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2018年03月15日 | 单片机灯光自动控制系统分析
2018-03-15 来源：eefocus
利用单片机丰富的软硬件资源对各种广告牌多路灯光自动控制，与传统的电子线路控制器相比，具有可编程，体积小，控制灵活，操作方便，控制时间可变、可调等优点。
我们为某市邮政局设计并安装了上述单片机多路灯光自动控制系统。下面就该系统的软硬件设计作一介绍。
一、系统结构及工作原理
系统整体结构如图1所示。
8031单片机是该系统的核心部件。其主要功能是：①灯光控制的软件编程；②干扰信号的处理及复位；③光强及时间定时的检测及控制。
单片机的控制程序通过对光强或时间的检测，自动开启（夜间）或关闭（白天）灯光系统。利用路灯设备与8031内存控制位相对应，单片机通过P3. O(RxD)和P3. l(TxD)多功能口，利用串行通信方式O，实现不同控制代码的输出，从而完成了多路灯光设备各种变化的自动循环显示。
二、8031单片机控制系统功能分析
1．光强或时间的定时检测及控制
如图2所示，当8031单片机Pl.4的控制开关拨到+5 V时，系统的开启或关闭由光强控制。这时，当光线较强时（白天），光耦二极管电阻变小，三极管Ql导通，Pl.7为低电平。当光线暗时（夜间），光耦二极管电阻变大，三极管Ql截止，Pl.7为高电平。8031单片机控制程序每隔一定时间(约5 ms)采样Pl.7端的状态，然后根据其高低电平选择开启或关闭相应的灯光控制代码发送。图3中与光耦二极管并联的可调电位器可以调整三极管Ql的截止、导通状态，从而实现对光控的微调。
当Pl.4拨至接地状态时，8031单片机程序进入时间控制子程序，8031单片机把内部定时器0设置成日历时钟计数（其初值可以用按钮设置）。当程序查询到表格内的开启或关闭初值（表格的初值可通过按钮及数码管显示输入或修改）并与单片机时钟当前值相同时，则自动发送相应的开启或关闭输出控制代码。
2．双向可控硅控制电路
由于负载一般为大功率器件（电压从几百伏至上千伏，电流从几安培至几十安培），因此8031单片机工作部分与可控硅触发部分采用MOC3021双向可控硅输出型光耦合器。图4为1路可控硅触发控制电路。
式中：IGT为可控硅TR的最小触发电流，VGT为可控硅TR的最小触发电压，VTM为MOC3021输出压降(3 V)，VP为交流工作电压的峰值。
在使用中发现，当具有感性负载时，有时会引起可控硅误触发。经分析发现，当具有感性负载时，由于电压上升率d V／dt较大，在阻断状态下，可控硅的PN结相当于1个电容。当突然受到正向电压、充电电流过门极PN结时，起到了触发电流的作用，造成MOC3021的输出回路可控硅误导通。为此，我们对上述电路进行了修正，如图2所示。在输出回路加入R2和Cl组成RC回路，降低dV/dt。按照MOC3021的技术指标，允许最大的电压上升率dV/dt=10 V/s，结温上升时dV/dt下降，在极端的工作条件下，dV／dt=0.8 V／s。
同理，在TR输出端加上RC滤波网络，从而使TR输出电压上升率下降。
3．单片机工作回路的干扰及解决措施
由图1可知，光耦电路利用MOC4021将输出弱信号和输出强信号进行隔离，但在实际运行时，单片机系统仍有较强的干扰信号存在，常常出现死机或程序跑飞现象。分析认为，由于输出的大电流及电压均工作在开头状态，输出高次谐波通过电源回路对8031单片机产生了较大的影响，因此，我们设计了电源滤波电路及硬件复位电路，对电路的干扰进行了有效的控制。其中，硬件复位电路如图4所示。图中，74LS123为双路可触发单稳态多谐振荡器，通过外接电阻和电容，可产生不同宽度的正负脉冲。其真值表如下表所列。
由下表及图4可知：由于1脚A接地，2脚B接8031单片机Pl.O，正常运行时，循环程序不断从Pl.0发送代码信号，使2脚不断有上升沿出现。因此，13脚保持高电平，则5脚输出低电平，保持8031 RESET脚低电平的需要。当程序跑飞或死机时，2脚电位不再变化，使5脚产生一高电平脉冲，促使8031复位，重新启动。
三、系统结构特点及应用范围
该系统软硬件均采用模块百分比结构。l块控制板能控制16路输出。输出信号通过8031串行口RxD及TxD端经74LS164串人并出移位寄存器输出。因此，软件输出代码主上千路信号，硬件控制板根据需要可以任意扩充，只要电源电压功率相应增大即可。该系统可广泛应用于霓红灯、多路塑料管灯及多路色灯的控制。
另外，系统具有与微机串行口RS - 232的通信接口，必要时可与微机连接。这样，多路灯光控制参数及时间控制参数在微机上可随时修改，使控制变得更加灵活。
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