單片機(jī)燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

　　利用單片機(jī)豐富的軟硬件資源對(duì)各種廣告牌多路燈光自動(dòng)控制，與傳統(tǒng)的電子線路控制器相比，具有可編程，體積小，控制靈活，操作方便，控制時(shí)間可變、可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　我們?yōu)槟呈朽]政局設(shè)計(jì)并安裝了上述單片機(jī)多路燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)。下面就該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)作一介紹。
　　
　　一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
　　
　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　
　　8031單片機(jī)是該系統(tǒng)的核心部件。其主要功能是：①燈光控制的軟件編程；②干擾信號(hào)的處理及復(fù)位；③光強(qiáng)及時(shí)間定時(shí)的檢測(cè)及控制。
　　
　　單片機(jī)的控制程序通過(guò)對(duì)光強(qiáng)或時(shí)間的檢測(cè)，自動(dòng)開(kāi)啟（夜間）或關(guān)閉（白天）燈光系統(tǒng)。利用路燈設(shè)備與8031內(nèi)存控制位相對(duì)應(yīng)，單片機(jī)通過(guò)P3. O(RxD)和P3. l(TxD)多功能口，利用串行通信方式O，實(shí)現(xiàn)不同控制代碼的輸出，從而完成了多路燈光設(shè)備各種變化的自動(dòng)循環(huán)顯示。

二、8031單片機(jī)控制系統(tǒng)功能分析

　　
　　1．光強(qiáng)或時(shí)間的定時(shí)檢測(cè)及控制
　　
　　如圖2所示，當(dāng)8031單片機(jī)Pl.4的控制開(kāi)關(guān)撥到+5 V時(shí)，系統(tǒng)的開(kāi)啟或關(guān)閉由光強(qiáng)控制。這時(shí)，當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)（白天），光耦二極管電阻變小，三極管Ql導(dǎo)通，Pl.7為低電平。當(dāng)光線暗時(shí)（夜間），光耦二極管電阻變大，三極管Ql截止，Pl.7為高電平。8031單片機(jī)控制程序每隔一定時(shí)間(約5 ms)采樣Pl.7端的狀態(tài)，然后根據(jù)其高低電平選擇開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)的燈光控制代碼發(fā)送。圖3中與光耦二極管并聯(lián)的可調(diào)電位器可以調(diào)整三極管Ql的截止、導(dǎo)通狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光控的微調(diào)。
　　
　　當(dāng)Pl.4撥至接地狀態(tài)時(shí)，8031單片機(jī)程序進(jìn)入時(shí)間控制子程序，8031單片機(jī)把內(nèi)部定時(shí)器0設(shè)置成日歷時(shí)鐘計(jì)數(shù)（其初值可以用按鈕設(shè)置）。當(dāng)程序查詢到表格內(nèi)的開(kāi)啟或關(guān)閉初值（表格的初值可通過(guò)按鈕及數(shù)碼管顯示輸入或修改）并與單片機(jī)時(shí)鐘當(dāng)前值相同時(shí)，則自動(dòng)發(fā)送相應(yīng)的開(kāi)啟或關(guān)閉輸出控制代碼。
　　
　　2．雙向可控硅控制電路
　　
　　由于負(fù)載一般為大功率器件（電壓從幾百伏至上千伏，電流從幾安培至幾十安培），因此8031單片機(jī)工作部分與可控硅觸發(fā)部分采用MOC3021雙向可控硅輸出型光耦合器。圖4為1路可控硅觸發(fā)控制電路。

　　式中：IGT為可控硅TR的最小觸發(fā)電流，VGT為可控硅TR的最小觸發(fā)電壓，VTM為MOC3021輸出壓降(3 V)，VP為交流工作電壓的峰值。
　　
　　在使用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有感性負(fù)載時(shí)，有時(shí)會(huì)引起可控硅誤觸發(fā)。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有感性負(fù)載時(shí)，由于電壓上升率d V／dt較大，在阻斷狀態(tài)下，可控硅的PN結(jié)相當(dāng)于1個(gè)電容。當(dāng)突然受到正向電壓、充電電流過(guò)門(mén)極PN結(jié)時(shí)，起到了觸發(fā)電流的作用，造成MOC3021的輸出回路可控硅誤導(dǎo)通。為此，我們對(duì)上述電路進(jìn)行了修正，如圖2所示。在輸出回路加入R2和Cl組成RC回路，降低dV/dt。按照MOC3021的技術(shù)指標(biāo)，允許最大的電壓上升率dV/dt=10 V/s，結(jié)溫上升時(shí)dV/dt下降，在極端的工作條件下，dV／dt=0.8 V／s。

　　同理，在TR輸出端加上RC濾波網(wǎng)絡(luò)，從而使TR輸出電壓上升率下降。
　　
　　3．單片機(jī)工作回路的干擾及解決措施
　　
　　由圖1可知，光耦電路利用MOC4021將輸出弱信號(hào)和輸出強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行隔離，但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)仍有較強(qiáng)的干擾信號(hào)存在，常常出現(xiàn)死機(jī)或程序跑飛現(xiàn)象。分析認(rèn)為，由于輸出的大電流及電壓均工作在開(kāi)頭狀態(tài)，輸出高次諧波通過(guò)電源回路對(duì)8031單片機(jī)產(chǎn)生了較大的影響，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了電源濾波電路及硬件復(fù)位電路，對(duì)電路的干擾進(jìn)行了有效的控制。其中，硬件復(fù)位電路如圖4所示。圖中，74LS123為雙路可觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，通過(guò)外接電阻和電容，可產(chǎn)生不同寬度的正負(fù)脈沖。其真值表如下表所列。

　　由下表及圖4可知：由于1腳A接地，2腳B接8031單片機(jī)Pl.O，正常運(yùn)行時(shí)，循環(huán)程序不斷從Pl.0發(fā)送代碼信號(hào)，使2腳不斷有上升沿出現(xiàn)。因此，13腳保持高電平，則5腳輸出低電平，保持8031 RESET腳低電平的需要。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，2腳電位不再變化，使5腳產(chǎn)生一高電平脈沖，促使8031復(fù)位，重新啟動(dòng)。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
　　
　　該系統(tǒng)軟硬件均采用模塊百分比結(jié)構(gòu)。l塊控制板能控制16路輸出。輸出信號(hào)通過(guò)8031串行口RxD及TxD端經(jīng)74LS164串人并出移位寄存器輸出。因此，軟件輸出代碼主上千路信號(hào)，硬件控制板根據(jù)需要可以任意擴(kuò)充，只要電源電壓功率相應(yīng)增大即可。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于霓紅燈、多路塑料管燈及多路色燈的控制。
　　
　　另外，系統(tǒng)具有與微機(jī)串行口RS - 232的通信接口，必要時(shí)可與微機(jī)連接。這樣，多路燈光控制參數(shù)及時(shí)間控制參數(shù)在微機(jī)上可隨時(shí)修改，使控制變得更加靈活。