張漢飛

(仙桃職業(yè)學(xué)院，湖北 仙桃 433000)

基于PCF8591的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張漢飛

(仙桃職業(yè)學(xué)院，湖北 仙桃 433000)

智能照明系統(tǒng)有智能和人工兩種使用方式。在智能方式下，環(huán)境光線強(qiáng)(白天)時(shí)系統(tǒng)不開(kāi)啟照明，環(huán)境光線弱(夜晚)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟照明；在人工方式下，可使用“開(kāi)”、“關(guān)”按鈕控制系統(tǒng)開(kāi)啟/關(guān)閉照明。在家庭、辦公室和各公共場(chǎng)所使用這種智能照明系統(tǒng)，將給生活和工作帶來(lái)很大的便利。

智能； A/D轉(zhuǎn)換；照明

0 引言

智能照明系統(tǒng)在默認(rèn)的智能方式下，能自動(dòng)采集自然光線，當(dāng)自然光線較強(qiáng)時(shí)不開(kāi)啟照明，當(dāng)自然光線較弱時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟照明；由使用方式切換按鈕切換到人工方式時(shí)，按下“開(kāi)”按鈕開(kāi)啟照明，按下“關(guān)”按鈕則關(guān)閉照明。該照明系統(tǒng)具適用于家庭、學(xué)校、圖書(shū)館、辦公室等各種場(chǎng)合。

1 智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能照明系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)作為控制器，由感光、A/D、照明和按鈕四個(gè)部分組成。感光部分采集自然光線并將自然光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；A/D部分將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送單片機(jī)處理；照明部分使用8個(gè)LED，由單片機(jī)I/O口直接控制；按鈕部分采用三個(gè)獨(dú)立按鍵，一個(gè)控制系統(tǒng)在“智能”和“人工”兩種使用方式之間切換，另外兩個(gè)分別在人工方式時(shí)控制系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)閉。

(1)感光

感光元件選用硫化鎘光敏電阻，該光敏電阻具有在特定波長(zhǎng)光的照射下，其阻值迅速減小的特性。將光敏電阻與一個(gè)5K歐姆的定值電阻串聯(lián)在+5V電源和地之間，取光敏電阻兩端的電壓(0-5V)送A/D轉(zhuǎn)換器。

(2)A/D

單片機(jī)不能直接處理模擬電壓信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器選用PCF8591。PCF8591 是單電源，低功耗8 位CMOS 數(shù)據(jù)采集器件，具有4 個(gè)模擬輸入、一個(gè)輸出和一個(gè)串行I2C 總線接口。3個(gè)地址引腳A0、A1 和A2 用于編程硬件地址。

將PCF8591的地址引腳A2A1A0接地，光敏電阻兩端的電壓從AIN0(通道0)輸入PCF8591。PCF8591與單片機(jī)之間用I2C協(xié)議串行通信，用單片機(jī)P2.0和P2.1分別與PCF8591的SCL和SDA連接，作為I2C通信的時(shí)鐘總線和數(shù)據(jù)總線。PCF8591的參考電壓連接+5V電源。

(3)照明

照明部分選用8個(gè)LED，通過(guò)單片機(jī)P1端口直接控制。

(4)按鈕

照明系統(tǒng)中共用到三個(gè)按鈕，采用三個(gè)獨(dú)立按鍵分別通過(guò)單片機(jī)的P2.5-P2.7控制。

單片機(jī)的P0口通過(guò)上拉電阻連接一個(gè)共陽(yáng)數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示字符“0”和“1”分別表示智能照明系統(tǒng)的默認(rèn)智能方式和人工方式。

智能照明系統(tǒng)的硬件電路圖如下所示：

圖1 智能照明系統(tǒng)電路圖

2 軟件設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)默認(rèn)為智能使用方式，照明系統(tǒng)中的“智能/人工”按鈕被按下偶數(shù)次時(shí)，照明系統(tǒng)處于智能方式，此時(shí)單片機(jī)P0口控制數(shù)碼管顯示字符“0”；當(dāng)“智能/人工”按鈕被按下奇數(shù)次時(shí)，照明系統(tǒng)處于人工使用方式，單片機(jī)P0口控制數(shù)碼管顯示字符“1”。

在智能使用方式下，光明電阻感知自然環(huán)境光線，其電阻值隨環(huán)境光線的強(qiáng)弱變化，將光敏電阻兩端的電壓從AIN0輸入A/D轉(zhuǎn)換器PCF8591，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制數(shù)字量(00H-FFH)后送單片機(jī)處理，當(dāng)數(shù)字量大于或等于96H時(shí)，表示自然環(huán)境光線較弱，單片機(jī)P1口控制LED點(diǎn)亮；當(dāng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量小于96H時(shí)，表示自然環(huán)境光線較強(qiáng)，單片機(jī)P1口控制LED熄滅。當(dāng)切換到人工使用方式時(shí)，按下按鈕“開(kāi)”則單片機(jī)P1口點(diǎn)亮LED，當(dāng)按下按鈕“關(guān)”時(shí)單片機(jī)P1口控制LED滅。

3 功能測(cè)試

將完整的程序下載到單片機(jī)中，照明系統(tǒng)默認(rèn)為智能模式：當(dāng)自然環(huán)境光線較強(qiáng)(如白天)時(shí)燈不亮，當(dāng)自然環(huán)境光線較弱(如夜晚)時(shí)燈啟動(dòng)照明。按下一次“智能/人工”按鈕后，按下“開(kāi)”按鈕則燈亮，按下“關(guān)”按鈕則燈滅。

4 結(jié)語(yǔ)

基于PCF8591的智能照明系統(tǒng)能根據(jù)自然環(huán)境光線的強(qiáng)弱自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉照明，也能根據(jù)實(shí)際需要人工開(kāi)啟或關(guān)閉照明。該智能照明系統(tǒng)具有成本低、性能穩(wěn)定、使用方便等諸多優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于家庭、辦公室以及各種公共場(chǎng)所。

[1]朱彬，張聯(lián). 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京交通大學(xué)出版社，2016(6).

[2]王靜霞.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)(C語(yǔ)言版)[M].電子工業(yè)出版社，2015(7).

(編輯 文新梅)

Design of Intelligent Lighting System based on PCF8591

ZHANG Hanfei

(Hubei Xiantao Vocational College, Xiantao 433000, China)

Intelligent lighting system has both intelligent and artificial use modes. In the intelligent mode, the system does not open the lighting when the environment light is strong (day), and the system automatically opens the lighting when the environment light is weak (night). In the artificial mode, the “open” and “off” buttons control system, so that the system can open / close lighting. The use of this intelligent lighting system in family, office and public places will bring great convenience for life and work.

intelligence; A / D conversion; lighting

2017-03-01

張漢飛 (1981—)，本科，講師。主要研究方向：《EDA》、《傳感器》、《通信原理》等課程的教學(xué)研究工作。

T

B

1672-0601(2017)06-0117-02