光傳感器ISL29004在智能照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

針對智能照明控制系統(tǒng)中照度檢測的問題，提出一種基于ISL29004的多路照度檢測方案。介紹一種采用該方案的智能照明控制設(shè)備，該設(shè)備以單片機(jī)P87LPC768為控制核心，采用具有I2C總線接口的ISL29004進(jìn)行照度檢測，使用準(zhǔn)雙向I2C總線緩沖器P82896對I2C總線進(jìn)行驅(qū)動擴(kuò)展，在簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多路照度檢測以及自動照明控制。
關(guān)鍵詞：照明控制；ISL29004；I2C總線；P82B96

隨著人們生活水平的提高，人們對照明控制的要求越來越高，如營造舒適的照明環(huán)境、節(jié)約電能、提高光源壽命等。為了提高工作環(huán)境的舒適性，照明控制系統(tǒng)采取光傳感器，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的照度自動控制照明設(shè)備，從而使照度控制在舒適的范圍內(nèi)。
在傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)中，往往采用普通光傳感器結(jié)合A／D轉(zhuǎn)換器(ADC)的方案。一方面由于光傳感器檢測到的光信號既包含可見光成分又有紅外光成分，在設(shè)計(jì)中要考慮濾除紅外光對光傳感器檢測結(jié)果的影響，并且由于采用了分離的器件，因此導(dǎo)致設(shè)計(jì)比較復(fù)雜；另一方面，對照度的檢測范圍比較局限，不利于實(shí)現(xiàn)多路照度檢測從而對同一場所內(nèi)多個(gè)照明設(shè)備實(shí)施分區(qū)域控制。在此提出了基于ISL29004的多路照度檢測方案，以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并采用單片機(jī)P87LPC768作為智能照明控制設(shè)備的控制核心，以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)照明設(shè)備進(jìn)行分區(qū)域控制，在節(jié)能的同時(shí)營造更舒適的照明環(huán)境。

l I2C器件ISL29004
1．1 I2C總線概述
I2C總線是PhiIips公司推出的芯片間串行傳輸總線，以二線傳輸，其總線上所有的節(jié)點(diǎn)，如主器件(單片機(jī)、微處理器)、外圍器件、接口模塊等都連接到同名端的SDA和SCL上，實(shí)現(xiàn)了完善的半雙工同步數(shù)據(jù)傳送，可以方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。I2C總線采用器件地址的硬件設(shè)置方法，通過軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法，從而使硬件系統(tǒng)具有簡單靈活的擴(kuò)展方法。
I2C總線傳輸數(shù)據(jù)必須遵循規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸格式，數(shù)據(jù)傳輸由主控器控制，主控器啟動數(shù)據(jù)的傳輸、發(fā)送起始信號、尋址信息以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號，被控器進(jìn)行必要的應(yīng)答。
1．2 光傳感器ISL29004
ISL29004是新一代光一數(shù)字傳感器，集成了電流放大器、用于消除人為光閃爍的50 Hz／60 Hz抑制濾波器和16位adc，能將光照度轉(zhuǎn)化成簡便易用的16位、I2C標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號，為用戶提供了單芯片解決方案。ISL29004內(nèi)部有2個(gè)光敏二極管，二極管1檢測環(huán)境中可見光和紅外光總的照度，二極管2只檢測環(huán)境中紅外光照度，兩個(gè)二極管的光譜響應(yīng)是互不依賴的。用戶可以通過編程控制adc的工作模式，既可以僅輸出光敏二極管1或2的檢測結(jié)果，在模式2下還可以輸出經(jīng)內(nèi)部減函數(shù)計(jì)算的濾除紅外光影響的結(jié)果。ISL29004內(nèi)有8個(gè)8位的寄存器，1個(gè)命令寄存器，1個(gè)控制寄存器，2個(gè)中斷閾值寄存器，4個(gè)只讀數(shù)據(jù)寄存器。命令寄存器可以設(shè)定ADC的工作模式以及分辨率；控制寄存器可以調(diào)整增益從而選擇照度檢測范圍；只讀數(shù)據(jù)寄存器LSB_Sensor和MSB_Sensor可以讀取ADC最近的數(shù)字輸出；只讀數(shù)據(jù)寄存器LSB_timer和MSB_timer可以讀取ADC最近一次積分的周期數(shù)。8個(gè)寄存器的地址依次為00H～07H。
ISL29004有2個(gè)I2C接口地址選擇引腳A0，A1，可以在1條I2C總線線路上安裝4個(gè)ISL29004，并且可以和其他I2C外圍節(jié)點(diǎn)共存。

2 硬件結(jié)構(gòu)以及工作原理
2．1 總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。單片機(jī)P87LPC768作為I2C總線的主控器，ISL29004作為被控器，4個(gè)ISL29004的設(shè)備地址依次為：44H～47H，通過ISL29004的地址引腳A1，A0進(jìn)行設(shè)置。在系統(tǒng)中，使用了準(zhǔn)雙向I2C總線緩沖器P82896對I2C總線進(jìn)行驅(qū)動擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)I2C總線的遠(yuǎn)距離傳輸，拓展了照度采集距離；P87LPC768的I2C總線經(jīng)P82896緩沖器擴(kuò)展后通過雙絞線和遠(yuǎn)端的P82896以及ISL29004連接。與4組照度采集電路相對應(yīng)，調(diào)光控制電路也有4組，與P87LPC768的4個(gè)PWM引腳相連。

2．2 調(diào)光控制電路
調(diào)光控制電路如圖2所示，用光電耦合器MOC3041作為晶閘管的驅(qū)動器，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。MOC3041內(nèi)部有過零檢測電路，當(dāng)P0．O為低電平時(shí)，輸出端6引腳、4引腳之間的電壓稍過零時(shí)，MOC304．1內(nèi)部雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部晶閘管T1導(dǎo)通。當(dāng)PO．0為高電平時(shí)，MOC304l內(nèi)部雙向晶閘管關(guān)斷，從而外部晶閘管T1也關(guān)斷。