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隨著(zhù)人們生活水平的提高，人們對照明控制的要求越來(lái)越高，如營(yíng)造舒適的照明環(huán)境、節約電能、提高光源壽命等。為了提高工作環(huán)境的舒適性，照明控制系統采取光傳感器，根據當前環(huán)境的照度自動(dòng)控制照明設備，從而使照度控制在舒適的范圍內。 在傳統的照明控制系統中，往往采用普通光傳感器結合A／D轉換器(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(jiàn)光成分又有紅外光成分，在設計中要考慮濾除紅外光對光傳感器檢測結果的影響，并且由于采用了分離的器件，因此導致設計比較復雜；另一方面，對照度的檢測范圍比較局限，不利于實(shí)現多路照度檢測從而對同一場(chǎng)所內多個(gè)照明設備實(shí)施分區域控制。在此提出了基于ISL29004的多路照度檢測方案，以簡(jiǎn)化系統設計，并采用單片機P87LPC768作為智能照明控制設備的控制核心，以實(shí)現對多個(gè)照明設備進(jìn)行分區域控制，在節能的同時(shí)營(yíng)造更舒適的照明環(huán)境。 1 I2C器件ISL29004 1．1 I2C總線(xiàn)概述 I2C總線(xiàn)是PhiIips公司推出的芯片間串行傳輸總線(xiàn)，以二線(xiàn)傳輸，其總線(xiàn)上所有的節點(diǎn)，如主器件(單片機、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)現了完善的半雙工同步數據傳送，可以方便地構成多機系統和外圍器件擴展系統。I2C總線(xiàn)采用器件地址的硬件設置方法，通過(guò)軟件尋址完全避免了器件的片選線(xiàn)尋址方法，從而使硬件系統具有簡(jiǎn)單靈活的擴展方法。 I2C總線(xiàn)傳輸數據必須遵循規定的數據傳輸格式，數據傳輸由主控器控制，主控器啟動(dòng)數據的傳輸、發(fā)送起始信號、尋址信息以及傳送結束時(shí)發(fā)出停止信號，被控器進(jìn)行必要的應答。 1．2 光傳感器ISL29004 ISL29004是新一代光一數字傳感器，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，能將光照度轉化成簡(jiǎn)便易用的16位、I2C標準數字輸出信號，為用戶(hù)提供了單芯片解決方案。ISL29004內部有2個(gè)光敏二極管，二極管1檢測環(huán)境中可見(jiàn)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)二極管的光譜響應是互不依賴(lài)的。用戶(hù)可以通過(guò)編程控制adc的工作模式，既可以?xún)H輸出光敏二極管1或2的檢測結果，在模式2下還可以輸出經(jīng)內部減函數計算的濾除紅外光影響的結果。ISL29004內有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)只讀數據寄存器。命令寄存器可以設定ADC的工作模式以及分辨率；控制寄存器可以調整增益從而選擇照度檢測范圍；只讀數據寄存器LSB_Sensor和MSB_Sensor可以讀取ADC最近的數字輸出；只讀數據寄存器LSB_timer和MSB_timer可以讀取ADC最近一次積分的周期數。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(xiàn)線(xiàn)路上安裝4個(gè)ISL29004，并且可以和其他I2C外圍節點(diǎn)共存。 2 硬件結構以及工作原理 2．1 總體結構 系統構成框圖如圖1所示。單片機P87LPC768作為I2C總線(xiàn)的主控器，ISL29004作為被控器，4個(gè)ISL29004的設備地址依次為：44H～47H，通過(guò)ISL29004的地址引腳A1，A0進(jìn)行設置。在系統中，使用了準雙向I2C總線(xiàn)緩沖器P82896對I2C總線(xiàn)進(jìn)行驅動(dòng)擴展，實(shí)現I2C總線(xiàn)的遠距離傳輸，拓展了照度采集距離；P87LPC768的I2C總線(xiàn)經(jīng)P82896緩沖器擴展后通過(guò)雙絞線(xiàn)和遠端的P82896以及ISL29004連接。與4組照度采集電路相對應，調光控制電路也有4組，與P87LPC768的4個(gè)PWM引腳相連。 2．2 調光控制電路 調光控制電路如圖2所示，用光電耦合器MOC3041作為晶閘管的驅動(dòng)器，同時(shí)能實(shí)現強、弱電的隔離。MOC3041內部有過(guò)零檢測電路，當P0．O為低電平時(shí)，輸出端6引腳、4引腳之間的電壓稍過(guò)零時(shí)，MOC304．1內部雙向晶閘管導通，觸發(fā)外部晶閘管T1導通。當PO．0為高電平時(shí)，MOC304l內部雙向晶閘管關(guān)斷，從而外部晶閘管T1也關(guān)斷。 通過(guò)P87LPC768的PWM輸出控制MOC3041的導通與關(guān)斷時(shí)間比值來(lái)調節照明設備的功率，從而實(shí)現照明設備的打開(kāi)、關(guān)閉以及亮度調節。 2．2 調光控制電路 調光控制電路如圖2所示，用光電耦合器MOC3041作為晶閘管的驅動(dòng)器，同時(shí)能實(shí)現強、弱電的隔離。MOC3041內部有過(guò)零檢測電路，當P0．O為低電平時(shí)，輸出端6引腳、4引腳之間的電壓稍過(guò)零時(shí)，MOC304．1內部雙向晶閘管導通，觸發(fā)外部晶閘管T1導通。當PO．0為高電平時(shí)，MOC304l內部雙向晶閘管關(guān)斷，從而外部晶閘管T1也關(guān)斷。 通過(guò)P87LPC768的PWM輸出控制MOC3041的導通與關(guān)斷時(shí)間比值來(lái)調節照明設備的功率，從而實(shí)現照明設備的打開(kāi)、關(guān)閉以及亮度調節。 2．3 工作原理 在程序中通過(guò)定時(shí)中斷讀取4路ISL29004的ADC輸出，并轉換為照度值；ISL29004內部的ADC工作在模式2，分辨率為16，照度檢測范圍一般設為O～1 000 Lux即可滿(mǎn)足一般的照明場(chǎng)所的照度檢測要求。假設讀取ISL29004的ADC的輸出為DATA，則可以通過(guò)以下的公式轉換為照度值： 然后根據計算所得到的照度值進(jìn)行調光控制；由于P87LPC768的PWM輸出的占空比是根據計數映像寄存器CNSW的值和比較映像寄存器CPSWn的值確定，PWM輸出保持高電平期間的MCU時(shí)鐘脈沖數為(CNSW—CPSWn+1)。由此可見(jiàn)，CPSWn越大，則高電平維持的時(shí)間越短，則調光控制電路的T1導通時(shí)間也就越長(cháng)，照明設備的亮度就越高；反之照明設備的亮度就越低。 在程序中通過(guò)比較得到的照度值E和標準照度值ES來(lái)調整CPSW的值，實(shí)現自動(dòng)調光控制。CPSW的初值設為0，并在O～CNSW之間分為若干檔，比如10檔，得到每次CPSW的調整值△P=(CNSW-1)／10，以實(shí)現較為平滑的調整。計算出照度值后和標準照度值ES比較，如果小于標準照度值ES，則在當前CPSW的基礎之上增加△P，直到達到CPSW的最大值(CNSW-1)；如果大于標準照度值ES，則在當前CPSW值的基礎上減少△P，直到CPSW的值為0，照明設備關(guān)閉。同時(shí)為了避免較小的照度變化導致自動(dòng)調光，可以根據標準照度值確定一個(gè)調光允許的照度差值△ES，如果當前得到的照度值和上次所得到的照度值差的絕對值△E不小于△ES，才進(jìn)行調光控制。 3 軟件設計 主要包括主程序、定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序以及I2C總線(xiàn)數據傳輸程序模塊。主程序完成P87LPC768以及ISL29004的初始化，照度采集以及調光控制在定時(shí)器0中斷服務(wù)子程中完成。I2C總線(xiàn)數據傳輸程序模塊詳見(jiàn)參考文獻，這里給出定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序的流程圖，如圖3所示。 圖3中只給出一組ISL29004的照度采集以及調光控制電路的控制程序，由于系統中有4組，因此在定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序中，應該是按順序依次通過(guò)I2C總線(xiàn)讀取4組ISL29004的采集值并通過(guò)4個(gè)PWM通道進(jìn)行相應的自動(dòng)調光控制。 4 結 語(yǔ) 對智能照明控制系統中照度檢測的問(wèn)題，提出一種基于ISL29004多路照度采集方案，并給出硬件結構、工作原理以及軟件流程圖。由于ISL29004內部集成了ADC，直接輸出數字量，具有抗干擾能力強和低功耗的特點(diǎn)；并且可以編程靈活配置，又具備比較靈活的I2C總線(xiàn)接口，從而簡(jiǎn)化了照明控制設備的設計；使用準雙向I2C總線(xiàn)緩沖器P82896對I2C總線(xiàn)進(jìn)行驅動(dòng)擴展以后，拓展了I2C總線(xiàn)的傳輸距離，實(shí)現了照明場(chǎng)所內的多路照度檢測，從而可以對多個(gè)照明設備實(shí)行分區域控制，并且通過(guò)P87LPC768的PWM輸出實(shí)現了自動(dòng)調光控制，在節能的同時(shí)營(yíng)造更舒適的照明環(huán)境。 |
