摘  要： 以AT89C52單片機為核心研制的新型節(jié)電照明控制系統，給出了系統的工作原理、硬件結構和軟件流程。
　　關鍵詞： 照明  控制  節(jié)電  AT89C52單片機

 　　能源的開發(fā)和控制是一個世界性的課題，直接關系到人類的生存和發(fā)展。電能是應用最廣的一種能源方式，也是能源消耗中最主要的組成部分。目前我國電力工業(yè)發(fā)展速度很快，但是電力供應不足和用電效率低下的狀況依然比較嚴重。因此推行照明節(jié)電技術節(jié)約電能是改善電力負荷緊張狀況的主要途徑之一。我國照明用電約占總發(fā)電量的12%左右，且以低效照明為主，因此成為終端節(jié)電的主要對象之一。照明用電大都屬于峰時用電，由此可見，照明節(jié)電具有節(jié)約電量和緩解高峰用電的雙重作用。
1 系統工作原理
　　提倡照明節(jié)能，不等于降低對視覺作業(yè)的要求和降低照明質量。照明節(jié)能的基本原則應是保證不降低工作場所的視覺要求，在保證照度標準和照明質量的前提下，力求減少照明系統中的能量損失，最有效地利用電能。
根據理論計算和實驗測量，電壓與燈源的功率關系為：

　　從上述可知，降壓節(jié)電是一種切實可行的方法，不僅節(jié)約了電能，而且穩(wěn)定了電壓，延長了燈泡的使用壽命，達到了雙重意義上的節(jié)能。
　　根據日光燈的特性，在啟動時需要瞬時高壓才能發(fā)光，啟動后僅需要較低的電壓就可以維持。節(jié)電控制器便是利用日光燈的這個特性，在電網上電初始階段，以220V電壓輸出，等日光燈運行穩(wěn)定后再降到200V、190V或180V低電壓輸出。
　　節(jié)電控制器的工作模式為：節(jié)電器開始工作后，首先以滿電壓在預設的預熱時間段內運行（參見圖1的a段）；預熱時間過后，節(jié)電器的輸出電壓開始平滑下降（參見圖1的b段），直至輸出電壓降至預設的節(jié)電水平，并保持這一水平穩(wěn)定運行（參見圖1的c 段）。當節(jié)電水平設置值改變或節(jié)電控制信號斷開，輸出電壓將改變?yōu)樾碌墓?jié)電水平或恢復滿電壓輸出（參見圖1的d段）。

2 系統硬件設計
　　整個系統硬件結構框圖如圖2所示。它包括強電部分、單片機及其外圍電路、電流采樣電路、電壓采樣電路和驅動電路等。

2.1 電氣組成
　　系統強電部分有一部三抽頭變壓器，輸入為220V交流電，輸出分別為200V、190V、180V，再加上220V，一共四級。分別由繼電器J2、J3、J4和J1控制?？赏ㄟ^控制閉合特定的繼電器，達到控制輸出電壓的目的。繼電器J5連接限流器接在變壓器兩端。電流過大時，繼電器J5閉合分流，從而使流過變壓器的電流不至于過大。
2.2 單片機及其外圍電路
　　單片機選用AT89C52，其內含256B的RAM，32條I/O線，3個16位定時器/計數器，且自帶8KB的電擦除E2PROM，用以保存控制程序。用ADC0809作為模數轉換器，實現對電流、電壓由模擬量向數字量的轉換，時鐘是單片機的ALE經D觸發(fā)器縮頻，控制口由P2.7、WR、RD和或非門組成的標準控制電路，結果輸出采用延時方式，延時大約為180μs。單片機的P0口與ADC0809的輸出端口連接，讀取AD轉換后的結果。
2.3 電流、電壓采樣電路和驅動電路
　　系統根據電網的電壓和電流，作出相應的控制策略。所以采樣是必不可少的。用電流互感器作為電流檢測元件，能夠反映主電路中的電流，并能將控制電路與主電路隔離，從而提高安全性，降低干擾。互感器中的電流經過整流、電流電壓轉換、濾波，校準后，輸出給模數轉換器ADC0809。
　　電壓采樣通過變壓器采集電網電壓，變壓器也具有隔離作用，采集到的電壓經過整流、濾波，校準后輸出給ADC0809。
單片機輸出脈沖經隔離、功率放大后可直接接到繼電器控制級，控制繼電器。為降低來自電網的干擾，由單片機I/O線產生的觸發(fā)脈沖，必須經隔離后送至繼電器的控制電路中。繼電器J1～J4工作時，在同一時刻最多只有一個繼電器閉合，所以共有八種狀態(tài)。單片機的三路（P1.0～P1.2）經三八譯碼器轉換后可得到八路控制信號，這些信號經放大后用于控制繼電器動作。不需要繼電器動作時，可由P1.3關閉三八譯碼器的輸出。
2.4 X5045
　　由于系統參數較多，所以選用一片X5045，它含有512個8位E2PROM，以串行方式與單片機通信，可以對設定參數進行斷電保存，其片內的SPI存儲器用于存放預設節(jié)電水平值和運行時段設置值。另外它還包括一個可編程的看門狗定時器和低電壓檢測電路，能夠保護單片機可靠地運行。
3  系統軟件設計
　　本程序采用模塊化設計思想，以主程序為核心設置了很多功能模塊子程序，使大量的功能在子程序中實現，簡化了設計結構。運行過程中通過主程序調用各功能模塊子程序。程序主框架圖和主程序流程圖分別如圖3和圖4所示。 該系統的工作流程包括三部分：系統初始化，系統進入延時狀態(tài)，系統達到并穩(wěn)定在節(jié)電狀態(tài)。系統初始化用來設置看門狗定時器、讀入系統變量以及初始化數據。其結構如圖5所示。

　　軟件主要需完成三個功能模塊：按鈕、顯示模塊實現相應信號從單片機輸入和輸出；控制信號模塊實現控制信號的編碼輸出；外部輸入模塊實現控制模塊對外部控制信號的接收。
　　由于實際使用環(huán)境的復雜性及存在著各種各樣的干擾因素，因此系統的可靠性需使用抗干擾技術來維持。這里用到的抗干擾技術是看門狗技術（WDT），WDT能防止“跑飛”。“跑飛”指PC值超出應用程序區(qū)，將非程序中的數作為指令碼運行。WDT看門狗的運行能使程序在“跑飛”狀態(tài)下產生復位信號，有效防止程序“跑飛”。
4  結束語
　　本文研制的節(jié)電系統設計原理新穎，硬件簡單，有很好的節(jié)電效果。
　　實驗證明，該節(jié)電器的節(jié)電效率為25％左右。該系統不僅具有節(jié)電、延長燈泡壽命的功能，而且能使日光燈在電壓波動范圍較大的情況下穩(wěn)定運行。由于該系統采用了單片機控制，所以具有較高的性能價格比和柔性，即可以根據實際情況進行變更和擴展，提高了系統靈活性和適應性，有利于應用和推廣。
參考文獻
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