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标题: 新型数字硅控LED调光控制器 [打印本页]

作者: wxg1988 时间: 2012-9-11 16:21 标题: 新型数字硅控LED调光控制器

一．开发背景
现今LED发展相当迅速，随着使用的推广，使用范围也越来越广，对其配套设施也要求越来越高。对于可控硅控制调光的装置，原先的模拟元件的可控硅调节器，已经不能满足当今市场发展的需求。本方案针对此种现象，在工业控制的调功器的基础上，进行改进并重新设计，推出全新的数字调光控制。藉此为国人的LED事业贡献自己的一份力量。
二．性能指标
1.两个按键输入，调节输出占空比。
2.两位数码管显示，显示占空比。
3.485通讯接口，以实现远程控制。
4.提供内部温度检测，实现关键元件过温保护。
5.检测负载温度，实现自动减载控制。
6.对输入交流电压检测，实现输入补偿。
7.控制电路与主电路完全隔离，安全可靠。
三．方案简述
为了能够用数字的方式，对可控硅进行控制，使用两个按键作为控制设定输入，用两个数码管，作为可控硅占空比的显示。具有通讯控制功能，以支持物联网的需求。具有内部温度检测功能，检测内部关键元件,如可控硅的温度，当检测到温度超过设定值时，关闭可控硅输出，使得输出占空比为0。具有外部负载温度检测功能，当LED温度超过动作点时，执行此程序，对输出进行减载，直至实现热平衡，从而避免由于温度过高，造成LED光衰加速或部件损坏。
四．设计方案分解
主控制芯片，采用ATMEL公司的ATMEGAL48V，这是具有4K的FLASH，512RAM和256字节的EEPROM的高性能MCU。整机电源不采用阻容降压的方式，而是把供电电源和过零检测进行合成，采用一颗220VAC/9*2的变压器，因为设计整机工作电流约20mA，变压器功率约在1W左右，这样设计相对于阻容降压成本会高些，但把整机控制部分与主电路部分进行了完全隔离，不用担心安全性，而且对后期改进和电路的拓展带来很大的便利。

对于可控硅进行数字化控制，必须对控制的交流电压过零点进行检测，我通过检测9V交流电压，与地构成的过零比较器来实现零点的识别，比较器由LM393构成，在输出为低电平时，表示此时为过零点。通过电阻R8，R9，稳压管D3，D4分别对其限流,并限制正向差模输入电压为3.3V，反向电压输入电压为-0.7V，实现对比较器的保护。

在电路的可靠性设计上，考虑到可控硅比较耐大电流冲击，当大电流时会迅速发热的特点，备留了一个采样端口，用于采样可控硅表面温度，当其温度大于设定值时，关闭使其导通角为0.还备留了一个采样端口，作为外部LED温度检测，当LED温度超过设定温度时，可以按照预定的程序，对LED灯进行减载，直至恢复正常，或达到热平衡。

为了满足物联网控制的需求，本设计还预留了485通讯部分，通过485通讯，按照设计的协议，可以借助于无线网络或宽带，对LED进行控制，当然，这仅仅是一个扩展功能，不作为基本功能。

最后主控部分，采用经典的光耦MOC3063，作为隔离驱动电路，通过他来驱动双相可控硅。
显示部分采用7段双数码管共阴，为了节约，驱动端口由单片机直接驱动，采用动态扫描的方式进行控制。

电路原理图见附件
五.软件实现分析
ATMEGAL48V是一款高性价比的单片机，内置多种外设。
实现这个电路功能需要用到外部中断0和1，均为下降沿产生中断；内部定时器T0，产生1ms中断，用于数码管的动态显示扫描；内部定时器T1，按照参数设定值，在外部中断发生时置位，以实现对可控硅的延迟触发。
模数转换器中断是必须打开的，实现对外部负载温度采样和对内部关键器件温度的采样，采样出的数值再经判断处理执行相关程序；由于用到485通讯，所以串口USART中断也必须打开；这样一来，整个程序，共需打开6个中断。
外部两个按键采用扫描的方式读入，在有按键为低时，延迟10MS后，再读入，还是为低则执行处理程序，这样可以有效避免按键的抖动。
对于主程序控制部分，尽可能做到简单些，对那些对实时性要求不强的，可以按照循环方式进行控制的，放在主程序，把显示数据处理和显示程序可以放在定时器0的中断里进行处理。
对于可控硅输出占空比控制，分别放在两个外部中断里，以满足实时性控制要求，最大提高控制的计算精度。
具体细节部分，每个工程师的思维方式不一样，可能对程序架构不一样，但对这些小的东西来说，这些架构不太重要，关键的是做出稳定可靠的产品，这才是真正的王道！
主程序流程图，详见附件，个人观点，仅供参考。
也请大家多支持，谢谢大家！

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