基于51單片機(jī)的新型節(jié)能日光燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的發(fā)展和人口的增長，節(jié)能已成為一個(gè)重要的社會(huì)課題。日光燈是目前使用最為廣泛的一種燈具，但同大多數(shù)燈具一樣，一旦開啟，無論外界光強(qiáng)多大，它們都只能發(fā)出單一光強(qiáng)的光，這造成了能源的浪費(fèi)。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文提出了基于單片機(jī)的新型日光燈系統(tǒng)，通過采集外界光強(qiáng)信息，采用AT89C51單片機(jī)控制日光燈輸出光強(qiáng)的方式，使日光燈隨外界光強(qiáng)的變化而自動(dòng)調(diào)整照射光強(qiáng)，在滿足使用者的用光要求的前提下，達(dá)到節(jié)約能源的目的。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，可廣泛用于學(xué)校學(xué)習(xí)和家庭生活。

1 硬件電路組成及工作原理
1．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。系統(tǒng)分為光線采集、單片機(jī)控制和日光燈自動(dòng)調(diào)整3部分。光線采集部分主要由光敏電阻、三極管和配套電路組成；單片機(jī)控制部分主要由AT89C51單片機(jī)及其外圍電路，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成；日光燈自動(dòng)調(diào)整部分系統(tǒng)主要由光耦MOC3052，雙向三極管BT136及其外圍電路組成。光線采集部分通過光敏電阻感受外界光強(qiáng)，通過其阻值的變化將外界光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。單片機(jī)控制部分通過ADC0809將電壓的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，經(jīng)過分析處理輸出占空比可控的PWM波。日光燈自動(dòng)調(diào)整部分根據(jù)PWM波調(diào)整日光燈燈管兩端的電壓，可在一定電壓范圍內(nèi)達(dá)到較高的調(diào)控精度(0．1 V)，以達(dá)到控制照射光強(qiáng)的目的。

1．2 光強(qiáng)采集電路
如圖2所示，本設(shè)計(jì)采用的是基極分壓式射極偏置電路，由Vcc(5 V)、基極電阻R5、R1和集電極電阻R6組成，三極管射極直接接地，其中R5、R6是普通電阻，R1為光敏電阻。該電路具有很好的穩(wěn)定性，阻值很大的R5直接接在三極管的基極，起到很強(qiáng)的控制基極電流的作用，可以有效防止由于溫度等原因造成的電阻阻值波動(dòng)對(duì)測量結(jié)果的影響。光敏電阻直接接受外界光強(qiáng)，所選光敏電阻光譜峰值540 nm，亮電阻(10LUX)5～10 kΩ，暗電阻0．6 MΩ。

當(dāng)外界光強(qiáng)變大時(shí)，光敏電阻R1阻值變小，電流IR1變小，三極管基極電流Ib變小，集電極電壓，即輸出電壓IN0-BAK變大。同理，當(dāng)外界光強(qiáng)變小時(shí)，輸出電壓IN0-BAK變小。這樣，三極管將由光強(qiáng)變化引起的電流變化轉(zhuǎn)化為電壓變化輸出，接入ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸入端口。
1．3 A／D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)選用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。該芯片是典型的8位8通道逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，可對(duì)8路模擬電壓實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換。為了換算方便，設(shè)置基準(zhǔn)電壓為5 V，即模擬量輸入為+5．0時(shí)，ADC輸出為0FFH，即225，系統(tǒng)分辨率為50／255=0．2V／LSB?；鶞?zhǔn)電壓設(shè)為5 V，為保證轉(zhuǎn)換的精度，由LM7805精密穩(wěn)壓器提供。
LM7805聯(lián)接方式如圖3所示，J1接12 V普通直流電源，C6和C7作為輸入和輸出的濾波電容，C12為輸入電阻，C3為負(fù)載電阻。