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，一個是智能調(diào)光裝置，另一個就是光照度的檢測、顯示及補償裝置。下面主要就這兩方面來介紹智能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計，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驗方面，本人只制作了照度檢測、顯示及補償?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)兩個機器周期以上的高電平，即可實現(xiàn)復(fù)位。本設(shè)計采用的是按鍵復(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，就可以達到復(fù)位的目的。
時鐘信號電路模塊
AT89S51單片機的時鐘信號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鐘信號比較穩(wěn)定。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖所示。圖中，兩個電容起穩(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)計中電容取30pF，晶振為12MHz。
主控制電路模塊
本設(shè)計中單片機的各管腳的控制功能闡述如下： ⑴P0口是一組雙向I/O端口，它分時提供低8位地址和8位雙向數(shù)據(jù)。在設(shè)計中P0.0~P0.7接上發(fā)光二極管后與八個上拉電阻相連，用于模擬照度補償。⑵P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。本設(shè)計中P1口與兩個LED數(shù)碼管相接，構(gòu)成光照度顯示部分。
P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。設(shè)計中，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，P2.5用于采用PWM方式調(diào)光，P2.6和P2.7用于實現(xiàn)手動與自動切換及手動調(diào)光功能。 ⑷P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個系統(tǒng)中，這8個引腳 還具有專門的第二功能。本設(shè)計中用到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，信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后在PC機連接，通過光照度監(jiān)控系統(tǒng)對光照度進行計算機監(jiān)控。具體見上圖3-4所示。
數(shù)據(jù)采集及處理電路模塊
本設(shè)計中選擇光敏二極管作為光照檢測元件，具體電路如圖所示：
由圖可知，為了將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，這里采用了反相比例運算。那么就可以得到1 m A /lx的靈敏度，對于靈敏度的分散性，可以用電位器R3進行調(diào)整。圖中的電容的作用是將電燈光的明暗閃爍進行平均，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，低電平有效，7腳的CLK接在P2.3口，通過單片機為ADC0831輸入時鐘信號，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)字信號通過P2.2口輸入單片機，由單片機進行處理。
當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，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。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由單片機向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，使用DI端輸入通道功能選擇數(shù)據(jù)信號。在第一個脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟動信號。在第2、3個脈沖下降沿之前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)計采用LED動態(tài)顯示方式，使用兩個LED數(shù)碼管進行顯示，數(shù)碼管是共陽極接法，分別顯示個位和十位數(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控制P2.0、P2.1達到控制某個數(shù)碼管亮或滅的目的。此外三極管還具有驅(qū)動作用，能夠使數(shù)碼管亮度加強。
照度補償電路模塊
通過數(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)碼管的顯示來進行照度補償。本設(shè)計中利用8個發(fā)光二極管作為照度補償?shù)难菔尽?/p>
調(diào)光電路模塊
本設(shè)計中采用PWM方式進行燈光調(diào)節(jié)，主要采用軟件來實現(xiàn)。調(diào)光分智能調(diào)光和手動調(diào)光，通過P2.6和P2.7端口來控制。如圖所示。
串行接口電路模塊
為了使設(shè)計的電路更加智能化，能夠與當(dāng)今社會接軌，能夠使人們隨時地對光照度進行監(jiān)控，本設(shè)計還設(shè)置了單片機與PC機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)計中采用單片機作為下位機，PC機作為上位機，利用MAX232作為電平轉(zhuǎn)換來進行串行通訊。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。
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