陸超順

摘要：照明用電在我國電能總消費(fèi)中占有相當(dāng)大的比重，在全國的總發(fā)電量中，約10%～1 2%為照明耗電。近些年，我國年均發(fā)電總量大概達(dá)到32 458億千瓦，根據(jù)發(fā)電量的10%進(jìn)行運(yùn)算，每年照明耗損的電量大概達(dá)到3245億千瓦時(shí)，此照明耗能為三峽水利工程年發(fā)電能力的3.9倍。因此，如果能通過各種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)綠色照明、節(jié)能照明，其節(jié)省的電能所產(chǎn)生的效益——包括經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將不可估量，不僅能使我國的電荒得到有效緩解，節(jié)約的電能可以少建25萬千瓦的發(fā)電廠6～8家，為國家節(jié)約資金60～80億元，而且對(duì)保護(hù)環(huán)境、減少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放也大有益處。文章介紹校園智能照明控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)硬件電路包括兩個(gè)部分：上位機(jī)（主節(jié)點(diǎn)）硬件電路和下位機(jī)（從節(jié)點(diǎn)）電路設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能照明；硬件電路

1 上位機(jī)（主節(jié)點(diǎn)）框圖設(shè)計(jì)

由于主節(jié)點(diǎn)帶動(dòng)的模塊較多，用以往的AT89系列的單片機(jī)己不能完全勝任，改成LPC2119ARM7微處理器，可以在該微處理器上加載GT1565-VTBA觸摸屏輸入串口通信、TFT彩色顯示屏、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路，蜂鳴報(bào)警器，獨(dú)立式鍵盤和電源電路等模塊，上位機(jī)（主節(jié)點(diǎn)）硬件結(jié)構(gòu)方框如圖l所示。

2 下位機(jī)（從節(jié)點(diǎn)）框圖設(shè)計(jì)

由于從節(jié)點(diǎn)的控制相比上位機(jī)來說簡(jiǎn)單得多，而且去控制的區(qū)域也較單一，因此選用AT89C或STC89C系列的單片機(jī)就能完全勝任，因?yàn)閺墓?jié)點(diǎn)主要驅(qū)動(dòng)的是較小的液晶顯示器LCM1602、串口、鍵盤和CAN控制器電路以及由其中某一個(gè)口來驅(qū)動(dòng)繼電器來控制學(xué)校的某一處照明設(shè)備。下位機(jī)（從節(jié)點(diǎn)）硬件結(jié)構(gòu)方框如圖2所示。

3 上位機(jī)（主節(jié)點(diǎn)）單元電路設(shè)計(jì)

3.1顯示電路設(shè)計(jì)

選用TFT彩屏TFTLCD-34P電路模塊以及控制器與TFT彩屏模塊之間的接口組成，因?yàn)椴势聊K由TFT液晶電路、觸摸屏電路和背光源電路組成。選用4線電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)，控制器采用12位精準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換的集成電路XPT2046芯片組成。

3.2 TFT液晶模塊接口電路設(shè)計(jì)

選用TFTLCD-34P作為TFT液晶模塊與處理器之間的接口電路，TFTLCD是一塊3431腳的大規(guī)模集成電路，因此，只要在外圍加入少量的電阻和電容就能夠完成，為液晶模塊提供了一個(gè)可直插的接口，方便插入TFT液晶顯示器。

3.3 CAN總線電路設(shè)計(jì)

選用NXP公司生產(chǎn)的目前全球應(yīng)用最廣泛的CAN總線收發(fā)器PCA82C250，因?yàn)镻CA82C250是連接CAN總線和微處理器的物理總線的接口電路，能對(duì)總線提供差動(dòng)方式的傳送能力，不僅能以差動(dòng)方式從CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)，也能以同樣的速率接收有CAN總線傳送來的數(shù)據(jù)。通信的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RS485通信，而且它具有優(yōu)異的瞬間抗任何外部干擾能力，可極大地降低電力線、無線電、RF射頻的干擾，提高了數(shù)據(jù)的傳送誤碼率，從而更有效地保護(hù)了總線的傳送數(shù)據(jù)的安全性。而且在芯片內(nèi)部有各種限制過負(fù)荷的限流電路裝置，并可防止發(fā)送和接收數(shù)據(jù)端時(shí)對(duì)電源造成負(fù)荷超重而功耗增大所造成的負(fù)荷瞬間短路進(jìn)而造成數(shù)據(jù)傳送失敗，在輸出極也增加了安全保護(hù)功能，若芯片內(nèi)部溫升達(dá)到了160℃時(shí)，則自動(dòng)限流減少輸出，從而保護(hù)了芯片不致溫升過高而損壞。PCA82C250符合IS0-11898標(biāo)準(zhǔn)，且傳送速率達(dá)到了lMbPS。

3.4串口通信電路的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)在不同的電平上能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，引入了串口通信電路的設(shè)計(jì)，為了能應(yīng)用于程序的燒錄以及在開發(fā)過程中的程序進(jìn)行修改調(diào)試，選用SIPEX公司的頂級(jí)產(chǎn)品SP3232EEA芯片進(jìn)行TTL電平與下位機(jī)RS232電平的轉(zhuǎn)換。因?yàn)镾P3232EEA的電路非常簡(jiǎn)單，只要在芯片的不同管腳加上4個(gè)0.1μF的瓷片電容就可完成TTL電平的轉(zhuǎn)換。串口通信電路如圖3所示。

4 下位機(jī)（從節(jié)點(diǎn)）單元電路設(shè)計(jì)

4.1單片機(jī)時(shí)鐘振蕩電路

單片機(jī)STC89C52有兩種時(shí)鐘振蕩可供選擇，一種是外部供給某一獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)，可以通過XTAL1管腳為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，另一種則是通過單片機(jī)外接一個(gè)晶振和兩個(gè)20 PF左右的瓷片電容與單片機(jī)內(nèi)部的反相器組成內(nèi)部振蕩電路，產(chǎn)生的振蕩信號(hào)再通過內(nèi)部12分頻電路進(jìn)行分頻后提供給單片機(jī)作為工作時(shí)鐘信號(hào)，因?yàn)榇朔N方式簡(jiǎn)單，所以選用了這種方式提供給單片機(jī)。單片機(jī)時(shí)鐘振蕩電路如圖4所示。

4.2下位機(jī)液晶顯示電路設(shè)計(jì)

因?yàn)橄挛粰C(jī)只要顯示一些最基本的信息，因此選用了SMC1602A液晶模塊，SMC1602A通過3條控制線和8條數(shù)據(jù)線與單片機(jī)STC89C52相連，當(dāng)RS為低電平時(shí)，傳送數(shù)據(jù)總線上的命令，當(dāng)RS為高電平時(shí)，則單片機(jī)上的數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)根據(jù)WR控制線來區(qū)分是讀還是寫數(shù)據(jù)。當(dāng)WR為低電平時(shí)，為寫LCD液晶顯示器數(shù)據(jù)；WR為高電平時(shí)，為讀取液晶顯示器模塊的數(shù)據(jù)。EN是使能端，當(dāng)EN下降時(shí)，寫LCD有效；當(dāng)EN上升時(shí)，為L(zhǎng)CD讀有效。

4.3從節(jié)點(diǎn)串口通信電路設(shè)計(jì)

從節(jié)點(diǎn)串口通信電路選用了美國生產(chǎn)的Max 232芯片，它要應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平的轉(zhuǎn)換，因?yàn)镸ax232通信接口電路都是相當(dāng)成熟的電路，只要在相應(yīng)的管腳接入相應(yīng)的電容就可完成它們之間的電平轉(zhuǎn)換，非常方便。從節(jié)點(diǎn)串口通信電路如圖5所示。

4.4蜂鳴報(bào)警器電路設(shè)計(jì)

為了能及時(shí)提示用戶目前的工作狀態(tài)，為此，在ARM單片機(jī)LPC2119微處理器的P0.2口通過2 kΩ電阻相連接，通過2 kΩ電阻限流加于PNP_極管的基極（可選用8550或9012三極管），在三極管的發(fā)射極串接一個(gè)蜂鳴器，當(dāng)微處理器P0.2口輸出高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器此時(shí)因無Ie電流通過而無聲。當(dāng)P0.2口輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)Ie電流通過蜂鳴器而發(fā)出嗚叫聲，提醒操作者注意。蜂鳴報(bào)警器電路如圖6所示。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭秀梅，姜灤生，李艷萍，等基于PLCBUS協(xié)議教室照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2010，21（2）：38-42

[2]孫志剛.PLC與IPC在機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置[J].2000，32 （1）：43-45.