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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。 2 各單元電路及說明 2．1 交流電壓過零點信號提取 交流電壓過零點信號提取電路如圖2所示，圖中的同步信號就是我們需要的交流電壓過零點信號。各部分波形如圖3所示。 圖中整流后波形中的水平虛線表示光藕P52l輸入二極管的門限電壓。P521是TLP521的簡稱，下圖是其引腳圖。引腳圖中器件名的后綴“-1”表示包含一組光藕。 2. 2 主控單元 主控單元以AT89C51單片機為核心，交流電壓過零點信號提取電路中產生的同步信號SYN接到AT89C5l的INT0，此信號的下降沿將使AT89-C51產生中斷，以此為延時時間的起點。 三個按鍵只用于控制一路燈：一個為開關，另外兩個分別為提高亮度和降低亮度。 74HC573用于輸出控制可控硅的導通的觸發信號。 220V交流主電源導通區間、同步信號和觸發信號的時序關系如圖6所示。 圖中的陰影部分表示可控硅的導通區間，它的大小決定了燈的亮度。改變延時時間可改變觸發信號和同步信號的相位關系，也改變了可控硅的導通區間的大小，達到調光的目的。 2．3 驅動單元 圖中，L1_D是單片機輸出的觸發信號，該信號通過光控可控硅MOC3022去驅動可控硅T435。受控的白熾燈接在Ll和零線(圖中未畫出)之間。 MOC3022是DIP-6封裝的光控可控硅。其1、2腳分別為二極管的正、負極：4、6腳為輸出回路的兩端；3、5腳不用連接。如圖8所示。 T435-400是可控硅，“4”表示主回路電流是4A；“35”表示觸發端的最大電流是35mA，一般該端有最大電流的5％就可保證可靠地觸發。T435-400外型圖如圖9所示。 3 程序流程圖 4 結束語 本控制器使用了三個開關控制一路燈，主要是為了在教學過程中降低難度。也可改為一個開關控制一路燈，比如短按為開、關，第一次長按為降低亮度，連續的第二次長按為提高亮度等。電路不用改動，只需修改程序即可。 學生通過制作該調光控制器，可以掌握單片機、光藕和可控硅等方面的知識和使用技能，特別是后兩者，學生較少接觸。由于該調光控制器調光的效果比較好，對提高學生的學習興趣有很大幫助，教學效果良好。 |
