智能调光镇流器控制模块的设计

1、目录引言.11. 系统的总体设计2 1.1设计要求.21.2系统组成方框图22. 方案的论证.32.1电源模块32.2主控模块42.3按键模块42.4显示模块42.5输入模块43. 系统硬件设计53.1系统总原理图.5 输入模块电路的设计.5键盘模块设计.6 显示模块.7 LM339门限电压7 RC滤波电路73.2系统总原理图：.84. 系统软件设计94.1主程序流程图94.2按键扫描流程图10 定时功能键流程图10智能键的流程图114.3控制的4个状态流程图125. 系统调试.135.1测试仪器135.2系统测试135.2.1 P3.7口输出电压测试13 步进电压测试13 定时时间测试146

2、. 结论.15致谢语 15参考文献.15附录.161、AT89C2051的简介162、LM339简介173、 IR21592/3简介.184、PCB图195、元件清单196、源程序清单20智能调光镇流器控制模块的设计基于AT89C2051的智能调光镇流器控制模块的设计【摘要】智能调光镇流器是国际上先进的第五代新型荧光灯镇流器。本次设计针对美国IR公司推出的一款新型可调光电子镇流器控制驱动芯片IR21592，本产品利用单片机AT89C2051产生一个0.55V的可调电压，根据光敏电阻捕捉到光强度来改变电压值，在通过电压比较器LM339进行状态选择，采到强光，就选取低压档，采集到弱光，就选用高压档

3、。并且可以根据实际天气情况和需要进行手工定时来达到节能。本产品还设置了“复位” “模式” “定时加、减”等一系列功能键，方便控制者操作。引言电子节能灯由于具有节能、光效高、光色可选择范围广、热幅射小、寿命长等特点，已成为住宅和各类办公场所的主要电光源，我国也已将以电子节能灯这一绿色照明产品为核心的“绿色照明工程”列为重点推广项目和节能产业跨世纪战略。然而随着半导体技术的发展，越来越多的设备开始具备“智能”功能，而单片机技术就是各种设备里“智能”的实现手段之一。自世界上第一只电子镇流器研制成功以来，由于它具有节能、无噪声、无闪烁、重量轻、体积小和启动迅速等优点，引起人们的极大关注。而且调光电子镇

4、流器自身耗能极低，系统耗能与亮度成正比。在提供低运行成本、良好的操作接口和舒适的照明效果的同时，其安装采用也非常方便。 本设计运用单片机AT89C2051和四电压比较器LM339作为主要芯片以及其他辅助电路，设计一个能自动感光控制电压输出强弱的节能系统，并能根据自然光线强弱自动调光来稳定控制电压输出，达到节能效果，同时还设计了手动按键来及时的进行定时。本设计开发的高性价比的智能型可调光电子节能灯可以很大程度缓解我国电力供需紧张，缺电和照明落后的问题并为市场提供了巨大的商机。本产品适用于街道、广场、隧道、厂房、剧院等大功率照明等大范围中。1、系统总体设计1.1 设计要求应用单片机AT89C205

5、1产生一个0.55V的可调电压，接入到IR21592脚4（DIM 0.55V调光控制输入点）上如下图1-1所示, 当IR21592脚DIM上的输入电压为5V时，输出相位移最小，灯功率最大（100%）；当调光输入为0.5V时，相位移最大，灯功率最小（1%）。调光输入电压与IC2（IR21592）脚DIM内的定时电容CT电压相比较，产生一个独立频率的数字参考相位。本论文所要设计的智能调光能根据实际天气变化的光强弱来稳定调节控制电压输出达到节能效果，同时还设计了手动按键来及时的进行定时。有开关按键、加减键，加减键用来控制脉冲的宽度即输出电压的大小，当智能键按下时，系统就自动普捉光敏电阻的值，天黑时输

6、出电压最大为5V，天亮时输出电压最小，为等效于关闭状态。还结合了四电压比较器LM339作为主要芯片以及其他辅助电路，设计一个能自动感光控制电压输出的节能系统，它不需复杂AD转换电路而是用电压比较器比较高低电压后就能直接与单片机完成定位档位输出，实现方便、精度高，定时值又能通过手动调节且结果直接在两位八段数码管上显示出来。图1-1 IR21952的高功率因数的荧光灯调光电子镇流器电路图【1】Ir21592采用相位控制调光方案，通过改变镇流器输出级电流与电压之间的相位来改变灯功率，从而改变灯亮度。1.2 系统组成方框图主控模块电源模块按键模块显示模块输入模块由P3.7输送到IR21592的4管脚

7、图1-2 系统模块组成方框图2、方案论证2.1 电源模块 电源模块是为系统提供电源，本设计中用到的是5V的直流稳压电源。方案一： 采用串联反馈式稳压电路获得直流稳压电源。该电路由比较放大电路、稳压管、三极管、限流电阻及两个取样电路组成，此电路的的主回电路式起调整作用的BJTT与负载串联而得名的。但它的输出电源不可能绝对稳定的，只能式基本稳定，且负载电流较大时，调整管的集电极损耗大，电源效率低，有时还要配有庞大的散热装置。【2】方案二：本设计用到的电源为5V，属于小功率稳压电源，所以可以采用芯片LM7805。用其设计的是线性开关，线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、文波电压小等

8、优点，但是，在负载电流较大且输出电压较低时，其自身的功耗很大，它的缺点是效率很低，甚至仅有3040，为了解决散热的问题，需要装散热器，这就必然增大整个电源设备的体积、重量和成本。【3】方案三：使用开关电源。采用LM2575开关型芯片，芯片工作在开关状态，当工作在截止时，电流很小而使得管耗很小；当工作在饱和时，因管压降很小使得管耗很小。这样就大大提高了电路的效率，其效率可达7095。【3】综上所述，我选择方案三。 2.2 主控模块方案一：采用AT89C2051芯片，它具有体积更小、功耗小，容量大。含有中断、定时/计数器、可直接驱动LED。本次设计没有非常大的编程量和需要较少的IO管脚数，价钱相对

9、便宜，并结合工业上控制需要体积越小越好，此芯片的功能和容量足以够了。方案二：采用AT89C51芯片，它具有AT89C2051芯片的所有功能，且体积相对大，价钱相对昂贵，IO管脚数多，本设计并不需要这么大的用量。综上所述，我选择方案一。2.3 按键模块 该模块用来实现手动设定时间长短的功能，包括复位键、模式键、定时加减键、智能键。本设计采用了独立式键盘。通过按键对系统实行各项手动操作，同时在编程是还进行了消除抖动处理。【4】【5】2.4 显示模块方案一：采用LCD液晶显示器显示。它可视面积大，画面好，抗干扰能力强，可以节省软件中断资源，其缺点是显示内容需要存储字摸信息，需要一定存储空间。方案二：

10、采用LED数码管显示。用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字型，便构成了半导体数码管。半导体数码光分共阳极数码管和共阴极数码管，此次设计采用了共阴极数码管显示，即七个发光二极管的阴极连在一起接地。当共阴极数码管的某一阳极接高电平时，相应的二极管发光，根据字形使某几段二极管发光，所以共阴极数码管需要输出高电平有效的译码器来驱动。【4】 图2-1共阴极数码管内部结构图基于以上所述，本设计采用方案二。2.5 输入模块方案一：用ADC0809 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换

11、器、逐次逼近 。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上【2】【6】。方案二：用三极管9011(NPN) 来控制通断高低电平图2-2三极管控制高低电平电路图优点：方法、电路简单，方便控制 ，相对价钱便宜。缺点：不稳定，当电阻R2达到240欧

12、，电路就达到放大状态，由于三极管子功率达不到要求，就不容易控制到它的通断【2】。方案三：比较器LM339LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，每个比较器有两个输入端和一个输出端。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。且四个独立的电压比较器刚好能对应所设定的四个状态【2】。综上所述，我选择方案三。 3、系统硬件设计3.1 各个模块电路图3.1.1 输入模块

13、电路的设计采用四电压LM339比较器进行判断高低电平【7】。原理：输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur=2.5V。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。R15、R16、R17、R18起到上拉电阻作用。即将某电位点采用电阻与电源VDD相连的电阻。比如，LM339比较器的输出端在输出高电平时，输出端是悬空的（集电极输出），采用上拉电阻可以将电源电压通过该电阻向负载输出电流，而输出端低电平时，输出端对地短接。在本设计中因为光敏电阻阻值在100欧 到2000K欧，滑动变阻器的调节值完全在此范围内，为方便测的具体阻值，本调节采用滑阻代替

14、光敏电阻进行测量。图3-1四电压比较器比较原理图3.1.2键盘模块设计S1复位键，S2接P3.2起到智能键作用，S3接P3.3起到手动定时作用，S4接P1.5起到定时减作用，S5接P1.4起到定时加作用【4】。 图3-2 按键原理图 显示模块该模块用来显示相应的数据，有可调节的定时时间。 用到二个数码管的静态显示，其中DSB是用来显示十位的数，DSA是用来显示百位的数。个位不显示。图3-3 LED显示原理图 LM339门限电压 图3-4 门限电压原理图V2.5即2.5V 是输送到LM339一个固定电压做参考电压（也称为门限电平）。在比较的另一端加一个待比较的信号电压，当待比较的信号电压高于参考

15、电压时，输出就为高电位；当待比较的信号电压低于参考电压时，输出就为低电位。 RC滤波电路 由于使用了电阻R，可以使输出的电压更稳定，纹波电压波动更小。3.2 系统总原理图：4、系统软件设计4.1 主程序流程图：NYYNPWM输出5VPWM-0.25VPWM输出是否P1.5=1是否P1.4=1PWM+0.25V开始初始化外部中断初始化 图4-1 主程序4.2 按键扫描流程图： 定时功能键流程图NNYYYUNYP3.3键显示03消抖进行加显示定时值返回进行减扫描加减键P1.4按下？P1.5按下？ 图4-2 定时子程序 显示的03即为30分钟，下限为01即为10分钟，上限为99即为990分钟。 智能

16、键的流程图YNNYYYUNYP3.2智能键按下返回消抖延时输出1V定时300分钟输出5V输出4V输出2V判断是否为0001？判断是否为0011判断是否为0111？先判是否为1111态N 图4-3 智能键子程序4.3 控制的4个状态流程图： 由光敏电阻采集到不同光，取不同阻值到电压比较器，分出四种状态进行节能控制。0001P1.0P1.3口0011011111111V2V4V5V对应的时间段：状态时间段电压值00016:0018:001V00114:006:002V011123:004:004V111118:0023:005V5.系统测试及分析5.1测试仪器 （1）WD-5型直流稳压电源（2）万

17、用表MF47（3）YB4325示波器5.2系统测试5.2.1 P3.7口输出电压测试试验结果记录 在各种对应光强度取值下电压的输出值(排布为P1.3,P1.2,P1.1,P1.0)预设定的四个状态输出电压值（V）第一组第二组第三组00011.001.020.9800111.881.801.8201113.583.603.5611114.784.724.78其余不在这四个状态里，P3.7输出就为0V。 数据分析上表所记录的数据是单片机提供电源给调光镇流器控制器IR21592，它能根据实际的光强度来选择档位进行输出，达到节能的效果。 数据误差分析：电源电压输出达不到理论的5V，实际测得的为4.8V

18、。手动调节滑动变器灵敏度不高造成误差。 步进电压测试 试验结果记录有AT89C2051产生的0.55V的可调电压进行等分，以0.25V为步进进行调节电压调节序号电压加（V）电压减（V）11.004.7821.244.5231.514.2441.763.9852.003.7462.243.5272.483.2682.743.0293.022.72103.242.48113.482.26123.761.98134.021.75144.261.48154.521.23164.780.98 数据分析上表所记录的数据是检测加减键的电压控制，测到的数据是以固定的步进进行加减调节的，和理论程序中体现效果一样

19、。数据误差分析： 本测试采用万用表10V档位，在这微小的电压变化上存在一定量的误差，视觉读数上也存在误差。所以实测的数据无法精确达到0.25V的步进的变化。 定时时间测试 试验结果记录单位时间为10分钟 显示时间理论时间（分钟）实际时间（分钟）1108.5550488807810100971818017425250246303002963535034640400395 测量范围：下限到1，上限到99，即能定时调节的时间范围为10分钟到990分钟。 数据分析晶振采用6M，周期时间为2us，程序中定时部分中有些语句是不算在定时时间周期内，所以存在一定的误差。结论： 从以上数据表明，四个状态的电压输

20、出基本上能与程序设定的四个档位一致，步进电压也基本能够以0.25V为单位进行变化，定时时间也能基本达到要求。基本符合设计要求。6、结论本设计是针对IR21592做的智能调光控制模块系统，在实际运用中能以0.25V的电压步进控制IR21592起到调节灯强弱的作用。它能根据自然光线强弱自动感应，结果送到单片机然后根据需要来选择相对应的电压输出达到节能效果，同时还设计了手动按键来及时的进行定时。可以与IR21592大功率镇流器集成到同一电路板上，实用推广价值高。适用于街道、广场、隧道、厂房、剧院等大功率照明，大范围使用可以缓解电力供需矛盾，减少污染、保护环境，从而能产生巨大的社会经济效益，推动产业结

21、构调整和技术进步。附录1、AT89C2051的简介AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。   AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断

22、口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器【5】。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。主要功能特性：· 兼容MCS51指令系统· 2k可反复擦写(>1000次）Flash ROM· 15个双向I/O口· 6个中断源 · 两个16位可编程定时/计数器· 2.7-6.V的宽工

23、作电压范围· 时钟频率0-24MHz· 128x8 bit内部RAM· 两个外部中断源· 两个串行中断· 可直接驱动LED· 两级加密位· 低功耗睡眠功能· 内置一个模拟比较放大器· 可编程UARL通道· 软件设置睡眠和唤醒功能2、LM339简介图（8） LM339内部结构图LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4

24、）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用【3】。图1a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur=2.5V。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。图1b为其传输特性。3、 IR21592/3简介IR21592/3管脚功能图如下图所示：IR21592的主要特点【1】    IR21592型控制器集成了调光镇流器控制器和600V半桥驱动器，采用16引脚DIP和SOIC封装。IR21592的核心是带外

25、部可编程最低频率的压控振荡器(VCO)。    IR21592的主要特点如下：    (1)具有欠压锁定(UVLO)模式、预热模式、调光模式和故障模式；    (2)提供无变压器的灯功率检测相位控制，只需很少的改动，即可将非调光镇流器改为可调光镇流器，调光控制输入DC电压范围为O.5 V5 V(5 V的DC输入对应最大功率，最小相移)；    (3)预热时间、预热电流、触发(点火)到调光时间等参数可控，均可利用外部元件编程设置，为镇流器设计提供了高度灵活性； 

26、60;  (4)提供灯触发失败、灯丝失败、热过载(热关断温度为165)、正常工作期间灯失效及AC线路欠压保护与VCC欠电压锁定(VCC关断电平约为109V)。4、 PCB图：5、元件清单元件清单名称：数量（个）：AT89C20511LM339174LS16425101AG-N3(共阴数码管)2变位器4按键5晶振6M1电阻若干电容若干6、源程序清单;*；智能调光镇流控制模块的设计;*PWM_GZ EQU 30H ;高电平输出脉宽的定时值PWM_DZ EQU 31H ;低电平输出脉宽的定时值,MSJ EQU 32H ;模式键,=1调节PWM,=2调节定时时间DINGSHIZ EQU 33

27、H ;定时初值DINGSHI_ZG EQU 34H ;定时的高位DINGSHI_ZD EQU 35H ;定时的低位ORG 0000HSJMP MAINORG 0003H ;外部中断INTO的入口AJMP SERVE1ORG 0013H ;外部中断INT1的入口AJMP SERVE2MAIN: MOV SP, #60H MOV 32H, #00H ;模式键初值 MOV 33H, #00H LCALL XIANSHI MOV 30H, #00H ;定时初值，使得一开始输出高电平5V MOV IE, #85H ;允许外部中断INTO和INT1 SETB IT0 SETB IT1;*;高电平输出;*M

28、ASCC:MOV TMOD, #11h ;置T0为方式2，定时工作方式MOV TL0, 30H ;置初值MOV TH0, #0FFHSETB TR0 ;启动定时器T0JNB tf0,$ ;判断溢出CLR tf0 ;清标志位CLR tr0 ;*;低电平输出;*CLR P3.7 ;输出低电平MOV TMOD, #11h ;置T0为方式2，定时工作方式MOV A, #0FFHSUBB A, 30H ;总的脉宽-高电平的脉宽=低电平的脉宽MOV 31H , A ;MOV TL0, 31H ;置初值MOV TH0, #0FFH SETB TR0 ;启动定时器T0JNB tf0,$ ;判断溢出CLR tf

29、0 ;清标志位CLR tr0SETB P3.7 LCALL TJ_MCKDAJMP MASCC;*; 调节脉冲宽度的子程序;*TJ_MCKD: ;CLR P1.5 JB P1.5, UP LCALL K_DELAY ;按键消抖 JB P1.5, UP AJMP DOWN ;P1.5有按下,转到加宽脉冲处理UP: ;脉冲加宽#0DH,即电压升高0.25V ;CLR P1.4 JB P1.4, QUIT2 LCALL K_DELAY ;按键消抖 ;SETB P1.4 JB P1.4, QUIT2 MOV A, 30H CJNE A, #00H, TIAOJIE1 ;判断脉冲输出是否为5V,为5V退

30、出 MOV 30H, #00H AJMP TJ_MCKDTIAOJIE1: JC TIAOJIE4 ;若脉冲输出大于5V退出 SUBB A, #0DH ;脉冲加宽处理 MOV 30H, A AJMP TJ_MCKDTIAOJIE4: MOV 30H, #00H AJMP TJ_MCKDDOWN: ;脉冲减少#0DH,即电压减小0.25V MOV A, 30H CJNE A, #0E5H, TIAOJIE2 ;先判断原来的脉冲是否为0.5V,最低退出 MOV 30H, #0E5H AJMP TJ_MCKDTIAOJIE2: JC TIAOJIE3 ;若原脉冲没有达到最窄转到加脉冲处理 MOV 3

31、0H, #0E5H AJMP TJ_MCKDTIAOJIE3: ADD A, #0DH MOV 30H, A AJMP TJ_MCKDQUIT2: RET;*;定时长短的调节;*DOWN2: MOV A, 33H CJNE A, #01H, TIAOJIE5 ;判断定时是否为10,为10分退出 MOV 33H, #01H AJMP QUIT6TIAOJIE5: SUBB A, #01H ;脉冲宽度减小处理 MOV 33H, AQUIT6:RET;*UP2: ; 定时加长处理 MOV A, 33H CJNE A, #63H, TIAOJIE6 ;判断原来的定时值是否为最长990分钟,63H=99

32、 MOV 33H, #63H AJMP QUIT5TIAOJIE6: ADD A, #01H MOV 33H, AQUIT5:RET;*;定时子程序;*SERVE2: MOV 33H, #03HCHONGXIN: LCALL XIANSHI MOV R0, 33H ;定时DJNGSHI3次的10分钟DINGSHI3: MOV R1, #25DINGSHI2: MOV R2, #240 ;定时240次的100MS为0.4分钟,24SDINGSHI1: MOV TMOD, #11H ;T1为方式1,T0为方式1 MOV TH1, #79H ;定时100MS的初值 MOV TL1, #60H SET

33、B TR1MAICHONG: JB P1.4, DOWN1 LCALL K_DELAY JB P1.4, DOWN1 LCALL UP2 AJMP CHONGXINDOWN1: JB P1.5, JIXI LCALL K_DELAY JB P1.5, JIXI LCALL DOWN2 AJMP CHONGXINJIXI: LCALL PWM_SC JNB TF1, MAICHONG ;定时没到转回输出脉冲 CLR TF1 DJNZ R2, DINGSHI1 ;等待R2=1时说明已经定时完0.4分钟 DJNZ R1, DINGSHI2 ;等待R1=1时说明已经定时完10分钟 MOV A, 33H

34、 SUBB A, #01H ;显示每10分钟显示一次,逐减10分钟 MOV 33H, A LCALL XIANSHI DJNZ R0, DINGSHI3 ;等待R0=1时说明定时已经完毕 CLR P3.7 ;定时完输出PWM为低电平 SJMP $RETI;*SERVE1:DUQ_SJ: MOV A, P1 ANL A, #0FH CJNE A, #0FH, Z_TAI1 MOV 30H, #00H ;脉冲输出5V MOV 33H, #30 ;300分钟等于5小时 LCALL DINGSHI_SC MOV A, P1 ANL A, #0FHCJNE A, #0FH, Z_TAI1 MOV 30H

35、, #66H ;脉冲输出3V MOV 33H, #42 ;420分钟等于7小时 LCALL DINGSHI_SC Z_TAI1: MOV A, P1 ANL A, #0FH CJNE A, #01H, Z_TAI2 MOV 30H, #0CCH ;输出1 V AJMP QUIT4Z_TAI2: CJNE A, #03H, Z_TAI3 MOV 30H, #99H ;输出2 V AJMP QUIT4Z_TAI3: CJNE A, #07H, QUIT7 MOV 30H, #33H ;输出4 VQUIT4: LCALL PWM_SC AJMP DUQ_SJQUIT7: CLR P3.7 SJMP

36、$ RETI;*;DINGSHISHUCHU;* DINGSHI_SC: LCALL XIANSHI MOV R0, 33H ;定时DJNGSHI3次的10分钟DINGSHI6: MOV R1, #25DINGSHI5: MOV R2, #240 ;定时240次的100MS为0.4分钟,24SDINGSHI4: MOV TMOD, #11H ;T1为方式1,T0为方式1 MOV TH1, #79H ;定时100MS的初值 MOV TL1, #60H SETB TR1MAICHONG1: JB P1.4, DOWN3 LCALL K_DELAY JB P1.4, DOWN3 LCALL UP2 AJMP DINGSHI_SCDOWN3: JB P1.5, JIXI1 LCALL K_DELAY