智能照明系统电路模块设计 电路图, 智能, 电源

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智能照明控制系统的智能化主要体现在两大功能模块上，一个是智能调光装置，另一个就是光照度的检测、显示及补偿装置。下面主要就这两方面来介绍智能照明系统的硬件设计，但这里要特殊申明的是，由于各种原因在硬件的具体制作与实验方面，本人只制作了照度检测、显示及补偿的演示装置。
　　电源电路设计
　　本系统主要采用＋-12V电源和+5V电源，电路图如图所示：

　　主控制电路设计
　　AT89S51的RST引脚为复位引脚，只要在RST引脚上出现两个机器周期以上的高电平，即可实现复位。本设计采用的是按键复位，如图3-2所示，当按下按键后，电容被短路，RST引脚就处于高电平，就可以达到复位的目的。

　　图3-2 复位电路

　　AT89S51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振），就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图3-3所示。图中，两个电容起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在20-30pF。晶振频率的典型值为6MHz或12MHz，设计中电容取30pF，晶振为12MHz。

　　图3-3 晶振电路

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　　本设计中单片机的各管脚的控制功能阐述如下：1、P0口是一组双向I/O端口，它分时提供低8位地址和8位双向数据。在设计中P0.0～P0.7接上发光二极管后与八个上拉电阻相连，用于模拟照度补偿。2、P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。本设计中P1口与两个LED数码管相接，构成光照度显示部分。

　　图3-4 主控制电路

　　3、P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。设计中，P2.2-P2.4用于外接A/D转换芯片，P2.0和P2.1用于三极管的驱动，P2.5用于采用PWM方式调光，P2.6和P2.7用于实现手动与自动切换及手动调光功能。
　　4、P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在整个系统中，这8个引脚 还具有专门的第二功能。本设计中用到P3.0和P3.1作为串口输出，RXD与TXD与电平转换芯片MAX232相连，信号经过电平转换后在PC机连接，通过光照度监控系统对光照度进行计算机监控。具体见上图3-4所示
　　数据采集及处理电路
　　本设计中选择光敏二极管作为光照检测元件，具体电路如图3-5所示：

　　显示电路设计

　　本设计采用LED动态显示方式，使用两个LED数码管进行显示，数码管是共阳极接法，分别显示个位和十位数据。a～h分别与P1口的八根I/O线相连，低电平有效，形成段选线多路复用，它们的公共端则由PNP型三极管8550控制。如果8550导通，则相应的数码管就可以亮，而如果8550截止，则对应的数码管就不能亮，8550是由P2.0，P2.1控制的，这样我们就可以通过控制P2.0、P2.1达到控制某个数码管亮或灭的目的。此外三极管还具有驱动作用，能够使数码管亮度加强。如图3-9所示。
　　照度补偿电路设计

　　通过数码管显示的电压值，能够反应出光照度的大小，因而就可以根据数码管的显示来进行照度补偿。本设计中利用8个发光二极管作为照度补偿的演示，通过制作表格，建立起电压值和发光二极管点亮的个数两者之间的关系，如下表3.2所示：
　　调光电路

　　本设计中采用PWM方式进行灯光调节，主要采用软件来实现。调光分智能调光和手动调光，通过P2.6和P2.7端口来控制。
　　串行接口电路设计
　　为了使设计的电路更加智能化，能够与当今社会接轨，能够使人们随时地对光照度进行监控，本设计还设置了单片机与PC机的串行通信接口电路，为今后的网络化控制预留了空间。设计中采用单片机作为下位机，PC机作为上位机，利用MAX232作为电平转换来进行串行通讯。 MAX232是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器，MAX232芯片内部含有一个电容性电压发生器，可把输入的+ 5V 电源变换成为RS232 所需的±10V 电压，所以采用此芯片接口的串行通讯系统只要单一的+ 5V 电源即可。该芯片取用了16引脚的双列直插式封装。

　　图3-14 串行接口电路

　　硬件设计过程中控制器是系统的核心部分，它能够控制系统的信号的采集及处理功能，它的性能的好坏决定着系统设计的成败与否，因此，必须对主控制器从功能和应用性能进行选择。可选用控制器主要有可编程控制器（PLC）、单片机两类，它们各有自己的有缺点。
　　可编程控制器（PLC）是专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。它的主要功能是逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、PID控制、数据控制、通信和联网等。因此它的抗干扰能力强，工作可靠，但其无法读取外部存储器的数据。而本文智能照明控制系统要实现对照明的人性化管理，也就是根据人的控制输入出现相应的照明场景和自动执行相应控制输出相结合，具备很大的灵活性。方便修改相应的场景参数，易于功能扩展，还可以与PC机以及与其它单片机进行通信。