基于AVR單片機(jī)的電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

摘 要：電子鎮(zhèn)流器(Electrical ballast)是鎮(zhèn)流器的一種，是指采用電子技術(shù)驅(qū)動(dòng)電光源，使之產(chǎn)生所需照明的電子設(shè)備。電子鎮(zhèn)流器自身功耗低，有更佳的照明效果，消除了閃頻現(xiàn)象，發(fā)光更穩(wěn)定，而且可以調(diào)光。文章采用AVR單片機(jī)作為控制芯片，通過(guò)電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行調(diào)光和相關(guān)功能的控制，最大限度地發(fā)揮智能型鎮(zhèn)流器的特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用表明，文中的方法有效。

　　0 引言

　　電子鎮(zhèn)流器是新型節(jié)能產(chǎn)品，不僅能帶動(dòng)一些照明燈具，還可以和一些紫外燈結(jié)合在一起，對(duì)于空氣凈化和水源凈化都有著非常大的作用。當(dāng)前，全世界都在大力提倡環(huán)境保護(hù)，電子鎮(zhèn)流器間接地為環(huán)保提供了原動(dòng)力。

　　AVR單片機(jī)是一款性?xún)r(jià)比較高的單片機(jī)，用這種單片機(jī)來(lái)對(duì)電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行調(diào)光和時(shí)間采樣非常合適，首先是AVR單片機(jī)本身較穩(wěn)定，抗干擾能力比較強(qiáng)，其次是其本身的Harvard結(jié)構(gòu)使得運(yùn)行速度比較快，數(shù)據(jù)回讀時(shí)間較快，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線(xiàn)控制。

　　1 AVR單片機(jī)介紹

　　1.1 AVR單片機(jī)的特點(diǎn)

　　與以往的8位單片機(jī)相比，AVR單片機(jī)采用Harvard結(jié)構(gòu)，也就是程序總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)分開(kāi)，并采用兩級(jí)流水線(xiàn)，具備1MIPS/MHz的高速運(yùn)行處理能力。片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門(mén)狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能模塊，外圍電路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM、PWM、RTC、SPI、UART、TWI、ISP、AD、Analog Comparator、WDT等單元模塊。

　　1.2 AVR單片機(jī)的PWM功能

　　AVR單片機(jī)的定時(shí)器功能強(qiáng)大，以Atmega48為例，它有兩個(gè)8位定時(shí)器和一個(gè)16位定時(shí)器，都具有硬件PWM功能。每個(gè)定時(shí)器都有兩個(gè)輸出比較單元，使PWM更加簡(jiǎn)單。

　　AVR定時(shí)器的PWM波分5種工作類(lèi)型(1)普通模式。最簡(jiǎn)單的工作模式，在此模式下計(jì)數(shù)器不停地累加。計(jì)到最大值后(MAX=0xFFFF)由于數(shù)值溢出，計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)單地返回到最小值0x0000重新開(kāi)始。

　　(2)CTC模式。a.用于輸出50%占空比的方波信號(hào)；b.用于產(chǎn)生準(zhǔn)確的連續(xù)定時(shí)信號(hào)。

頻率計(jì)算公式：

　　(3)快速PWM模式。用于輸出高頻率的PWM信號(hào)(比雙斜波的高一倍頻率)。

　　頻率計(jì)算公式：

　　(4)相位修正PWM模式。用于輸出高精度的相位準(zhǔn)確的PWM信號(hào)。

　　頻率計(jì)算公式：

　　1.3 AVR單片機(jī)的串口通訊功能

　　AVR單片機(jī)都有效支持C高級(jí)語(yǔ)言，串口接收可采用中斷方式也可以采用查詢(xún)方式，AVR的串口是全雙工操作(獨(dú)立的串行接收和發(fā)送寄存器)，支持異步或同步操作，支持5、6、7、8或9個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)或2個(gè)停止位，硬件支持奇偶校驗(yàn)操作，有三個(gè)獨(dú)立的中斷源，其中包括UART接收完成中斷、發(fā)送完成中斷、寄存器空中斷，在判斷是否接收到數(shù)據(jù)時(shí)，也可以用查詢(xún)的方式，本身采用中斷的方式。

　　2 電子鎮(zhèn)流器

　　2.1 電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn)

　　(1)節(jié)能。電子鎮(zhèn)流器自身的功率損耗僅為電感鎮(zhèn)流器的40%左右，而且熒光燈在30kHz左右的高頻下，光效將提高20%，工作電流僅為電感的40%左右，并且能夠在低溫、低壓下啟動(dòng)和工作。

　　(2)無(wú)頻閃。燈管在30kHz左右工作時(shí)，發(fā)光穩(wěn)定，人眼感覺(jué)不出"頻閃"有利于保護(hù)視力。

　　(3)無(wú)噪聲。有利于在安靜的環(huán)境中工作和學(xué)習(xí)。

　　(4)功率因數(shù)高。減少了無(wú)功損耗，提高了供電設(shè)備容量的有效利用率，減少線(xiàn)路的損耗。

　　(5)本身具有保護(hù)功能，如無(wú)燈保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)，增強(qiáng)了電子鎮(zhèn)流器的可靠性。

　　2.2 電子鎮(zhèn)流器的硬件電路設(shè)計(jì)

　　(1)圖1為AVR單片機(jī)控制電路， 芯片用的是Atmega48，單片機(jī)的引腳PD0和PD1作為RS485的接收端和發(fā)送端。PD2接到RS485的輸出端。

圖1 AVR單片機(jī)控制電路

　　(2)圖2是RS485的通信電路，接收端和輸入端分別接上一個(gè)光耦合器，對(duì)接收、發(fā)送信號(hào)起隔離作用，由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件， 因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。圖中6LB184是一個(gè)具有瞬變電壓抑制功能的差分收發(fā)器，它的抗噪聲能力比較強(qiáng)。

圖2 RS485調(diào)光電路

　　(3)圖3是輸入EMI濾波器和PFC升壓電路，LC1和CY1、CY2用來(lái)濾除共模噪聲，CX1和CX2濾除差模噪聲。

　　UC2843是一個(gè)固定頻率的脈寬調(diào)制器，和Q101組成升壓電路，功率因素校正電路用于提高整流器的導(dǎo)通角，同時(shí)使輸入交流電流的波形正選化，并與電壓波形同向。

圖3 功率因素校正升壓電路

　　3 電子鎮(zhèn)流器軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 AVR單片機(jī)對(duì)鎮(zhèn)流器調(diào)光的具體方法及軟件流程

　　電子鎮(zhèn)流器啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)預(yù)熱頻率和點(diǎn)火頻率后，最終穩(wěn)定的工作在點(diǎn)火頻率。然后軟件將RS485置為接收狀態(tài)，如果有調(diào)光命令發(fā)下來(lái)，單片機(jī)根據(jù)命令，改變鎮(zhèn)流器的運(yùn)行頻率，以此達(dá)到調(diào)光的目的。

圖4 軟件流程圖

　　4 總結(jié)

　　本文通過(guò)AVR單片機(jī)對(duì)電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行了調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)了不僅可以全開(kāi)全關(guān)，還可以對(duì)具體鎮(zhèn)流器進(jìn)行智能控制。而且有些電子鎮(zhèn)流器與燈管等集成在一起，使用起來(lái)非常地方便。通過(guò)一些具體工程項(xiàng)目，將電子鎮(zhèn)流器和UV燈管結(jié)合在一起進(jìn)行調(diào)光，證明文中方法有效。