基于单片机的光控路灯

㈠ 太阳能路灯控制器的设计原理

太阳能路灯控制器使用说明：

充电及超压指示：当系统连接正常，且有阳光照射到光电池板时，充电指示灯(1)为绿色常亮，表示系统充电电路正常；当充电指示灯(1)出现绿色快速闪烁时，说明系统过电压，处理见故障处理内容；充电过程使用了PWM方式，如果发生过过放动作，充电先要达到提升充电电压，并保持30分钟，而后降到直充电压，保持30分钟，以激活蓄电池，避免硫化结晶，最后降到浮充电压，并保持浮充电压。如果没有发生过放，将不会有提升充电方式，以防蓄电池失水。这些自动控制过程将使蓄电池达到最佳充电效果并保证或延长其使用寿命。

蓄电池状态指示：蓄电池电压在正常范围时，状态指示灯(2)为绿色常亮；充满后状态指示灯为绿色慢闪；当电池电压降低到欠压时状态指示灯变成橙黄色；当蓄电池电压继续降低到过放电压时，状态指示灯(2)变为红色，此时控制器将自动关闭输出，提醒用户及时补充电能。当电池电压恢复到正常工作范围内时，将自动使能输出开通动作，状态指示灯(2)变为绿色；

负载指示：当负载开通时，负载指示灯(4)常亮。如果负载电流超过了控制器1.25倍的额定电流60秒时，或负载电流超过了控制器1.5倍的额定电流5秒时，故障指示灯(3)为红色慢闪，表示过载，控制器将关闭输出。当负载或负载侧出现短路故障时，控制器将立即关闭输出，故障指示灯(3)快闪。出现上述现象时，用户应当仔细检查负载连接情况，断开有故障的负载后，按一次按键即恢复正常输出。

太阳能路灯控制器工作模式设置：

设置方法：按下开关设置按钮持续5秒，模式(MODE)显示数字LED闪烁，松开按钮，每按一次转换一个数字，直到LED显示的数字对上用户从表中所选用的模式对应的数字即停止按键，等到LED数字不闪烁即完成设置。每按一次按钮，LED数字点亮，可观察到设置的值。

纯光控模式：当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时10分钟确认启动信号后，开通负载，负载开始工作；当有阳光时，光强升到启动点，控制器延时10分钟确认关闭输出信号后关闭输出，负载停止工作。

㈡ 基于MCU控制的无极交流调光控制器设计

1 调光控制器设计

在日常生活中，我们常常需要对灯光的亮度进行调节。本调光控制器通过单片机控制双向可控硅的导通来实现白炽灯(纯阻负载)亮度的调整。双向可控硅的特点是导通后即使触发信号去掉，它仍将保持导通；当负载电流为零(交流电压过零点)时，它会自动关断。所以需要在交流电的每个半波期间都要送出触发信号，触发信号的送出时间就决定了灯泡的亮度。

调光的实现方式就是在过零点后一段时间才触发双向可控硅开关导通，这段时间越长，可控硅导通的时间越短，灯的亮度就越低；反之，灯就越亮。

这就要求要提取出交流电压的过零点，并以此为基础，确定触发信号的送出时间，达到调光的目的。

1．1 硬件部分

本调光控制器的框图如下：

控制部分：为了便于灵活设计，选择可多次写入的可编程器件，这里选用的是ATMEL的AT89C51单片机。

驱动部分：由于要驱动的是交流，所以可以用继电器或光耦+可控硅(晶闸管SCR)来驱动。继电器由于是机械动作，响应速度慢，不能满足其需要。可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制，以小电流控制大电流，并且不象继电器那样控制时有火花产生，而且动作快、寿命长、可靠性高。所以这里选用的是可控硅。

负载部分：本电路只能控制白炽灯(纯阻负载)的亮度。

1．2 软件部分

要控制的对象是50Hz的正弦交流电，通过光耦取出其过零点的信号(同步信号)，将这个信号送至单片机的外中断，单片机每接收到这个同步信号后启动一个延时程序，延时的具体时间由按键来改变。当延时结束时，单片机产生触发信号，通过它让可控硅导通，电流经过可控硅流过白炽灯，使灯发光。延时越长，亮的时间就越短，灯的亮度越暗(并不会有闪烁的感觉，因为重复的频率为100Hz，且人的视觉有暂留效应)。由于延时的长短是由按键决定的，所以实际上就是按键控制了光的强弱。

理论上讲，延时时间应该可以是0～10ms内的任意值。在程序中，将一个周期均分成N等份，每次按键只需要去改变其等份数，在这里，N越大越好，但由于受到单片机本身的限制和基于实际必要性的考虑，只需要分成大约100份左右即可，实际采用的值是95。

可控硅的触发脉冲宽度要根据具体的光耦结合示波器观察而定，在本设计中取20 μs。程序中使用T1来控制这个时间。

对两个调光按键的处理有两种方式：一种是每次按键，无论时间的长短，都只调整一个台阶(亮或暗)；另一种是随按键时间的不同，调整方法不同：短按只调整一个台阶，长按可以连续调整。如前面所述，由于本设计中的台阶数为95(N=95)，如果使用前一种方式，操作太麻烦，所以用后者较为合理。

2 各单元电路及说明

2．1 交流电压过零点信号提取

交流电压过零点信号提取电路如图2所示，图中的同步信号就是我们需要的交流电压过零点信号。各部分波形如图3所示。

图中整流后波形中的水平虚线表示光藕P52l输入二极管的门限电压。P521是TLP521的简称，下图是其引脚图。引脚图中器件名的后缀“-1”表示包含一组光藕。

2. 2 主控单元

主控单元以AT89C51单片机为核心，交流电压过零点信号提取电路中产生的同步信号SYN接到AT89C5l的INT0，此信号的下降沿将使AT89-C51产生中断，以此为延时时间的起点。

三个按键只用于控制一路灯：一个为开关，另外两个分别为提高亮度和降低亮度。

74HC573用于输出控制可控硅的导通的触发信号。

220V交流主电源导通区间、同步信号和触发信号的时序关系如图6所示。

图中的阴影部分表示可控硅的导通区间，它的大小决定了灯的亮度。改变延时时间可改变触发信号和同步信号的相位关系，也改变了可控硅的导通区间的大小，达到调光的目的。

2．3 驱动单元

图中，L1_D是单片机输出的触发信号，该信号通过光控可控硅MOC3022去驱动可控硅T435。受控的白炽灯接在Ll和零线(图中未画出)之间。

MOC3022是DIP-6封装的光控可控硅。其1、2脚分别为二极管的正、负极：4、6脚为输出回路的两端；3、5脚不用连接。如图8所示。

T435-400是可控硅，“4”表示主回路电流是4A；“35”表示触发端的最大电流是35mA，一般该端有最大电流的5％就可保证可靠地触发。T435-400外型图如图9所示。

3 程序流程图

4 结束语

本控制器使用了三个开关控制一路灯，主要是为了在教学过程中降低难度。也可改为一个开关控制一路灯，比如短按为开、关，第一次长按为降低亮度，连续的第二次长按为提高亮度等。电路不用改动，只需修改程序即可。

学生通过制作该调光控制器，可以掌握单片机、光藕和可控硅等方面的知识和使用技能，特别是后两者，学生较少接触。由于该调光控制器调光的效果比较好，对提高学生的学习兴趣有很大帮助，教学效果良好。

㈢ 求答，光控路灯的详细工作原理是什么

光控路灯是一种根据环境光强度自动调节亮度的路灯系统。它通过感知周围环境光的强弱来自动调节路灯的亮度，以达到节能的目的。下面将详细介绍光控路灯的工作原理。
光控路灯的工作原理主要包括光感应、信号处理和亮度调节三个步骤。
首先，光控路灯通过光感应器感知周围环境光的强弱。光感应器通常采用光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管等器件，它们能够根据光照强度的变化改变电阻或电流的大小。当环境光强度较弱时，光感应器的电阻或电流值较大；而当环境光强度较强时，光感应器的电阻或电流值较小。
其次，光感应器将感知到的环境光强度信号传递给信号处理器。信号处理器通常由微控制器或专用的光控芯片组成，它能够对输入的信号进行处理和判断。信号处理器会根据光感应器的信号判断当前环境光的强弱，并根据预设的亮度调节策略来决定是否需要调节路灯的亮度。
最后，信号处理器会通过控制电路来调节路灯的亮度。控制电路通常由继电器、晶闸管或可控硅等元件组成，它们能够根据输入的控制信号来控制路灯的亮度。当信号处理器判断需要调节路灯亮度时，它会发送相应的控制信号给控制电路，控制电路会根据信号的要求来调节路灯的亮度。例如，当环境光强度较弱时，信号处理器会发送一个高电平信号给控制电路，控制电路会使路灯亮度增加；而当环境光强度较强时，信号处理器会发送一个低电平信号给控制电路，控制电路会使路灯亮度减小。
总结起来，光控路灯的工作原理是通过光感应器感知环境光强度，信号处理器根据感知到的信号判断是否需要调节路灯亮度，并通过控制电路来实现路灯亮度的调节。这种自动调节亮度的方式能够根据实际需要来节约能源，提高路灯的使用效率。