基于單片機(jī)的調(diào)光控制器設(shè)計(jì)

摘要：文章詳細(xì)介紹了用單片機(jī)通過控制可控硅的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)白熾燈(純阻負(fù)載)亮度的基本原理和具體實(shí)現(xiàn)的方法。文中包括各部分的電路圖和必要的說明，并附有所使用的各主要元器件的資料。最后，本文還給出了本調(diào)光控制器的程序流程圖。
關(guān)鍵詞：調(diào)光；單片機(jī)；可控硅

1 調(diào)光控制器設(shè)計(jì)
在日常生活中，我們常常需要對燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本調(diào)光控制器通過單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)白熾燈(純阻負(fù)載)亮度的調(diào)整。雙向可控硅的特點(diǎn)是導(dǎo)通后即使觸發(fā)信號去掉，它仍將保持導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載電流為零(交流電壓過零點(diǎn))時(shí)，它會自動(dòng)關(guān)斷。所以需要在交流電的每個(gè)半波期間都要送出觸發(fā)信號，觸發(fā)信號的送出時(shí)間就決定了燈泡的亮度。
調(diào)光的實(shí)現(xiàn)方式就是在過零點(diǎn)后一段時(shí)間才觸發(fā)雙向可控硅開關(guān)導(dǎo)通，這段時(shí)間越長，可控硅導(dǎo)通的時(shí)間越短，燈的亮度就越低；反之，燈就越亮。
這就要求要提取出交流電壓的過零點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，確定觸發(fā)信號的送出時(shí)間，達(dá)到調(diào)光的目的。
1．1 硬件部分
本調(diào)光控制器的框圖如下：

控制部分：為了便于靈活設(shè)計(jì)，選擇可多次寫入的可編程器件，這里選用的是ATMEL的AT89C51單片機(jī)。
驅(qū)動(dòng)部分：由于要驅(qū)動(dòng)的是交流，所以可以用繼電器或光耦+可控硅(晶閘管SCR)來驅(qū)動(dòng)。繼電器由于是機(jī)械動(dòng)作，響應(yīng)速度慢，不能滿足其需要。可控硅在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電的無觸點(diǎn)控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時(shí)有火花產(chǎn)生，而且動(dòng)作快、壽命長、可靠性高。所以這里選用的是可控硅。
負(fù)載部分：本電路只能控制白熾燈(純阻負(fù)載)的亮度。
1．2 軟件部分
要控制的對象是50Hz的正弦交流電，通過光耦取出其過零點(diǎn)的信號(同步信號)，將這個(gè)信號送至單片機(jī)的外中斷，單片機(jī)每接收到這個(gè)同步信號后啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)程序，延時(shí)的具體時(shí)間由按鍵來改變。當(dāng)延時(shí)結(jié)束時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生觸發(fā)信號，通過它讓可控硅導(dǎo)通，電流經(jīng)過可控硅流過白熾燈，使燈發(fā)光。延時(shí)越長，亮的時(shí)間就越短，燈的亮度越暗(并不會有閃爍的感覺，因?yàn)橹貜?fù)的頻率為100Hz，且人的視覺有暫留效應(yīng))。由于延時(shí)的長短是由按鍵決定的，所以實(shí)際上就是按鍵控制了光的強(qiáng)弱。
理論上講，延時(shí)時(shí)間應(yīng)該可以是0～10ms內(nèi)的任意值。在程序中，將一個(gè)周期均分成N等份，每次按鍵只需要去改變其等份數(shù)，在這里，N越大越好，但由于受到單片機(jī)本身的限制和基于實(shí)際必要性的考慮，只需要分成大約100份左右即可，實(shí)際采用的值是95。
可控硅的觸發(fā)脈沖寬度要根據(jù)具體的光耦結(jié)合示波器觀察而定，在本設(shè)計(jì)中取20 μs。程序中使用T1來控制這個(gè)時(shí)間。
對兩個(gè)調(diào)光按鍵的處理有兩種方式：一種是每次按鍵，無論時(shí)間的長短，都只調(diào)整一個(gè)臺階(亮或暗)；另一種是隨按鍵時(shí)間的不同，調(diào)整方法不同：短按只調(diào)整一個(gè)臺階，長按可以連續(xù)調(diào)整。如前面所述，由于本設(shè)計(jì)中的臺階數(shù)為95(N=95)，如果使用前一種方式，操作太麻煩，所以用后者較為合理。