基于單片機(jī)的220V無(wú)線遙控調(diào)光系統(tǒng)

趙浩臣 楊之陽(yáng) 劉倩

【摘要】系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為主控芯片，單片機(jī)通過(guò)外部中斷檢測(cè)電路系統(tǒng)整流后的交流過(guò)零點(diǎn)，采用延時(shí)觸發(fā)的方式，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，可控硅能夠?qū)涣麟娫吹膶?dǎo)通進(jìn)行無(wú)觸點(diǎn)連續(xù)控制，以小電流控制大電流，且動(dòng)作快、壽命長(zhǎng)、可靠性高。系統(tǒng)使用無(wú)線遙控模塊PT2262/2272與單片機(jī)建立通信，通過(guò)不同的延時(shí)程序調(diào)節(jié)可控硅相位角來(lái)實(shí)現(xiàn)220V白熾燈亮度的調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);可控硅;無(wú)線控制;亮度調(diào)節(jié)

1.引言

遙控技術(shù)憑借其帶給人類的方便已在我們的生活中普及開(kāi)來(lái)，比如：汽車(chē)電子鎖、遙控玩具、遙控器等，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，處處都可以?jiàn)到它的影子。近年來(lái)，遙控技術(shù)在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信理論、電子元器件發(fā)展的基礎(chǔ)上，得到了極其迅速的發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想來(lái)源于我們的日常生活中：在人類科技飛速發(fā)展的今天，智能、高效、節(jié)能成了當(dāng)下科技發(fā)展的前提?；诖?，在日常生活中我們有時(shí)需要對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是，在光源距離、高度、電壓等因素的影響下，我們很難隨時(shí)隨地根據(jù)生產(chǎn)生活的需要來(lái)調(diào)節(jié)光源，在此情況下，無(wú)線遙控調(diào)節(jié)照明光源的亮度會(huì)使我們的生活更加智能化。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了該電路系統(tǒng)。

2.無(wú)線遙控電路模塊

無(wú)線電遙控器（RF Remote Control）是利用無(wú)線電信號(hào)對(duì)遠(yuǎn)方的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的遙控設(shè)備。常見(jiàn)的無(wú)線電發(fā)射接收模塊常用的無(wú)線電遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。發(fā)射部分一般分為兩種類型，即遙控器與發(fā)射模塊，遙控器和遙控模塊是對(duì)于使用方式來(lái)說(shuō)的，遙控器可以當(dāng)一個(gè)整機(jī)來(lái)獨(dú)立使用，對(duì)外引出線有接線樁頭;而遙控模塊在電路中當(dāng)一個(gè)元件來(lái)使用，根據(jù)其引腳定義進(jìn)行應(yīng)用，使用遙控模塊的優(yōu)勢(shì)在于可以和應(yīng)用電路天衣無(wú)縫的連接、體積小、價(jià)格低。接收部分一般來(lái)說(shuō)也分為兩種類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱超再生檢波電路，它實(shí)際上是工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差式解調(diào)電路與超外差收音機(jī)相同，它是設(shè)置一本機(jī)振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號(hào)，與接收到的載頻信號(hào)混頻后，得到中頻信號(hào)，經(jīng)中頻放大和檢波，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號(hào)。由于載頻頻率是固定的，所以其電路要比收音機(jī)簡(jiǎn)單一些。超外差式的接收器穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力也相對(duì)較好;超再生式的接收器體積小、價(jià)格便宜。

為了實(shí)現(xiàn)遙控的功能和控制功能的齊全，我們選取市面上使用較廣的PT2262/2272無(wú)線模塊，其特點(diǎn)是：使用方便，價(jià)格低廉。

2.1 無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)

無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)電路，如圖1所示：主要采用PT2262芯片來(lái)完成，電路PT2262對(duì)按鍵信號(hào)進(jìn)行編碼，可以控制4個(gè)通道。圖中PT2262的1-8腳是編碼地址端，每個(gè)地址端可以設(shè)定“高電平”（該腳接12V）、“低電平”（該腳接地）、“懸空”三種狀態(tài)。10-13腳是編碼的數(shù)據(jù)輸入端D3-D0（使用4位數(shù)據(jù)），在每個(gè)數(shù)據(jù)端連接了一個(gè)按鍵，用以控制不同的設(shè)備。當(dāng)按下按鍵后，按鍵將12V的電壓加到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)端，同時(shí)數(shù)據(jù)端信息通過(guò)晶振將信號(hào)并發(fā)射出去。PT2262將會(huì)根據(jù)地址碼的設(shè)定和輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，從17腳輸出編碼脈沖。無(wú)線通信受編碼脈沖控制，當(dāng)17腳脈沖為“l(fā)”時(shí)，V1組成的振蕩器工作，產(chǎn)生315MHz的高頻信號(hào)并發(fā)射出去;當(dāng)17腳輸出脈沖為“0”時(shí)，Vl組成的振蕩器停止工作。

圖1 無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)

2.2 無(wú)線接收系統(tǒng)

無(wú)線接收系統(tǒng)電路，如圖2所示：接收系統(tǒng)電路主要由接收模塊（包括射頻模塊、芯片PT2272及外圍電路）。PT2272的1-8腳是解碼地址端，每個(gè)地址端可以設(shè)定“高電平”（該腳接5V）、“低電平”（該腳接地）、“懸空”三種狀態(tài)，該解碼地址的設(shè)定與PT2262的地址編碼相對(duì)應(yīng)。當(dāng)射頻模塊接收到由發(fā)射電路發(fā)出的信號(hào)后，PT2272進(jìn)行地址碼比較核對(duì)（解碼），若地址碼核對(duì)正確，則發(fā)射模塊TE腳（編碼啟動(dòng)端用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效）發(fā)出的信號(hào)經(jīng)接射頻模塊由Din腳（14引腳）進(jìn)入PT2272，同時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)PT2272的數(shù)據(jù)輸出腳D0-D3（10-13腳）進(jìn)入單片機(jī);反之PT2272的數(shù)據(jù)輸出腳則無(wú)任何動(dòng)作。當(dāng)信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)后，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析并作出相應(yīng)的控制。

圖2 無(wú)線接收系統(tǒng)

3.交流負(fù)載的控制方案

由于系統(tǒng)遙控對(duì)象是連接220V市電的交流負(fù)載（白熾燈），為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)光源亮度的目的，通?？蛇x取的控制方案有：繼電器控制和光耦+可控硅控制。繼電器控制為觸點(diǎn)控制，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)頻繁的快速通斷極易消耗繼電器的電氣壽命，而可控硅在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交流電源導(dǎo)通的無(wú)觸點(diǎn)連續(xù)控制，以小電流控制大電流，且動(dòng)作快、壽命長(zhǎng)、可靠性高。所以這里選用的是光耦+可控硅控制[1]。

可控硅需要給脈沖后才能導(dǎo)通，在電路過(guò)零后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)斷。所以我們使用單片機(jī)給可控硅觸發(fā)脈沖使其導(dǎo)通[2]。

由于系統(tǒng)采用的是單片機(jī)延時(shí)給脈沖的工作方式，必須準(zhǔn)確計(jì)算延時(shí)的時(shí)間，每次延時(shí)必須從工頻信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)開(kāi)始算起，因此單片機(jī)需準(zhǔn)確采集工頻信號(hào)的零點(diǎn)。為了得到交流電的過(guò)零點(diǎn)，我們需要對(duì)220V市電進(jìn)行整流，交流電經(jīng)過(guò)整流后形成周期為10ms的半波信號(hào)[3]，如圖3所示：

圖3 整流信號(hào)波形圖

整流電路中我們使用DB107整流橋，整流信號(hào)經(jīng)過(guò)光藕隔離器TLP52l后會(huì)輸出一個(gè)頻率為100Hz的脈沖信號(hào)，脈沖對(duì)應(yīng)工頻信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)。此脈沖信號(hào)被單片機(jī)外部中斷INT0（P3.2口）捕捉后，單片機(jī)開(kāi)始延時(shí)計(jì)算[4]。

根據(jù)延時(shí)的大小不同，可控硅導(dǎo)通時(shí)間也各不相同。下圖4中的陰影部分表示可控硅的導(dǎo)通區(qū)間，它的大小決定了燈光的亮暗程度。改變延時(shí)時(shí)間可改變觸發(fā)信號(hào)和同步信號(hào)的相位關(guān)系，也就是改變了可控硅導(dǎo)通的相位角，通過(guò)改變可控硅相位角來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光的目的。

圖4 同步和觸發(fā)信號(hào)關(guān)系圖

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)上述分析可知，電路由：無(wú)線發(fā)射接收部分、交流驅(qū)動(dòng)控制部分、負(fù)載部分等組成，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖5所示：

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

5.總結(jié)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)生活需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以白熾燈為實(shí)驗(yàn)光源，通過(guò)無(wú)線遙控模塊PT2262/2272與單片機(jī)建立通信，以可控硅為開(kāi)關(guān)器件，在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置不同時(shí)刻的延時(shí)程序來(lái)改變可控硅導(dǎo)通的相位角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)220V光源亮暗程度的調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光源長(zhǎng)距離、多調(diào)光級(jí)的無(wú)線遙控調(diào)節(jié)功能，方便了生產(chǎn)生活，也為之后我們對(duì)其他光源遙控技術(shù)的研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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