖經(jīng)隔離、功率放大后可直接接到繼電器控制級(jí),，控制繼電器,。為降低來自電網(wǎng)的干擾，由單片機(jī)I/O線產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖,，必須經(jīng)隔離后送至繼電器的控制電路中,。繼電器J1～J4工作時(shí)，在同一時(shí)刻最多只有一個(gè)繼電器閉合,，所以共有八種狀態(tài),。單片機(jī)的三路（P1.0～P1.2）經(jīng)三八譯碼器轉(zhuǎn)換后可得到八路控制信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)放大后用于控制繼電器動(dòng)作。不需要繼電器動(dòng)作時(shí),，可由P1.3關(guān)閉三八譯碼器的輸出,。
2.4 X5045
　　由于系統(tǒng)參數(shù)較多，所以選用一片X5045,，它含有512個(gè)8位E2PROM,，以串行方式與單片機(jī)通信，可以對(duì)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行斷電保存,，其片內(nèi)的SPI存儲(chǔ)器用于存放預(yù)設(shè)節(jié)電水平值和運(yùn)行時(shí)段設(shè)置值,。另外它還包括一個(gè)可編程的看門狗定時(shí)器和低電壓檢測(cè)電路，能夠保護(hù)單片機(jī)可靠地運(yùn)行,。
3  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　本程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以主程序?yàn)楹诵脑O(shè)置了很多功能模塊子程序,，使大量的功能在子程序中實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),。運(yùn)行過程中通過主程序調(diào)用各功能模塊子程序,。程序主框架圖和主程序流程圖分別如圖3和圖4所示,。 該系統(tǒng)的工作流程包括三部分：系統(tǒng)初始化,，系統(tǒng)進(jìn)入延時(shí)狀態(tài)，系統(tǒng)達(dá)到并穩(wěn)定在節(jié)電狀態(tài),。系統(tǒng)初始化用來設(shè)置看門狗定時(shí)器,、讀入系統(tǒng)變量以及初始化數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)如圖5所示,。

　　軟件主要需完成三個(gè)功能模塊：按鈕、顯示模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)信號(hào)從單片機(jī)輸入和輸出,；控制信號(hào)模塊實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的編碼輸出,；外部輸入模塊實(shí)現(xiàn)控制模塊對(duì)外部控制信號(hào)的接收。
　　由于實(shí)際使用環(huán)境的復(fù)雜性及存在著各種各樣的干擾因素,，因此系統(tǒng)的可靠性需使用抗干擾技術(shù)來維持。這里用到的抗干擾技術(shù)是看門狗技術(shù)（WDT）,，WDT能防止“跑飛”,。“跑飛”指PC值超出應(yīng)用程序區(qū)，將非程序中的數(shù)作為指令碼運(yùn)行,。WDT看門狗的運(yùn)行能使程序在“跑飛”狀態(tài)下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，有效防止程序“跑飛”。
4  結(jié)束語(yǔ)
　　本文研制的節(jié)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理新穎,，硬件簡(jiǎn)單,，有很好的節(jié)電效果。
　　實(shí)驗(yàn)證明,，該節(jié)電器的節(jié)電效率為25％左右,。該系統(tǒng)不僅具有節(jié)電、延長(zhǎng)燈泡壽命的功能,，而且能使日光燈在電壓波動(dòng)范圍較大的情況下穩(wěn)定運(yùn)行,。由于該系統(tǒng)采用了單片機(jī)控制，所以具有較高的性能價(jià)格比和柔性,，即可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行變更和擴(kuò)展,，提高了系統(tǒng)靈活性和適應(yīng)性，有利于應(yīng)用和推廣,。
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