用单片机实现光照度的PID调节(3)

天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计（论文）

低、结构简单、性价比较高等特点。

分控制器系统的外围接口电路由晶振、实时时钟芯片、可控硅控制电路、零点检测电路、看门狗电路、通信接口电路等组成。分控制器系统的硬件电路原理图如图所示。

+5VDS1302VCC1VCC23.6VBATTERY89C20511234530pF12MHzRSTX1X2GND20pF32.768KHz+5VVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.720191817161514131211+5V100ΩSCLKI/ORST/VppRXD/P3.0TXD/P3.1XTAL2XTAL1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5GND20pF+5V+5V1.5KΩD3+220nFVCC+5V3LM7805VOGND2220nFVI1678910DD110VD2~220V30pF-LM311D41KΩ1246MOC3021330Ω+5VWDORESETGNDMRVCCWDI7404BT131330Ω39Ω~220V0.01uFMAX813L

图 分控制器系统的硬件电路原理图

3.2.1时钟芯片的设计

本系统利用单片机89C2051和时钟芯片DS1302进行串行数据通信，读取和写入实时数据，用于定时控制照明灯具的启停。DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31日时可自动调整。

DS1302与单片机的连接仅需要3根线，即SCLK、I/O、RST。RST接在P1.7上，此引脚为高电平时，选中该芯片，可对其进行操作。串行数据线I/O与串行时钟线SCLK分别接在P1.5和P1.6上，所有的单片机地址、命令及数据均通过这两条线传输。在本系统中，89C2051为主器件，DS1302为从器件，主器件在总线上产生时钟脉冲、寻址信号、数据信号等，而从器件则相应接收数据、送出数据。对DS1302的每一次读写需16个时钟脉冲，前8个脉冲输入操作地址和读写命令。其中位7必须为1；位0为0时向芯片写入数据，为1时从芯片读出数据；位6～位1选定芯片中的地址。后8个脉冲写入或读出数据。

DS1302采用双电源系统供电，VCC1在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式下VCC2连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由两者中的较大者供电。当VCC1大于VCC2+0.2V时，VCC1给DS1302供电。当VCC1小于VCC2时，DS1302由VCC2供电。

天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计（论文）

3.2.2驱动电路的设计

这部分电路的设计采用单片机的I/O口灌电流的方法控制可控硅实现开关与调光控制，用光电耦合器M0C3021作为可控硅的驱动器，同时实现强、弱电的隔离。光电耦合器M0C3021通过一个非门与89C2051的P3.7口连接，当此脚输出高电平时，将会封锁住MOC3021，使双向可控硅BT131不导通，这样就会使照明灯关闭；当P3.7脚输出低电平时，使光电耦合器MOC3021打开驱动双向可控硅，从而将双向可控硅触发导通，这样就开启了所要控制的照明灯。对于照明灯的光照强度调节，这里采用PWM（Pulse Width Modulation）方式,即脉冲宽度调制的简称，PWM是一种周期一定而高低电平的占空比可以调制的方波信号，当输出脉冲周期一定时，输出脉冲的占空比越大相对应的输出有效电压越大。在一个周期内的脉冲宽度（导通时间）为T1，周期为T，波形如图所示。

T1TT2

图脉冲波形图

则输出电压的平均值为：

U=VCC×T1/T=αVCC

其中α=T1/T（正脉冲的持续时间与脉冲周期的比值）称为占空比，α的变化范围为

0≤α≤1，VCC为电源电压。

当电源电压VCC不变的情况下，输出电压的平均值U取决与占空比α的大小，改变α的大小就可以改变输出电压的平均值，这就是PWM的工作原理。灯泡的光照强度与加在灯泡两端的电压成比例，而灯泡两端的电压与可控硅的导通角成比例，这样通过调节PWM信号的占空比来控制可控硅的导通角。因此占空比越大，灯泡就越亮，当占空比α=1时，灯泡的光照强度最高。

由于89C2051单片机没有PWM信号输出功能，所以在这里采用单片机定时器配合软件的方法来实现PWM信号的输出。

使用PWM方法进行可控硅控制时，调制频率不能低于市电频率，因为当频率低于50Hz时，超过了人眼视觉暂留效应，用于调光将产生闪烁的现象。当调制频率大于市电频率，可控硅将处于连续导通状态而不能达到调压的目的，因此必须使用过零检测作为触发可控硅的基点。本系统中所使用的过零检测电路先由一个变压器将市电电压转换成10V左右的电压，经过整流、稳压后可作为系统工作电源，同时将变压器次级的同名端引出一根线连接到比较器LM311的正输入端，用以检测交流电的过零点，然后将过零信号送给单片机的P1.3口上。当检测到交流电的过零点时，就去触发双向可控硅，同时通过PWM信号的输出控制双向可控硅的导通时间，最终达到控制灯泡光照强度的目的。

天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计（论文）

3.3 RS485通信电路的设计

系统的有线通信方式采用RS485总线进行通信，RS485标准支持半双工通信，只需三根线就可以进行数据的发送和接收，同时具有抑制共模干扰的能力，接收灵敏度可达±200mV，大大提高了通信距离，在100K bps速率下通信距离可达1200m，如果通信距离缩短，最大速率可达10M bps。在这里使用的是主从式通信方式，主机由主控制器充当，从机为分控制器。主机处于主导和支配地位，从机以中断方式接收和发送数据，主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机，从机发送的信息只能为主机接收，从机之间不能直接通信。主机与从机的通信电路图分别如图与图所示。

89C5112345678131215143119189171620P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7INT1INT0T1T0EA/VPPXTAL1XTAL2RESETRDWRGNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RXDTXDALE/PPSEN403938373635343332212223242526272810113029+5V5.1KΩ5.1KΩ5.1KΩ470ΩMAX485ROVCC+5V3.3KΩ20Ω120Ω12V7VTLP521-4ABREDEADIGND20Ω3.3KΩ12V7VTLP521-4B+5V5.1KΩTLP521-4C5.1KΩ 图 主机通信电路图

天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计（论文）

+5V89C205112345678910RST/VppRXD/P3.0TXD/P3.1VCC201918171615141312115.1KΩ5.1KΩ5.1KΩ5.1KΩ470ΩMAX485ROVCCTLP521-4AREBDEADIGND20Ω3.3KΩ12V7V+5V3.3KΩ20Ω120Ω12V7VP1.7P1.6XTAL2P1.5XTAL1P1.4INT0/P3.2P1.3INT1/P3.3P1.2T0/P3.4P1.1/AIN1T1/P3.5P1.0/AIN0GNDP3.7TLP521-4B+5VTLP521-4C5.1KΩ 图 从机通信电路图

主机与从机选用的RS485通信收发器芯片为MAX485，它是MAXIM公司生产的用于RS 485通信的低功率收发器件，采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 μA，采用半双工通信方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。MAX485芯片内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当RE端为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE端为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可，主机与从机分别使用P2.6与P1.0脚进行控制；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在进行通信时只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，这里选用120Ω的电阻。 为了提高系统的抗干扰能力，采用光电耦合器TLP521对通信系统进行光电隔离。从机使用单片机的P1.0控制通信收发器MAX485的工作状态，平时置P1.0为低电平，使从机串行口处于侦听状态。当有串行中断产生时判别是否是本机号，若为本机地址则置P1.0为高电平，发送应答信息，然后再置P1.0为低电平接收控制指令，继续保持P1.0为低电平，使串行收发器处于接收状态；若不是本机地址，使P1.0为低电平，使串行收发器处于接收侦听状态。

3.4无线数传电路的设计

无线数据传输需要通过无线数传模块来实现。本系统选用的是上海桑锐电子科技有限公司生产的SRWF-1型微功率无线数传模块。该模块的通信信道是半双

天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计（论文）

工的，最适合点对多点的通信方式。单片机与无线数传模块之间可以进行信息的传送与回馈，即所谓的双向通信。

3.4.1无线数传电路的连接

主控制器与分控制器各使用一个无线数传模块，形成发送与接收的无线通信通道。模块的数据输入和输出端与单片机的串行口连接，即模块的串行数据发射端TXD与单片机的串行数据输入端RXD连接；模块的串行数据接收端RXD与单片机的串行数据输出端TXD连接。单片机与无线数传模块SRWF-1的电路连接如图所示。

89C5189C2051SRWF-1TXDRXDTXDRXDSGNDVCCGND+5V 图 单片机与无线数传模块的连接

3.4.2 SRWF-1模块

SRWF-1型微功率无线数传模块（如图所示）是上海桑锐电子科技有限公司采用高效FEC前向纠错技术结合高性能的无线射频IC, 以及高速微处理器相结合开发出的一款无线通信模块，该无线通信模块具有很强的抗干扰能力, 全透明传输, 体积小,功耗低传输距离远的特点, 客户使用时不需要任何编码技术。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库用单片机实现光照度的PID调节(3)在线全文阅读。