摘 要： 以AT89C52單片機為核心研制的新型節電照明控制系統，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 節電 AT89C52單片機
能源的開發和控制是一個世界性的課題，直接關系到人類的生存和發展。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。目前我國電力工業發展速度很快，但是電力供應不足和用電效率低下的狀況依然比較嚴重。因此推行照明節電技術節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電量的12%左右，且以低效照明為主，因此成為終端節電的主要對象之一。照明用電大都屬于峰時用電，由此可見，照明節電具有節約電量和緩解高峰用電的雙重作用。
1 系統工作原理
提倡照明節能，不等于降低對視覺作業的要求和降低照明質量。照明節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，降壓節電是一種切實可行的方法，不僅節約了電能，而且穩定了電壓，延長了燈泡的使用壽命，達到了雙重意義上的節能。
根據日光燈的特性，在啟動時需要瞬時高壓才能發光，啟動后僅需要較低的電壓就可以維持。節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，等日光燈運行穩定后再降到200V、190V或180V低電壓輸出。
節電控制器的工作模式為：節電器開始工作后，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電水平，并保持這一水平穩定運行（參見圖1的c 段）。當節電水平設置值改變或節電控制信號斷開，輸出電壓將改變為新的節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。可通過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。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，系統達到并穩定在節電狀態。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，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
本文研制的節電系統設計原理新穎，硬件簡單，有很好的節電效果。
實驗證明，該節電器的節電效率為25％左右。該系統不僅具有節電、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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