智能家居照明控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

家居照明控制系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在兩大功能模塊上，一個(gè)是智能調(diào)光裝置，另一個(gè)就是光照度的檢測(cè)、顯示及補(bǔ)償裝置。下面主要就這兩方面來(lái)介紹智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，但這里要特殊申明的是，由于各種原因在硬件的具體制作與實(shí)驗(yàn)方面，本人只制作了照度檢測(cè)、顯示及補(bǔ)償?shù)难菔狙b置。

電源電路模塊

本系統(tǒng)主要采用+-12V電源和+5V電源，電路圖如圖所示：

復(fù)位電路模塊

AT89S51的RST引腳為復(fù)位引腳，只要在RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位，如圖3-2所示，當(dāng)按下按鍵后，電容被短路，RST引腳就處于高電平，就可以達(dá)到復(fù)位的目的。

時(shí)鐘信號(hào)電路模塊

AT89S51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。圖中，兩個(gè)電容起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在20-30pF。晶振頻率的典型值為6MHz或12MHz，設(shè)計(jì)中電容取30pF，晶振為12MHz。

主控制電路模塊

本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的各管腳的控制功能闡述如下： ⑴P0口是一組雙向I/O端口，它分時(shí)提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中P0.0~P0.7接上發(fā)光二極管后與八個(gè)上拉電阻相連，用于模擬照度補(bǔ)償。⑵P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。本設(shè)計(jì)中P1口與兩個(gè)LED數(shù)碼管相接，構(gòu)成光照度顯示部分。

P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。設(shè)計(jì)中，P2.2-P2.4用于外接A/D轉(zhuǎn)換芯片，P2.0和P2.1用于三極管的驅(qū)動(dòng)，P2.5用于采用PWM方式調(diào)光，P2.6和P2.7用于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)切換及手動(dòng)調(diào)光功能。 ⑷P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個(gè)系統(tǒng)中，這8個(gè)引腳 還具有專門的第二功能。本設(shè)計(jì)中用到P3.0和P3.1作為串口輸出，RXD與TXD與電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232相連，信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后在PC機(jī)連接，通過(guò)光照度監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)光照度進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控。具體見(jiàn)上圖3-4所示。

數(shù)據(jù)采集及處理電路模塊

本設(shè)計(jì)中選擇光敏二極管作為光照檢測(cè)元件，具體電路如圖所示：

由圖可知，為了將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，這里采用了反相比例運(yùn)算。那么就可以得到1 m A /lx的靈敏度，對(duì)于靈敏度的分散性，可以用電位器R3進(jìn)行調(diào)整。圖中的電容的作用是將電燈光的明暗閃爍進(jìn)行平均，使得輸出不產(chǎn)生閃爍的現(xiàn)象，每lx的光產(chǎn)生的輸入電流，即每lx的光就可以得到1 mV的輸出電壓。

ADC0832與單片機(jī)的接口電路模塊

ADC0832的2腳與光照度傳感器的輸出電壓outV相接，采用0通道輸入，CS口與P2.4口相連，用于控制ADC0831的片選信號(hào)，低電平有效，7腳的CLK接在P2.3口，通過(guò)單片機(jī)為ADC0831輸入時(shí)鐘信號(hào)，5腳的DI選擇通道控制與P2.5相連，6腳的串行口輸出與P2.2相連，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)P2.2口輸入單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。

當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持電平到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由單片機(jī)向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，使用DI端輸入通道功能選擇數(shù)據(jù)信號(hào)。在第一個(gè)脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟動(dòng)信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下降沿之前DI端輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。

顯示電路模塊

本設(shè)計(jì)采用LED動(dòng)態(tài)顯示方式，使用兩個(gè)LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，數(shù)碼管是共陽(yáng)極接法，分別顯示個(gè)位和十位數(shù)據(jù)。a~h分別與P1口的八根I/O線相連，低電平有效，形成段選線多路復(fù)用，它們的公共端則由PNP型三極管8550控制。如果8550導(dǎo)通，則相應(yīng)的數(shù)碼管就可以亮，而如果8550截止，則對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管就不能亮，8550是由P2.0，P2.1控制的，這樣我們就可以通過(guò)控制P2.0、P2.1達(dá)到控制某個(gè)數(shù)碼管亮或滅的目的。此外三極管還具有驅(qū)動(dòng)作用，能夠使數(shù)碼管亮度加強(qiáng)。

照度補(bǔ)償電路模塊

通過(guò)數(shù)碼管顯示的電壓值，能夠反應(yīng)出光照度的大小，因而就可以根據(jù)數(shù)碼管的顯示來(lái)進(jìn)行照度補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)中利用8個(gè)發(fā)光二極管作為照度補(bǔ)償?shù)难菔尽?/p>

調(diào)光電路模塊

本設(shè)計(jì)中采用PWM方式進(jìn)行燈光調(diào)節(jié)，主要采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)光分智能調(diào)光和手動(dòng)調(diào)光，通過(guò)P2.6和P2.7端口來(lái)控制。如圖所示。

串行接口電路模塊

為了使設(shè)計(jì)的電路更加智能化，能夠與當(dāng)今社會(huì)接軌，能夠使人們隨時(shí)地對(duì)光照度進(jìn)行監(jiān)控，本設(shè)計(jì)還設(shè)置了單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信接口電路，為今后的網(wǎng)絡(luò)化控制預(yù)留了空間。設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)作為下位機(jī)，PC機(jī)作為上位機(jī)，利用MAX232作為電平轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行串行通訊。MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，MAX232芯片內(nèi)部含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器，可把輸入的+5V 電源變換成為RS232 所需的±10V 電壓，所以采用此芯片接口的串行通訊系統(tǒng)只要單一的+5V 電源即可。該芯片取用了16引腳的雙列直插式封裝。