ＩＳＳＮ１００９－３０４４Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｆｙｊ＠ｃｅｅｅ．ｎｅｔ．ｃｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电■知识与技术●●ＣｏｍｐｕｔｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅＡｎｄｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ｃｎＴｅｌ：＋８６—５５１－５６９０９６３５６９０９６４Ｖｄ．４，Ｎｏ．８，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００８。ｐｐ．２２５８－２２５９＇２２６７基于单片机的节能调光控制器戴杰（同济大学控制理论与控制工程系。上海２０１８０４）摘要：该文的项目背景是智能节能控制系统的创新项目，其研究的主要目的：在充分利用自然光的前提下，优化智能控制电能输出。调节灯光，补偿亮度．达到节能。恒定照度和享受自然光照效果。针对以上要求：提出一种基于单片机的节能调光控制器，在其中嵌入了智能控制程序，通过计算当前照度和预定照度的差值，来调节灯的亮度补偿照度。有效的实现绿色照明。关键词：照度；节能；调光；单片机．中图分类号：ＴＰ３９ｌＡｎ文献标识码：ＡＢａｓｅｄ，文章编号：１００９－３０４４（２００８）３５—２２５８—０２ＯｉｌＡｄｊｕｓｔｉｎｇＬｉｇｈｔＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＭＣＵＤＡ［Ｊｉｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８０４。ｃｍｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔｉｓａｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｐｒｏｊｃｏｔｓ，ｔｈｅｍａｉｎｐｕｒｐｏｓｅｏｆｓｍｄｙ：ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｆｌａｉｌｕｆｉｎｇｏｆｎａｔｕｒａｌ“曲￡，ａ由ｕｓｆｉｎｇｌｉｇｈｔｓ，ｂｒｉｇｈｍｅＳｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔＯｓａＶ—ｉｎｇｅｎｅｒｇｙ，ｃｏｎｓｔａｎｔｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｅｎｊｏｙｍｅｎｔｏｆｎａｔｕｒａｌｌｉｇｈｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓ．ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ：Ａｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｉｎｔｈｅｓｍａｒｔｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｓｃｈｅｄｕｌｅｄｍａｒｇｉｎ，ａｄｊｕｓｔｔｈｅｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓｏｆｌｉｇｈｔｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｇｒｅｅｎｌｉｇｈｔｉｎｇ．ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｈｇｈｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ｉｔｉｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ。—ｓａｖｉｎｇ；ａｄｊｕｓｔｈｇｈｔ；ＭＣＵ１引言现今很多学校、办公室、地铁里等地方，对照度要求比较高，但是在大部分时间里，外部环境的照明很高，如果经常全功率连续开灯运行来学习，办公或者运营，既会造成电能的浪费又增加运营的成本。围家建设部对照明节能设计的要求是在保证不降低作业面视觉要求．不降低照明质量的前提下，利用电能，太阳能等能源，力求最大限度地减少照明系统中的能源损失。基于以上背景，本实验室研制了以白炽灯为照明器件的定量照度装置．在规定要求的照度内，引入外部环境光照补偿内部照度来达到需求的照度，既实现节能，又可以享受自然光照。２硬件电路的总体设计节能调光控制器以Ｐ８９Ｖ５１ＲＤ２ＢＮ单片机为核心。由测量照度电路，单片机，过零检测电路，可控硅调光电路，温度设定电路，液晶显示电路等组成，结构框架图如ｌ所示。１）测量照度电路：如图２所示，当光照照到硅光二极管上时，其上产生弱电流，经过Ｉ—Ｖ两级放大转换．产生可测量的电压，大小在０—５Ｖ。由于照在硅光二极管上的照度和转换后的电压晕现近似的线性关系，所以町以预先通过调节灯光照度，使其在硅光传感器的照度为１００Ｌｕｘ，然后保持该照度不变．调节可调电阻Ｒ５使输出Ｏｕｔ的电压０．５０Ｖ，接着保持Ｒ５不变，依次验证当硅光传感器的照度为２００一１０００Ｌｘ。Ｏｕｔ输出与其成线性关系的电压在ＩＶ一５Ｖ。２）Ｐ８９Ｖ５１ＲＤ２ＢＮ单片机：本控制器的核心，这款单片机功能非常强大，它是一款８０Ｃ５１微控制器，拥有６４ＫＢＦｌａｓｈ和１０２４字节的数据ＲＡＭ，支持并行和串行在系统编程（ＩＳＰ），这些功能给软件编写带来了极大的便利性。调光控制器就是用它的控制软件实现的。１．一肋捌图１结构框架图：３）照度设定电路：通过两个按键产生脉冲中断输入单片机来调节照度的设定值，每按一次凋节１Ｌ）【的照度。４）液晶显示：１６０１图形点阵式液晶显示模块，其每隔ｌｓ刷新液晶．显示设定照度，当前照度，节约电能。５）过零检验电路：由于是调节交流白炽灯的亮度．故需要过图２测量照废电路零检测电路。２２０Ｖ交流电压经变压器转换为１６Ｖ交流电压，再经全波整流转换成１００ＨＺ直流脉动电压，再通过三极管开通闭合，使电压过零点时，集电极输出高电平，不过零时输出低电平，然后将检测出的零点信号输入单片机。６）可控硅调光电路：通过光耦将照明强电电路和单片机控制信号进行隔离，防止其干扰单片机的正常工作，单片机定时定量输磐稿日期：２００８—０９—１６作者简介：戴杰（１９８２－），男，浙江瑞安人，硕士，主要研究方向：智能楼字自动化。２２５８－－计算机工疆应用技术－・・一－本栏目责任编辑：贾薇薇万方数据戴杰：基于单片机的节能调光控制器出高低电平控制信号来控制光耦的通断，由此控制可控硅的开启和闭合来进行白炽灯的调光。３软件设计３．１工作原理此控制器的测试照度的点是固定的，即照度传感器摆放的地点离照度器具的空间位置是固定不变的。假设预设照度不变，则有：Ｓ预设照度＝Ｓ外部照度＋Ｓ灯光照度当外部照度变强时，降低灯光照度；当外部照度降低时，增强灯光功率补偿照度。如此控制照度使其在调光后的总照度保持动态平衡，并与预设照度的差值在误差允许的范围之内。单片机程序将０－１０００Ｌｘ范围分成２０个等级．每个等级的照度值为５０的整数倍。当程序初始化完成后，程序将从ＡＤＣ转换器读取当前照度，然后将其和预设定的照度进行比较，当两者差值大于５０Ｌｘ时，程序将启动延时防抖子程序，每隔ｌｓ检查差值范围，总计记时时间为４ｓ．当其在４８时间内差值均超过５０Ｌｘ，则开启调光子程序，防抖子程序结束，调光子程宇先判断预进行调光等级范围．然后每１ｓ调光，均匀缓慢的变化照度．比如当前外部照度是２００Ｌｘ，预设照度是５００Ｌｘ．则照度差值是３００Ｌｘ。调光程序会每隔ｌｓ．调低５０Ｌｘ的照度，直到灯的照度达到３００Ｌｘ，才停止。反之，则判断为外部人为或者其他原因造成照度的瞬时变化，控制器将不进行调光程序。每隔ｌｓ刷新液晶模块当前显示当前照度，预设置照度和调光降低照度达到的节约电能。３．２节约电能的计算假设Ｒ可控硅导通后的正弦面积／全通正弦面积。则：谍羔＝掣ｃ鞠…朋一可知（１）（２）（３）Ｐ＝Ｒ・灯泡的额定功率Ｗ＝Ｐ・调光后灯泡工作的时间则节约的电能公式如下：为避免单片机进行复杂的数算，预先计算出ｅｏｓ竹／２０到１９＇ｎ／２０（间隔为ｅｏｓｌＴ／２０），再由（２）式计算出需用到的２０个Ｐ（其中Ｐ取０到灯泡的额定功率Ｐ额定，间隔为灯泡额定功率的１／２０），再根据（３）式按照分段查表法，算出Ｗ。３．３单片机控制可控硅导通角单片机控制导通角的时候，等待检测波形过零，然后启动定时器。当到达所要求的角度时，将输出控制位置置高电平．经过延时后，再置为低电平．一般脉冲宽度取３度到８度，宽度太窄会影响控制的可靠性，如果太宽，在导通角很小时，会影响后半周导通角的控制。３．４程序具体实现程序主要分为液晶显示模块，中断模块，调光模块，延时检测模块。计算节能模块。当初始化完成后．灯全功率运行，初始化的照度设定是５００Ｉｘ。主程序是一个ｗｈｉｌｅ的无限循环，其包括液晶显示模块，计算节能模块和关闭灯泡函数ＬｅｄＯｆｆ，液晶显示模块对时间精确性要求不高，它的功能函数：液晶显示函数Ｄｉｓｐｌａｙ，它将在检测１ｓ时间到的Ｄｉｓｐｌａｙ＿ｆｌａｇ后执行：计算节能模块的功能函数：ＣａｌＰｏｗｅｒ在检测到１ｓ时间到的Ｃａｌ＿ｆｌａｇ后，执行查表程序，然后叠加计算出总共节省的电能。函数ＬｅｄＯｆｆ在检测到Ｂｒｉｇｈｔ＿Ｆｌａｇ后，关闭灯泡。中断模块用到两个ｔｉｔｈｅｒ定时器：ｔｉｍｅｄ是产生ｌｓ定时器，当ｔｉｍｅｒｌ中断时要做的工作：读取ＡＤ转换完的照度函数：ＲｅａｄＡＤＥ，读取预设定的照度值ＲｅａｄＬｘ，设置１ｓ的液晶显示模块的ｆｌａｇ：Ｄｉｓｐｌａｙ＿曰ａｇ和计算节能的Ｃａｌｆｌａｇ。如果外部照度大于预设照度则设置Ｂｒｉｇｈｔ＿Ｆｌａｇ，反之当第一次检测到照度差值大于５０时则调用延时检测模块的调光延时防抖函数ＮｅｅｄＡｄｊｕｓｔ，，计数值Ｃｏｕｎｔ加１，当Ｃｏｕｎｔ值为４时，即，连续４次（４ｓ）确认照度差值大于５０，则设置需调光ｎａｇ：Ａｄ・ｊｕｓｔＦｌａｇ，并存储这４次的差值。调光模块函数Ａｄｊｕｓｔ：当检测到Ａｄｊｕｓｔ＿Ｆｌａｇ时，将储存的４次差值取平均值Ａｖｅｒａｇｅ后再增减５０．等待波形过零点ｗｈｉｌｅ（！Ｚｅｍ），然后开启Ｔｉｍｅｒ２定时器，中断时置位控制光耦信号进行调光，直到Ａｖｅｒａｇｅ的值在５０以内，则完成调光，并设置ｆｌａｇ：ＦｉｎｉｓｈＦｌａｇ；。具体的流程图如３、图４所示：图３主程序流程图图４调光子程序流程图（下转第２２６７页）本栏目责任编辑：贾张薇・一－－・计算机工程应用技术－ｔ２２５９万方数据付鹏飞等：基于ＲＦＩＤ的小区车辆管理系统签中的信息．并将之传递给电脑端。如果该车辆是经过认证的，则大门将自动打开，否则将不能通过。系统工作的流程为ｆ４］当车辆接近大门并进入读头的读取范围时，读头能够自动获取标签的信息并传送到监控中心的电脑上。系统在查找电脑中的数据库后，如果验证无误．监控相机会拍照并将信息存储到电脑中．随即大门升起允许车辆通过。如果车辆非法。系统将会发出警告声音给值班门卫，以便其做相应处理。系统的软件流程如图３所示。对于临时车辆可以发放Ｉ瞄时标签．等车辆出大门时候会有提示以便门卫回收。系统的操作界面有系统启动，临时数据输入，数据输入，数据删除。数据搜索和退出等功能。这些功能可以保证系统使用者能够更新或者修改存储在系统中的数据。经过现场测试．本系统能够成功地在１０米左右探测到车辆信息并按照流程完成预定目标。匦３结论本车辆管理系统基于ＲＦＩＤ技术，使用了ＵＨＦ频带．能够在１０米左右的范围内探测并读取标签的信息。方便对车辆管理．具有可靠性高、识别率高、安装维护简便等特点。系统不须人工干预，自动完成一系列现场数据的采集、比较和开关闸控制等工作，节省人力，提高了工作效率。零困图３车辆进出流程参考文献：【１】郎为民．射频识别（ＲＦＩＤ）技术原理与应用ｆＭ】．北京：机械工业出版社，２００６．【２】周晓光，王晓华，编著．射频识别（ＲＦＩＤ）技术原理与应用实例【Ｍ】．北京：人民邮电出版社，２００６．【３１３ＲｅｄｅｍｓｋｅＲ．，ＦｌｅｔｃｈｅｒＲ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＵＨＦＲＦＩＤｅｍｕｌａｔｏｒｓｗｉｔｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｏＲＦＩＤｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｄａｔａＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２００５．ＦｏｕｒｔｈＩＥＥＥＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎｔｒａｎｓｐｏｒｔ．ＡｕｔｏｍａｔｉｃＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ１７－１８Ｏｃｔ．２００５Ｐａｇｅ（ｓ）：１９３－１９８．【４】尼涛，杨宏，艾春安．基于ＲＦＩＤ技术的车辆管疆门禁系统设计【Ｊ】．工业控制计算机，２００５（９）．（上接第２２５９页）３．５实验测试表１实测的数据资料实验场景预设条件：保持实验测试照度的照度传感器是固定不变．预设照度为５００ｈ。实验测量的数据如表１所示。由上述测试数据可知．在预设照度为５００Ｉｘ的情况下，当当前照度不小于５００１ｘ时，控制器控制灯光处于熄灭状态。当当前照度小于５００ｌｘ时，调光后的误差小于５０Ｌｘ．说明控制器工作符合设计要求。４小结该节能控制器设计原理新颖．硬件电路简单，有很好的节电效果．由于采取了以单片机ＭＣＵ为核心．所以整个工作的重点在其软件的编写方面，这也增加整个系统的可维护性和扩展性．为后续的项目工作提供了支持。以后的项目将解决以下两个问题：‘１）当外部照度大于预定照度时，灯将关闭，但是需求预设照度没有得到定量上的满足，在后续的工作中将涉及到这一部分问题的解决，譬如控制窗帘降低照度．２）给出的系统调光只涉及到交流电。后续的工作将覆盖直流ＬＥＤ．高频灯的调光。参考文献：【１】刘建辉，冀常鹏．单片机智能控制技术｛Ｍ１■ｔ京：国防工业出版社，２００６．【２】刘文涛．单片机应用开发实例【Ｍ１．北京：清华大学出版社。２００５．【３１陈善荣，曾庆立．一种独特的照明智能控制器ＩＪ】．灯与照明，２００８（３）：３６—３９．本栏目贾任编辑：贾薇薇万方数据－＊・－，计算机工程应用技术，・２２６７基于单片机的节能调光控制器
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
戴杰， DAI Jie
同济大学,控制理论与控制工程系,上海,201804电脑知识与技术
COMPUTER KNOWLEDGE AND TECHNOLOGY2008，4(35)1次
参考文献(3条)
1.刘建辉.冀常鹏 单片机智能控制技术 20062.刘文涛 单片机应用开发实例 2005
3.陈善荣.曾庆立 一种独特的照明智能控制器[期刊论文]-灯与照明 2008(1)
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引证文献(1条)
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