劇場燈光照明控制電路

蘇佳佳

哈爾濱固泰電子有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150060

1 立項的目的和意義

考慮人眼適應(yīng)光線的要求，本產(chǎn)品利用軟啟動（自動升壓）來控制劇場燈光的亮度。其主要功能器件為單片機AT89C51和晶閘管。

2 技術(shù)要求與內(nèi)容

1）兩位數(shù)字顯示；

2）延時 35μs～1ms；

3）能控制最大100W燈泡。

3 本產(chǎn)品的特點

1）采用軟啟動可以延長燈具的使用壽命；

2）漸明、漸暗控制消除了人眼對亮暗突變的不適應(yīng)感；

3）抗干擾能力強；

4）顯示電路采用共陽極數(shù)碼管，單片機的段輸出可以不加以驅(qū)動電路；

5）外圍電路簡單，實用價值高，操作安全方便；

6）性能價格比好。

4 采用的技術(shù)方案

簡要工作原理：首先電源供電為220V。輸入鍵為兩個觸點開關(guān)，控制燈光的漸亮與漸暗。按開燈鍵，51單片機執(zhí)行開燈動作程序。過零檢測，檢測到過零電壓告訴單片機，產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖控制晶閘管，從晶閘管開始承受正向電壓，到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)之前的電角度稱為控制角，晶閘管在一周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度成為導(dǎo)通角，在控制角增大的同時，晶閘管導(dǎo)通角逐漸減小，燈光逐漸暗；當按關(guān)燈鍵時，51單片機執(zhí)行關(guān)燈動作程序。過零檢測，檢測到過零電壓告訴單片機，產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖控制晶閘管，在控制角減小的同時，晶閘管導(dǎo)通角逐漸增大，燈光漸亮。顯示電路顯示延時時間。

這個方案的優(yōu)點為：產(chǎn)品外圍電路簡單，采用軟啟動可以延長燈具的使用壽命，漸明、漸暗控制，對人眼無刺激，抗干擾能力強，操作安全方便，成本低。

5 電路及其工作原理

5.1 .部分電路及其工作原理

5.1.1 負載部分（主電路部分）工作原理

～220V經(jīng)整流橋整流后，交流電變成有極性的直流電。為了使操作更加安全，在晶閘管之后加一個光電耦合器件進行隔離，這樣即抗干擾，又可以保護單片機。（其中燈泡，整流橋，晶閘管均為高壓）。電路接在單片機的P3.4口。

5.1.2 同步電壓形成部分工作原理

如果觸發(fā)電路和主電路不同步即每個周期的起點不一致，二者各按自己的規(guī)律變化規(guī)則，則輸出電壓無規(guī)則。為此在整流橋之前加一個帶中心軸頭的雙9V變壓器，這樣經(jīng)全波整流后，經(jīng)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，再經(jīng)穩(wěn)壓管削波，這樣在過零點時，保證了主電路也從零開始承受正向電壓使每周產(chǎn)生的第一個觸發(fā)脈沖的時間都一樣，使觸發(fā)電路與主電路取得了同步。

5.1.3 顯示部分工作原理

電路顯示部分為兩位數(shù)字顯示。P0口和P2口分別接兩個LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管，每筆畫工作電流ILED約在5mA～10mA之間，若電流過大會損壞數(shù)碼管，因此，必須加限流電阻，其阻值可按下式計算：

其中，U0為家在LED兩端電壓，ULED為LED數(shù)碼管每筆畫壓降（約2伏左右）。由于電路使用的是共陽極數(shù)碼管，單片機的段輸出可以不加驅(qū)動電路，從而簡化了電路，降低了成本。

5.1.4 延時時間控制部分工作原理

電路接在P1口，是一個八位預(yù)置開關(guān)，可以調(diào)整延時時間。

5.2 .整機電路工作原理

U2（漸亮按鈕），U3（漸暗按鈕）為兩個觸點開關(guān)，分別接在P3.2口與P3.5口，控制燈光的漸明、漸暗。按U2，單片機執(zhí)行開燈動作程序，同時檢查P3.3口是否有過零電壓，即過零檢測，若有電壓過零（延時時間為軟件程序確定），晶閘管主電路與過零電壓同步，晶閘管承受正向脈沖電壓，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，軟啟動開始，隨著晶閘管導(dǎo)通角的逐漸增大，燈逐級亮，直到達到一個最亮的穩(wěn)態(tài)；按U3，單片機執(zhí)行關(guān)燈動作程序，同時檢查P3.3口是否有過零電壓，即若有電壓過零，晶閘管主電路與過零電壓同步，晶閘管承受正向脈沖電壓，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，隨著晶閘管導(dǎo)通角的逐漸減小，燈逐級滅，直到達到一個最暗的穩(wěn)態(tài)。顯示電路顯示延時時間（延時時間為軟件程序確定），時間長短可由預(yù)置開關(guān)調(diào)整。

5.3 程序設(shè)計

開始置初值設(shè)置循環(huán)開始的狀態(tài)。對P3.4口清零，再初始化。判斷P3.2口是否為零，若不為零（無鍵按下）則返回到原地，若為零（有鍵按下）程序繼續(xù)執(zhí)行，繼續(xù)判斷P3.3口是否為零，即過零檢測，不是零則返回到原地，是零則延時N（N為0～255的整數(shù)，視為延時變亮，可由八位預(yù)置開關(guān)調(diào)整（顯示為N），觸發(fā)晶閘管后延時變量自動減一，M-1不等于零則返回到P3.3口，等于零則繼續(xù)執(zhí)行N-1程序，N不等于零返回到P3.3口，N等于零，晶閘管完全導(dǎo)通燈常亮；判斷P3.5口是否為零，若不為零（無鍵按下）返回到原地，若為零（有鍵按下）程序繼續(xù)執(zhí)行。判斷P3.3口是否為零，即過零檢測，不是零返回到原地，是零則延時N個35μs，觸發(fā)晶閘管，燈光漸暗，M為延時變亮，可由八位預(yù)置開關(guān)調(diào)整，觸發(fā)晶閘管后延時變亮自動減一，M-1不等于零則返回到P3.3口，等于零繼續(xù)執(zhí)行N+1程序，N不是最大則返回到P3.3口，N是最大，晶閘管完全關(guān)斷，燈長滅。

[1]鄭中杰.晶閘管變流技術(shù).機械工業(yè)出版社，1998.

[2]何立民.MCS-51系列單片機及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京航空航天大學(xué)出版社，1995.

[3]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.高等教育出版社，1997.