引言
    節(jié)能是照明燈光控制中的一項重要指標。目前,，存在模擬調光控制系統(tǒng)和數(shù)字調光控制系統(tǒng),。模擬調光控制系統(tǒng)包括模擬調光控制臺(調光控制器)和模擬調光器。其中,，模擬調光控制臺輸出O～10 V控制電壓,，通過模擬調光器的0～10 V接口調節(jié)其所帶燈具的光強弱。數(shù)字調光控制系統(tǒng)包括數(shù)字調光控制臺(調光控制器)和數(shù)字調光器,。其采用的協(xié)議為DMX512控制協(xié)議,，該協(xié)議的物理接口為RS485,。
    雖然數(shù)字調光控制系統(tǒng)有其優(yōu)點，但由于成本在短時間內無法全部替代模擬控制系統(tǒng),，模擬調光控制仍占很大比率?，F(xiàn)有的模擬調光控制臺大多采用拉桿、旋鈕,、開關等對模擬信號進行變換,，其控制精度不高，體積較大且只實現(xiàn)燈具通斷控制,，所以很有必要開發(fā)一種控制精度高,、體積適中且可實現(xiàn)多種燈光效果變換的調光控制器。近幾年來,，PC機由于其圖形化界面易操作性,，在工業(yè)簡單控制中常被使用，單片機的成本也逐漸下降,。本文結合PC機和單片機設計了一種模擬調光控制器,，通過上位機的調光軟件可以實現(xiàn)多種燈光效果的控制。

1 總體設計
    模擬調光控制系統(tǒng)總體設計如圖1所示,。PC上位機上運行的控制軟件通過RS232串口發(fā)送控制命令,，調光控制器根據(jù)給定的指令產生相應的0～10 V控制信號(256級)。通過可調光電子鎮(zhèn)流器以及LED可調光驅動的0～10 V接口,，根據(jù)相應的控制電壓進一步控制相應燈具的亮度達到調光目的,。此外,，光強傳感器采集現(xiàn)場的實時光強送入調光控制器,，上位機通過指令讀取光強并將其顯示在控制界面上,，再根據(jù)給定值對控制電壓進行調節(jié)來實現(xiàn)燈光的閉環(huán)控制。本文重點研究調光控制器的設計方法,。

2 硬件實現(xiàn)
2．1 單片機
    單片機采用Atmel公司基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器ATmegal28,。它具有128 KBFlash、53個通用I／O口,、4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時器／計數(shù)器,、2個USART、8通道10位ADC(具有可選的可編程增益),、JTAG片上調試接口,，以及6種可以通過軟件選擇的省電模式。通過將8位CPU與系統(tǒng)內可編程的Flash集成在一個芯片內,，ATmegal28為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的方案,。
    ATmegal28可提供兩個串口功能：一個串口用來與上位機通信；另一個串口則預留給DMX512數(shù)字控制方式，以便該控制器在日后既可以作為模擬調光控制輸出O～10 V模擬控制信號,，又可以作為數(shù)字調光控制器輸出符合DMX512控制協(xié)議的數(shù)字控制信號,。
2．2 電源模塊
    ATmegal28需要5 V供電，AD7226需要15 V供電以及10 V電壓作為參考電壓,。外部電源采用15 V開關電源,，對單片機的5 V供電及AD7226的10 V參考電壓分別使用穩(wěn)壓芯片LM2940T-5及LM2940T-10實現(xiàn)。
2．3 按鍵模塊
    按鍵模塊提供調光控制器上的調光快捷操作,。4個按鍵分別為25％,、50％、75％,、100％調光,，分別接到PE4、PE5,、PE6,、PE7外部中斷引腳上,。當按鍵被按下時,，外部中斷被觸發(fā)。
2．4 串口模塊
    單片機的串口模塊用來與上位機PC進行通信,。由于PC機RS232串口的電平與單片機UART串口電平定義不一致,，在此通過MAX232芯片進行電平轉換。
2．5 A／D模塊
    光強傳感器采用北京易盛泰和科技公司的YSCG-X新型光照度傳感器,，其量程為0～2000 lux,，其輸出為標準的4～20 mA。傳感器的輸出接入引腳PF0,，在PF0引腳外通過電阻將電流轉換為電壓以便采樣,。由于A／D采樣的輸入最高為5 V，則該電阻應選249 Ω電阻,。此外為了保證采樣的準確性,，在電路中加入電壓跟隨器。
2．6 D／A轉換模塊
    D／A轉換模塊實際上是調光控制器的輸出模塊,。采用ADI公司的AD7226產生0～10 V的電壓,。AD7226具有8位精度的4通道D／A轉換器，最小分辨率為4 mV,，可以滿足設計精度的要求,。每一個通道都有一個輸入鎖存器，可以對輸入的數(shù)字量進行鎖存,，輸出端帶有輸出緩沖放大器,。D／A轉換模塊硬件電路如圖2所示。

    其中，／WR為控制線,，A0,、A1為兩條地址線，通過地址線可以選擇不同的D／A通道,。該控制器設計為具有12通道的輸出,，所以采用了3個AD7226芯片。數(shù)據(jù)線,、地址線與單片機的接法相同,，只是控制線／WR作為芯片鎖存引腳與不同的單片機引腳連接，3個芯片的控制線分別連接PA4,、PA5,、PA6。

3 軟件設計
3．1 變量定義
    該控制器包含12個獨立的通道且要將現(xiàn)場采集的光強送給上位機顯示,，所以定義數(shù)組channelData[13],。其中，channelData[O]～chan-nelData[11]存儲相應1～12通道的實際控制電壓(0～255),，channelData[12]存儲傳感器采樣的現(xiàn)場光強,。變量write_end表示channelData[O]～channelData[11]的值是否被修改，write_end=1表示修改完成,。
3．2 主程序
    上位機對調光控制器的控制通過串口中斷實現(xiàn),，調光控制器上的快捷按鍵通過I／O外部中斷實現(xiàn)，傳感器的采樣間隔通過定時器中斷實現(xiàn),。3個中斷的優(yōu)先級為,；定時器中斷>I／O外部中斷>串口中斷。主程序流程如圖3所示,。

     當串口中斷被響應時,，首先判斷上位機的指令是讀操作還是寫操作。如果是寫操作,，返回同樣的指令作為響應指令,，根據(jù)指令改變cha-nnelData[]中相應通道的值，并將write_end置1,。如果為讀指令,，根據(jù)地址將channelData[]中相應通道的數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場光強返回作為響應。
    當定時器中斷被響應時,，通過傳感器采樣現(xiàn)場光強,。為了保證數(shù)據(jù)的準確，在算法中采用求16次采樣的平均值作為有效值存入channel-Data[12],。
    當I／O外部中斷被響應時,，首先需要判斷是否為按鍵抖動所致,。如果為抖動，返回,；反之,，將channelData[O]～channelData[11]的值改為該快捷鍵代表的電壓值，并將write_end置1,。
    最后判斷變量write_end是否為1,。若write_end=1，則執(zhí)行函數(shù)DAOperation(channelData,，12),，將channelData[O]～channelData[11]中對應的各通道值(O～255)以0～10 V電壓輸出，然后將write_end清0,。

4 實驗結果
    當上位機調節(jié)通道1控制電壓為2．5 V,，通道1的實際測得電壓如圖4所示。從圖中可知,，實際電壓為2．46 V,，其中O．04 V的壓降是由AD7226芯片引腳的100 Ω電阻引起的。

    在實際的測量中發(fā)現(xiàn),，未接電源時在該控制器中存在峰峰值為40 mV,、頻率為50 Hz的干擾電壓，如圖5所示,。為了減小這種低頻干擾,，在D／A輸出引腳接了一個47 μF的電容(見圖2),，并取得很好的效果,。

5 總結
    利用8位的ATmegal28單片機可以精確地實現(xiàn)多級可調的0～10 V控制電壓，分辨率為40 mV,。在調光控制器上可以通過4個按鍵快速地調節(jié)各個通道的燈光強弱,。此外，通過上位機實現(xiàn)單個通道的獨立調光,、所有通道的快速調光以及燈光的閉環(huán)控制,。