引言

自動開關控制能根據需要的情況自動打開或切斷開關，有利于節省人力和提高控制效率，為人們的生產生活帶來便利和節省能源。

隨著電子技術和微機技術的發展，自動開關控制技術發展迅速，提出了各種類型的自動開關控制裝置，如基于MCS-51單片機的多路開關控制裝置、單片機控制的熱釋電紅外節能照明開關、基于AT89S52單片機的聲光控制開關、基于SPCE061A的語音手動雙控制開關和智能計量與開關控制插座等。

針對自動開關控制技術的需求和發展趨勢，本文提出一種基于單片機和光照檢測的開關控制裝置設計。此裝置具有光照度檢測功能，可以采集環境的光照度并根據設定的光照度自動實現開關的開或關等操作。

1 裝置工作原理和功能

基于單片機和光照檢測的開關控制裝置的工作原理示意圖如圖1所示，其工作原理為：單片機檢測環境光照度，若在一定的時間間隔內兩次檢測的光照度都小于設定的光照度下限值且開關狀態為關，則打開開關；若在一定的時間間隔內兩次檢測的光照度都大于設定的光照度上限值且開關狀態為開，則關閉開關。

基于單片機和光照檢測的開關控制裝置需要實現的功能為：1）光照檢測；2）光照度下限值和上限值設定；3）開關自動控制；4）數據顯示：顯示采集的光照度和設定的光照度下限值和上限值。

2 硬件設計

2.1 硬件結構

根據需要實現的功能，基于單片機和光照檢測的開關控制裝置的硬件結構如圖2所示。裝置以AT89C51單片機為核心，外圍電路包括時鐘電路、復位電路、光照檢測電路、LM016L液晶顯示電路、開關控制電路和鍵盤電路。

2.2 光照檢測電路

光照檢測電路的詳細設計如圖3所示，其工作原理為：1）利用硅光電池BPW34將光照度信號轉換為電流信號，BPW34具有產生的短路電流與光照度成正比的特性；2）通過以運算放大器LM358為核心構成的放大電路將BPW34產生的短路電流信號轉換為電壓信號并放大；3）AT89C51單片機控制ADC器件ADC0809采集放大電路輸出的電壓信號并計算實際的光照度值。

2.3 開關控制電路

開關控制電路的詳細設計如圖4所示，其工作原理為：1）光電耦合器TIL 117起光電隔離作用，實現將單片機AT89C51與開關控制部分隔離，從而減小開關控制部分對AT89C51的干擾，提高系統的可靠性，其中驅動芯片7407的作用是為TIL 117提供輸入電流；2）繼電器G2R-14-DC5實現直接的開關控制，其中晶體管9013的作用是為G2R-14-DC5提供驅動電流，二極管1N4001的作用是防止G2R-14-DC5的感應電壓損壞901 3;3）當AT89C51的P2.1引腳輸出低電平時，TIL 117產生光電流，使三極管9013導通，從而繼電器G2R-14-DC5的線圈得電，常開開關K1閉合，反之則K1斷開。

3 單片機程序設計

3.1 總體設計

結合硬件設計和需要實現的功能，裝置的單片機程序主要包括如下程序模塊：1）光照檢測：根據ADC0809的控制邏輯采集光照度轉換而來的電壓信號，并根據對應公式計算實際的光照度值；2）光照度上下限值設定：通過鍵盤電路和LM016L液晶顯示電路，并采取外部中斷的方式，實現光照度上下限值設定；3）開關自動控制：根據檢測的光照度和設定的光照度上下限值控制開關控制電路，實現開關自動控制；4）數據顯示：控制液晶器件LM016L顯示采集的光照度和設定的光照度上下限值。

3.2 光照檢測

光照檢測程序模塊主要包含如下兩個步驟：1）根據ADC0809的控制方法進行電壓信號采集，ADC0809的關鍵控制引腳為S7ART、EOC、OE和CLK，分別為啟動信號輸入端、轉換結束信號端、輸出允許端和時鐘信號輸入端；2）根據電壓和光照度轉換公式計算實際的光照度值。實現光照檢測的方法如算法1所示。

算法1：光照檢測算法

sbit START=P2^2;//ADC0809啟動信號輸入端

sbit EOC=P3^5;//ADC0809轉換結束信號端

sbit OE=P2^3;//ADC0809輸出允許端

sbit CLK=P3^6;//ADC0809時鐘信號輸入端

START=0;//ADC0809開始轉換

OE=0;//ADC0809不允許輸出

if（EOC=1）//如果ADC0809轉換結束

{

START=1;//ADC0809停止轉換

OE=1;//ADC0809允許輸出

ADdata=P0;//讀取采集的電壓信號

OE=0;//ADC0809不允許輸出

illu=ADdata*1.96*4.16667;//將采集的電壓信號轉換為實際的光照度值

}

3.3 開關自動控制

開關自動控制程序模塊的實現流程為：1）若開關狀態為關，則關計數變量offCounter置0;2）若檢測的光照度小于光照度下限值且開關狀態為關，則開計數變量onCounter累加1;3）若檢測的光照度大于光照度下限值且開關狀態為關，則開計數變量onCounter置0：4）若開關狀態為開，則開計數變量onCounter置0：5）若檢測的光照度大于光照度上限值且開關狀態為開，則關計數變量offCounter累加1;6）若檢測的光照度小于光照度上限值且開關狀態為開，則關計數變量offCounter置0;7）若onCounter》=2500，則控制開關閉合;8）若offCounter》=2500，則控制開關斷開。實現開關自動控制的方法如算法2所示。

算法2：開關自動控制算法

if（state==1）//若開關狀態為關

{offCounter=O//關計數變量offCounter置0

if（illu《=lowLimit）onCounter=onCounter+1;

if（illu》lowLimit）onCounter=0;}

if（state==0）//若開關狀態為開

{onCounter=0//開計數變量onCounter置0

if（illu》=upLimit）offCounter=offCounter+1;

if（illu

if（onCounter》=2500）state=0;//控制開關閉合

if（offCounter》=2500）state=1;//控制開關斷開

4 裝置測試與分析

為了測試基于單片機和光照檢測的開關控制裝置的性能，對裝置進行了20次各個功能的測試，測試結果如表1所示。測試結果表明，裝置能實現設計的自動開關控制、設定光照度上下限值和數據顯示等各種功能，運行效果良好。

5 結語

本文提出一種基于單片機和光照檢測的開關控制裝置的設計，此裝置具有光照檢測、光照度上下限值設定、開關自動控制和數據顯示等功能。本文詳細介紹了此裝置的硬件和單片機程序的設計方法，并對設計的裝置進行了功能測試，測試結果表明，設計的裝置能實現設計的等各種功能，運行效果良好。