摘 要：以AT89C52单片机为核心研制的新型节电照明控制系统，给出了系统的工作原理、硬件结构和软件流程。
关键词：照明 控制 节电 AT89C52单片机
能源的开发和控制是一个世界性的课题，直接关系到人类的生存和发展。电能是应用最广的一种能源方式，也是能源消耗中最主要的组成部分。目前我国电力工业发展速度很快，但是电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重。因此推行照明节电技术节约电能是改善电力负荷紧张状况的主要途径之一。我国照明用电约占总发电量的12%左右，且以低效照明为主，因此成为终端节电的主要对象之一。照明用电大都属于峰时用电，由此可见，照明节电具有节约电量和缓解高峰用电的双重作用。
1 系统工作原理
提倡照明节能，不等于降低对视觉作业的要求和降低照明质量。照明节能的基本原则应是保证不降低工作场所的视觉要求，在保证照度标准和照明质量的前提下，力求减少照明系统中的能量损失，最有效地利用电能。
根据理论计算和实验测量，电压与灯源的功率关系为：
从上述可知，降压节电是一种切实可行的方法，不仅节约了电能，而且稳定了电压，延长了灯泡的使用寿命，达到了双重意义上的节能。
根据日光灯的特性，在启动时需要瞬时高压才能发光，启动后仅需要较低的电压就可以维持。节电控制器便是利用日光灯的这个特性，在电网上电初始阶段，以220V电压输出，等日光灯运行稳定后再降到200V、190V或180V低电压输出。
节电控制器的工作模式为：节电器开始工作后，首先以满电压在预设的预热时间段内运行（参见图1的a段）；预热时间过后，节电器的输出电压开始平滑下降（参见图1的b段），直至输出电压降至预设的节电水平，并保持这一水平稳定运行（参见图1的c 段）。当节电水平设置值改变或节电控制信号断开，输出电压将改变为新的节电水平或恢复满电压输出（参见图1的d段）。
2 系统硬件设计
整个系统硬件结构框图如图2所示。它包括强电部分、单片机及其外围电路、电流采样电路、电压采样电路和驱动电路等。
2.1 电气组成
系统强电部分有一部三抽头变压器，输入为220V交流电，输出分别为200V、190V、180V，再加上220V，一共四级。分别由继电器J2、J3、J4和J1控制。可通过控制闭合特定的继电器，达到控制输出电压的目的。继电器J5连接限流器接在变压器两端。电流过大时，继电器J5闭合分流，从而使流过变压器的电流不至于过大。
2.2 单片机及其外围电路
单片机选用AT89C52，其内含256B的RAM，32条I/O线，3个16位定时器/计数器，且自带8KB的电擦除E2PROM，用以保存控制程序。用ADC0809作为模数转换器，实现对电流、电压由模拟量向数字量的转换，时钟是单片机的ALE经D触发器缩频，控制口由P2.7、WR、RD和或非门组成的标准控制电路，结果输出采用延时方式，延时大约为180μs。单片机的P0口与ADC0809的输出端口连接，读取AD转换后的结果。
2.3 电流、电压采样电路和驱动电路
系统根据电网的电压和电流，作出相应的控制策略。所以采样是必不可少的。用电流互感器作为电流检测元件，能够反映主电路中的电流，并能将控制电路与主电路隔离，从而提高安全性，降低干扰。互感器中的电流经过整流、电流电压转换、滤波，校准后，输出给模数转换器ADC0809。
电压采样通过变压器采集电网电压，变压器也具有隔离作用，采集到的电压经过整流、滤波，校准后输出给ADC0809。
单片机输出脉冲经隔离、功率放大后可直接接到继电器控制级，控制继电器。为降低来自电网的干扰，由单片机I/O线产生的触发脉冲，必须经隔离后送至继电器的控制电路中。继电器J1～J4工作时，在同一时刻最多只有一个继电器闭合，所以共有八种状态。单片机的三路（P1.0～P1.2）经三八译码器转换后可得到八路控制信号，这些信号经放大后用于控制继电器动作。不需要继电器动作时，可由P1.3关闭三八译码器的输出。
2.4 X5045
由于系统参数较多，所以选用一片X5045，它含有512个8位E2PROM，以串行方式与单片机通信，可以对设定参数进行断电保存，其片内的SPI存储器用于存放预设节电水平值和运行时段设置值。另外它还包括一个可编程的看门狗定时器和低电压检测电路，能够保护单片机可靠地运行。
3 系统软件设计
本程序采用模块化设计思想，以主程序为核心设置了很多功能模块子程序，使大量的功能在子程序中实现，简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序。程序主框架图和主程序流程图分别如图3和图4所示。 该系统的工作流程包括三部分：系统初始化，系统进入延时状态，系统达到并稳定在节电状态。系统初始化用来设置看门狗定时器、读入系统变量以及初始化数据。其结构如图5所示。
软件主要需完成三个功能模块：按钮、显示模块实现相应信号从单片机输入和输出；控制信号模块实现控制信号的编码输出；外部输入模块实现控制模块对外部控制信号的接收。
由于实际使用环境的复杂性及存在着各种各样的干扰因素，因此系统的可靠性需使用抗干扰技术来维持。这里用到的抗干扰技术是看门狗技术（WDT），WDT能防止“跑飞”。“跑飞”指PC值超出应用程序区，将非程序中的数作为指令码运行。WDT看门狗的运行能使程序在“跑飞”状态下产生复位信号，有效防止程序“跑飞”。
4 结束语
本文研制的节电系统设计原理新颖，硬件简单，有很好的节电效果。
实验证明，该节电器的节电效率为25％左右。该系统不仅具有节电、延长灯泡寿命的功能，而且能使日光灯在电压波动范围较大的情况下稳定运行。由于该系统采用了单片机控制，所以具有较高的性能价格比和柔性，即可以根据实际情况进行变更和扩展，提高了系统灵活性和适应性，有利于应用和推广。
参考文献
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5 亚太电效公司网页.http://www.asianeter.com/a_3_ys/a_3_pro02_upc.asp