采用单片机控制可控硅的调光电路

 

　　目前市面上有很多线路简单、价格低廉的调光灯，其调光方式主要有3种：一是利用可控硅改变电压导通角，二是利用变压器调节供电电压，三是利用电位器直接分压。较理想的方式是通过可控硅调整电压导通角来实现调光。
　　
　　可控硅调光的调光原理是通过可调电阻改变电容充放电速度，从而改变可控硅的导通角，控制灯泡在交流电源一个正弦周期内的导通时间，即而达到灯光调节的目的。
　　
　　下面主要采用可控硅实现电灯亮度调节。使用者通过按键控制电灯开、关，通过按键控制灯光的亮度。可控硅直接接在220V交流电路上，但是单片机采用低电压供电，因此需要采用一定的隔离措施，将220V强电与5V弱电隔离。系统使用MOC3051作为强电与弱电的隔离器。
　　
　　MOC3051系列光电可控硅驱动器是美国摩托罗拉公司推出的器件。该系列器件的显著特点是大大加强了静态dv/dt能力。输入与输出采用光电隔离，绝缘电压可达7500V。该系列有MOC3051及MOC3052，它们的差别只是触发电流不同，MOC3051最触发电流为15mA，MOC3052为l0mA。
　　
　　MOC3051系列可以用来驱动工作电压为220V的交流双向可控硅。MOC3051可直接驱动小功率负载，也适用于电磁阀及电磁铁控制、电机驱动、温度控制、固态继电器、交流电源开关等场合。
　　
　　由于能用TTL电平驱动，它很容易与微处理器接口，进行各种自动控制设备的实时控制。

　　该调光电路是通过单片机控制双向可控硅的导通角来实现亮度调节的，如下图所示。整个电路主要包括可控硅控制电路及过零检测电路。

　　图中MOC3051是摩托罗拉公司生产的光电耦合芯片，用以可靠驱动可控硅并实现强弱电隔离。单片机P1.6口负责驱动光耦，控制可控硅导通和关断。在灯泡主回路中，灯与可控硅串联、可控硅导通角的变化会改变灯光亮度。XS1是外供交流220V电源的接入口。
　　
　　为了精确控制可控硅的导通角，电路还加入过零检测电路，如图5-9所示。交流电源从XS2引入并送入两片光耦，注意两光耦的输入端是反相的。这样使得交流电压过零时，无论是从正电压变为负电压还是由负电压变为正电压，都能够在光耦输出端C上得到一个正向阶跃信号。经过施密特触发器TC4584整型并反相输出到单片机外部中断0引脚上，作为中断触发信号。单片机由此信号获得每个正弦周期内的两个过零点。
　　
　　此系统的核心是通过单片机控制双向可控硅的导通角来实现亮度调节。在交流电压的每个过零点，通过过零检测电路给单片机外部中断引脚发出中断信号，单片机获得控制周期的起点信号，控制可控硅关断，并启动定时器。在定时器定时结束后才改变双向可控硅的控制端口的驱动信号，开启可控硅。假设定时器定时时间为T，则在交流电的一个正弦周期20ms内，可控硅导通的时间即为20ms-2T。
　　
　　程序主要功能由子程序Check()和子程序ServICeINTl()完成。子程序Check()的功能是进行按键响应。该程序对按键的处理包括了去抖动、区分长时按下和短时按下，从而设置相应的标志位，为灯光控制决策提供依据。程序代码如下：

　　外部中断响应予程序ServiceINTl()的功能是根据按键状态决定灯光的亮灭或调节处理。
　　
　　对按键的响应机制如下：短时按下按键（大于6ms否则认为是抖动，不予处理），则灯在开和关两种状态下切换；长时间按下按键时，则进入自动调光状态，灯光由暗到亮，再由亮到暗。代码如下：

　　主程序主要用于初始化系统；调用相关子程序实现系统功能。代码如下：

　　调光灯线路中，最根本的是在灯泡供电线路中串入晶闸管。通过改变可控硅的导通角调节灯泡的亮度。本实例调光控制的实现过程中，启用了单片机的一个定时器和一个外部中断。
　　
　　在单片机外部中断触发时，即正弦电压的过零点时刻，启动定时器计时，并关闭可控硅触。
　　
　　当定时期溢出，进入定时器中断后，开启可控硅导通，灯泡获得电压发亮。等待再次到达过零点时，关闭可控硅，如此反复。因此，随着按键的控制，改变定时器初值，即可改变可控硅的导通角，从而实现灯光亮度调节。
　　
　　对于按键的处理机制，此电路采用了一种良好的去抖机制，并根据按键按下的时间长短，在开关灯模式和调光模式之间进行切换。长时按下时，灯光自动由暗到亮，到达亮度极限后，自动由亮到暗。亮度具有16个等级，各等级之间依靠改变定时器初值实现区分，调节步长相同。
　　
　　本调光灯电路其调光的基本原理是相同的，但由于加入单片机控制，使得灯光调节可以控制得更加精确，实现多级分级控制；另外可以组合加入红外传输模块或其他无线通信模块，实现灯光的无线遥控；更进一步，可以在智能家居控制系统中作为一个可控部分，实现网络或电话线等方式的远程控制。