基于AVR單片機的電子鎮(zhèn)流器設計

摘要：電子鎮(zhèn)流器(Electrical ballast)是鎮(zhèn)流器的一種，是指采用電子技術驅動電光源，使之產生所需照明的電子設備。電子鎮(zhèn)流器自身功耗低，有更佳的照明效果，消除了閃頻現象，發(fā)光更穩(wěn)定，而且可以調光。文章采用AVR單片機作為控制芯片，通過電子鎮(zhèn)流器進行調光和相關功能的控制，最大限度地發(fā)揮智能型鎮(zhèn)流器的特點。實際應用表明，文中的方法有效。
關鍵詞：電子鎮(zhèn)流器；AVR單片機；調光

0 引言
    電子鎮(zhèn)流器是新型節(jié)能產品，不僅能帶動一些照明燈具，還可以和一些紫外燈結合在一起，對于空氣凈化和水源凈化都有著非常大的作用。當前，全世界都在大力提倡環(huán)境保護，電子鎮(zhèn)流器間接地為環(huán)保提供了原動力。AVR單片機是一款性價比較高的單片機，用這種單片機來對電子鎮(zhèn)流器進行調光和時間采樣非常合適，首先是AVR單片機本身較穩(wěn)定，抗干擾能力比較強，其次是其本身的Harvard結構使得運行速度比較快，數據回讀時間較快，可以實現實時在線控制。

1 AVR單片機介紹
1．1 AVR單片機的特點
    與以往的8位單片機相比，AVR單片機采用Harvard結構，也就是程序總線和數據總線分開，并采用兩級流水線，具備1MIPS／MHz的高速運行處理能力。片內集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能模塊，外圍電路簡單，系統更加穩(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單片機的PWM功能
    AVR單片機的定時器功能強大，以Atmega48為例，它有兩個8位定時器和一個16位定時器，都具有硬件PWM功能。每個定時器都有兩個輸出比較單元，使PWM更加簡單。
    AVR定時器的PWM波分5種工作類型
    (1)普通模式。最簡單的工作模式，在此模式下計數器不停地累加。計到最大值后(MAX=0xFFFF)由于數值溢出，計數器簡單地返回到最小值0x0000重新開始。
    (2)CTC模式。a．用于輸出50％占空比的方波信號；b．用于產生準確的連續(xù)定時信號。
     頻率計算公式：
    (3)快速PWM模式。用于輸出高頻率的PWM信號(比雙斜波的高一倍頻率)。
    頻率計算公式：
    (4)相位修正PWM模式。用于輸出高精度的相位準確的PWM信號。
    頻率計算公式：
    綜合以上幾種模式，本文將采用快速PWM模式。
1．3 AVR單片機的串口通訊功能
    AVR單片機都有效支持C高級語言，串口接收可采用中斷方式也可以采用查詢方式，AVR的串口是全雙工操作(獨立的串行接收和發(fā)送寄存器)，支持異步或同步操作，支持5、6、7、8或9個數據位和1個或2個停止位，硬件支持奇偶校驗操作，有三個獨立的中斷源，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據時，也可以用查詢的方式，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
    (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、低壓下啟動和工作。
    (2)無頻閃。燈管在30kHz左右工作時，發(fā)光穩(wěn)定，人眼感覺不出“頻閃”有利于保護視力。
    (3)無噪聲。有利于在安靜的環(huán)境中工作和學習。
    (4)功率因數高。減少了無功損耗，提高了供電設備容量的有效利用率，減少線路的損耗。
    (5)本身具有保護功能，如無燈保護和過壓保護，增強了電子鎮(zhèn)流器的可靠性。
2．2 電子鎮(zhèn)流器的硬件電路設計
    (1)圖1為AVR單片機控制電路，芯片用的是Atmega48，單片機的引腳PD0和PD1作為RS485的接收端和發(fā)送端。PD2接到RS485的輸出端。

    (2)圖2是RS485的通信電路，接收端和輸入端分別接上一個光耦合器，對接收、發(fā)送信號起隔離作用，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，因而具有很強的共模抑制能力。圖中
6LB184是一個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。

    (3)圖3是輸入EMI濾波器和PFC升壓電路，LC1和CY1、CY2用來濾除共模噪聲，CX1和CX2濾除差模噪聲。UC2843是一個固定頻率的脈寬調制器，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通角，同時使輸入交流電流的波形正選化，并與電壓波形同向。

3 電子鎮(zhèn)流器軟件設計
3．1 AVR單片機對鎮(zhèn)流器調光的具體方法及軟件流程
    電子鎮(zhèn)流器啟動時，通過預熱頻率和點火頻率后，最終穩(wěn)定的工作在點火頻率。然后軟件將RS485置為接收狀態(tài)，如果有調光命令發(fā)下來，單片機根據命令，改變鎮(zhèn)流器的運行頻率，以此達到調光的目的。

4 總結
    本文通過AVR單片機對電子鎮(zhèn)流器進行了調光控制，實現了不僅可以全開全關，還可以對具體鎮(zhèn)流器進行智能控制。而且有些電子鎮(zhèn)流器與燈管等集成在一起，使用起來非常地方便。通過一些具體工程項目，將電子鎮(zhèn)流器和UV燈管結合在一起進行調光，證明文中方法有效。