基于單片機的220V無線遙控調(diào)光系統(tǒng)

趙浩臣 楊之陽 劉倩

【摘要】系統(tǒng)以AT89S52單片機為主控芯片，單片機通過外部中斷檢測電路系統(tǒng)整流后的交流過零點，采用延時觸發(fā)的方式，觸發(fā)可控硅導通，可控硅能夠?qū)涣麟娫吹膶ㄟM行無觸點連續(xù)控制，以小電流控制大電流，且動作快、壽命長、可靠性高。系統(tǒng)使用無線遙控模塊PT2262/2272與單片機建立通信，通過不同的延時程序調(diào)節(jié)可控硅相位角來實現(xiàn)220V白熾燈亮度的調(diào)節(jié)。

【關鍵詞】單片機;可控硅;無線控制;亮度調(diào)節(jié)

1.引言

遙控技術憑借其帶給人類的方便已在我們的生活中普及開來，比如：汽車電子鎖、遙控玩具、遙控器等，在我們?nèi)粘Ｉ钪校幪幎伎梢砸姷剿挠白印＝陙恚b控技術在電子技術、計算機技術、通信理論、電子元器件發(fā)展的基礎上，得到了極其迅速的發(fā)展，應用前景廣闊。

本系統(tǒng)設計思想來源于我們的日常生活中：在人類科技飛速發(fā)展的今天，智能、高效、節(jié)能成了當下科技發(fā)展的前提。基于此，在日常生活中我們有時需要對燈光的亮度進行調(diào)節(jié)，但是，在光源距離、高度、電壓等因素的影響下，我們很難隨時隨地根據(jù)生產(chǎn)生活的需要來調(diào)節(jié)光源，在此情況下，無線遙控調(diào)節(jié)照明光源的亮度會使我們的生活更加智能化。因此，我們設計了該電路系統(tǒng)。

2.無線遙控電路模塊

無線電遙控器（RF Remote Control）是利用無線電信號對遠方的各種機構(gòu)進行控制的遙控設備。常見的無線電發(fā)射接收模塊常用的無線電遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分一般分為兩種類型，即遙控器與發(fā)射模塊，遙控器和遙控模塊是對于使用方式來說的，遙控器可以當一個整機來獨立使用，對外引出線有接線樁頭;而遙控模塊在電路中當一個元件來使用，根據(jù)其引腳定義進行應用，使用遙控模塊的優(yōu)勢在于可以和應用電路天衣無縫的連接、體積小、價格低。接收部分一般來說也分為兩種類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調(diào)電路也稱超再生檢波電路，它實際上是工作在間歇振蕩狀態(tài)下的再生檢波電路。超外差式解調(diào)電路與超外差收音機相同，它是設置一本機振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號，與接收到的載頻信號混頻后，得到中頻信號，經(jīng)中頻放大和檢波，解調(diào)出數(shù)據(jù)信號。由于載頻頻率是固定的，所以其電路要比收音機簡單一些。超外差式的接收器穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力也相對較好;超再生式的接收器體積小、價格便宜。

為了實現(xiàn)遙控的功能和控制功能的齊全，我們選取市面上使用較廣的PT2262/2272無線模塊，其特點是：使用方便，價格低廉。

2.1 無線發(fā)射系統(tǒng)

無線發(fā)射系統(tǒng)電路，如圖1所示：主要采用PT2262芯片來完成，電路PT2262對按鍵信號進行編碼，可以控制4個通道。圖中PT2262的1-8腳是編碼地址端，每個地址端可以設定“高電平”（該腳接12V）、“低電平”（該腳接地）、“懸空”三種狀態(tài)。10-13腳是編碼的數(shù)據(jù)輸入端D3-D0（使用4位數(shù)據(jù)），在每個數(shù)據(jù)端連接了一個按鍵，用以控制不同的設備。當按下按鍵后，按鍵將12V的電壓加到對應的數(shù)據(jù)端，同時數(shù)據(jù)端信息通過晶振將信號并發(fā)射出去。PT2262將會根據(jù)地址碼的設定和輸入的數(shù)據(jù)進行編碼，從17腳輸出編碼脈沖。無線通信受編碼脈沖控制，當17腳脈沖為“l(fā)”時，V1組成的振蕩器工作，產(chǎn)生315MHz的高頻信號并發(fā)射出去;當17腳輸出脈沖為“0”時，Vl組成的振蕩器停止工作。

圖1 無線發(fā)射系統(tǒng)

2.2 無線接收系統(tǒng)

無線接收系統(tǒng)電路，如圖2所示：接收系統(tǒng)電路主要由接收模塊（包括射頻模塊、芯片PT2272及外圍電路）。PT2272的1-8腳是解碼地址端，每個地址端可以設定“高電平”（該腳接5V）、“低電平”（該腳接地）、“懸空”三種狀態(tài)，該解碼地址的設定與PT2262的地址編碼相對應。當射頻模塊接收到由發(fā)射電路發(fā)出的信號后，PT2272進行地址碼比較核對（解碼），若地址碼核對正確，則發(fā)射模塊TE腳（編碼啟動端用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效）發(fā)出的信號經(jīng)接射頻模塊由Din腳（14引腳）進入PT2272，同時數(shù)據(jù)經(jīng)PT2272的數(shù)據(jù)輸出腳D0-D3（10-13腳）進入單片機;反之PT2272的數(shù)據(jù)輸出腳則無任何動作。當信號進入單片機后，單片機對其進行分析并作出相應的控制。

圖2 無線接收系統(tǒng)

3.交流負載的控制方案

由于系統(tǒng)遙控對象是連接220V市電的交流負載（白熾燈），為了實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)光源亮度的目的，通常可選取的控制方案有：繼電器控制和光耦+可控硅控制。繼電器控制為觸點控制，觸點開關頻繁的快速通斷極易消耗繼電器的電氣壽命，而可控硅在電路中能夠?qū)崿F(xiàn)對交流電源導通的無觸點連續(xù)控制，以小電流控制大電流，且動作快、壽命長、可靠性高。所以這里選用的是光耦+可控硅控制[1]。

可控硅需要給脈沖后才能導通，在電路過零后實現(xiàn)自動關斷。所以我們使用單片機給可控硅觸發(fā)脈沖使其導通[2]。

由于系統(tǒng)采用的是單片機延時給脈沖的工作方式，必須準確計算延時的時間，每次延時必須從工頻信號的過零點開始算起，因此單片機需準確采集工頻信號的零點。為了得到交流電的過零點，我們需要對220V市電進行整流，交流電經(jīng)過整流后形成周期為10ms的半波信號[3]，如圖3所示：

圖3 整流信號波形圖

整流電路中我們使用DB107整流橋，整流信號經(jīng)過光藕隔離器TLP52l后會輸出一個頻率為100Hz的脈沖信號，脈沖對應工頻信號的過零點。此脈沖信號被單片機外部中斷INT0（P3.2口）捕捉后，單片機開始延時計算[4]。

根據(jù)延時的大小不同，可控硅導通時間也各不相同。下圖4中的陰影部分表示可控硅的導通區(qū)間，它的大小決定了燈光的亮暗程度。改變延時時間可改變觸發(fā)信號和同步信號的相位關系，也就是改變了可控硅導通的相位角，通過改變可控硅相位角來實現(xiàn)調(diào)光的目的。

圖4 同步和觸發(fā)信號關系圖

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)上述分析可知，電路由：無線發(fā)射接收部分、交流驅(qū)動控制部分、負載部分等組成，設計系統(tǒng)框圖如圖5所示：

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

5.總結(jié)

根據(jù)實際生產(chǎn)生活需要，系統(tǒng)設計以白熾燈為實驗光源，通過無線遙控模塊PT2262/2272與單片機建立通信，以可控硅為開關器件，在單片機內(nèi)部設置不同時刻的延時程序來改變可控硅導通的相位角，從而實現(xiàn)對220V光源亮暗程度的調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)實現(xiàn)了對光源長距離、多調(diào)光級的無線遙控調(diào)節(jié)功能，方便了生產(chǎn)生活，也為之后我們對其他光源遙控技術的研究奠定了基礎。

參考文獻

[1]劉法治.維修電工實訓技術[M].北京：清華大學出版社，2008，6.

[2]郭天祥.51單片機C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009，12.

[3]童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]張毅剛.新編MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004.