基于單片機的調光控制器設計

摘要：文章詳細介紹了用單片機通過控制可控硅的導通角來調節白熾燈(純阻負載)亮度的基本原理和具體實現的方法。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，本文還給出了本調光控制器的程序流程圖。
關鍵詞：調光；單片機；可控硅

1 調光控制器設計
在日常生活中，我們常常需要對燈光的亮度進行調節。本調光控制器通過單片機控制雙向可控硅的導通來實現白熾燈(純阻負載)亮度的調整。雙向可控硅的特點是導通后即使觸發信號去掉，它仍將保持導通；當負載電流為零(交流電壓過零點)時，它會自動關斷。所以需要在交流電的每個半波期間都要送出觸發信號，觸發信號的送出時間就決定了燈泡的亮度。
調光的實現方式就是在過零點后一段時間才觸發雙向可控硅開關導通，這段時間越長，可控硅導通的時間越短，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，并以此為基礎，確定觸發信號的送出時間，達到調光的目的。
1．1 硬件部分
本調光控制器的框圖如下：

控制部分：為了便于靈活設計，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。
驅動部分：由于要驅動的是交流，所以可以用繼電器或光耦+可控硅(晶閘管SCR)來驅動。繼電器由于是機械動作，響應速度慢，不能滿足其需要。可控硅在電路中能夠實現交流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時有火花產生，而且動作快、壽命長、可靠性高。所以這里選用的是可控硅。
負載部分：本電路只能控制白熾燈(純阻負載)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的信號(同步信號)，將這個信號送至單片機的外中斷，單片機每接收到這個同步信號后啟動一個延時程序，延時的具體時間由按鍵來改變。當延時結束時，單片機產生觸發信號，通過它讓可控硅導通，電流經過可控硅流過白熾燈，使燈發光。延時越長，亮的時間就越短，燈的亮度越暗(并不會有閃爍的感覺，因為重復的頻率為100Hz，且人的視覺有暫留效應)。由于延時的長短是由按鍵決定的，所以實際上就是按鍵控制了光的強弱。
理論上講，延時時間應該可以是0～10ms內的任意值。在程序中，將一個周期均分成N等份，每次按鍵只需要去改變其等份數，在這里，N越大越好，但由于受到單片機本身的限制和基于實際必要性的考慮，只需要分成大約100份左右即可，實際采用的值是95。
可控硅的觸發脈沖寬度要根據具體的光耦結合示波器觀察而定，在本設計中取20 μs。程序中使用T1來控制這個時間。
對兩個調光按鍵的處理有兩種方式：一種是每次按鍵，無論時間的長短，都只調整一個臺階(亮或暗)；另一種是隨按鍵時間的不同，調整方法不同：短按只調整一個臺階，長按可以連續調整。如前面所述，由于本設計中的臺階數為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。