基于單片機設計的三路分段開關

分段開關是一種節能電子產品，在只有兩根電源線的情況應用它可對具有多盞燈泡、日光燈、節能燈的燈具進行分組控制，避免照明電路重新布線之苦。常見的分段開關用—位開關控制，通過開關不同的次數產生不同的亮燈狀態。這種控制方式有兩個缺陷：一是控制過程中燈泡被不斷的開關，由于燈泡、日光燈、節能燈的使用壽命跟開關次數有很大的關系，這種方式很容易造成損壞;二是使用比較麻煩，假如燈具中有三組燈，必須開關四次才能打開所有的燈。下面介紹一種用單片機設計的三路分段開關，控制面板上使用一只開關和三只按鈕，打開開關后只要按動不同的按鈕就能控制不同的燈組，三組燈具獨立控制，具有使用直觀方便的特點。

　　一、電路工作原理

　　分段開關由控制面板和接收控制器兩部分組成，控制面板裝在開關盒上，接收控制器裝在燈具上。控制面板和接收控制器用兩根電源線連接。’控制信號采用電力載波的方式，通過電源線傳輸，為了防止50Hz交流電源的干擾，便于分離，使用100kHz高頻脈沖信號作為控制信號。為了簡化電路，采用對脈沖計數的方式區分不同的控制信號。

　　1、控制面板電路

　　控制面板主要產生不同的控制信號以控制不同的燈組。

　　電路見下圖。IC1中的與非門A1、A2及電阻R1～R4、電容C1～C3等組成延時電路。下面以按下S1為例說明其工作原理：當S1沒有按下時，A1的輸入端為低電平，所以經兩次反相后A2也輸出低電平;當S1按下時，由于C1上的電壓不能突變，A1的輸入端為高電平，A2也輸出高電平，此后C1經R4充電兩端的電壓逐漸上升，A1輸入端的電位逐漸下降，當電位下降到VDD/2即4.5V以下時，A2的輸出由高電平轉換為低電平。這樣當分別按下按鈕S1NS3時，A2輸出端分別產生脈沖寬度為15mS、23mS、34mS三種不同的單次正脈沖信號，分別作為多諧振蕩器的控制信號。與非門A1、A2、電阻R5、R6、電容C5等組成多諧振蕩器，振蕩頻率約100kHz，當A2輸出高電平時多諧振蕩器工作，A4輸出100kHz的脈沖信號。由于其輸出脈沖信號的個數受A2輸出的高電平的時間控制，因此按下S1～S3中不同的按鈕，A4就能輸出不同的脈沖個數，對應的脈沖個數分別約為1500、2300、3400。三極管VTl、高頻變壓器T1等組成輸出電路，把A4輸出的脈沖信號經VT1放大后通過C8輸送到電源線上。L1是高頻扼流電感器，它可以防止100kHz的脈沖信號被其它用電設備短路，也能防止其對外產生干擾信號。

　　C7、VD2、VD3、C6等組成電容降壓式電源電路，其中經穩壓二極管VD1穩壓的9V電源供IC1使用。

　　2、接收控制器電路

　　接收控制器電路見圖2。電路由接收電路、單片機電路和電源電路等部分組成。

　　R1、C1組成單片機的復位電路，接通電源后單片機AT89C2051的復位端1腳獲得一個高電平復位脈沖，使得單片機進入程序所設定的初始狀態，其引腳P1.0輸出高電平，P1～1、P1.2輸出低電平，三極管VTl導通，VT2、VT3截止，使得繼電器K1吸合，K2、K3處于釋放狀態，這樣當打開控制面板上開關S4后第一組燈點亮，其它兩組燈均熄滅。使用時一般將常用的一組燈接在K1的控制觸點上。

　　C4、T1、/T1等組成輸入信號處理電路，C4.起到隔離50Hz交流信號的作用，為了提高抗干擾能力，VT1沒有加直流偏置電壓，其集電極輸出的幅度為5V的脈沖信號通過單片機P3.4腳輸入給單片機進行處理。單片機根據輸入的脈沖信號的個數決定改變引腳P1.0～P1.2的工作狀態，具體的說就是1500個左右的脈沖信號對應P1.0，2300個左右的脈沖信號對應P1.1，3400個左右的脈沖信號對應P1.2。

　　下面以第二路為例說明電路的工作過程，接通電源后，按一下按鈕S2，則單片機的P1.1端由低電平轉換為高電平，繼電器K2吸合，對應的常開觸點k2閉合接通相應的燈組，再按一下S2則單片機的P1.1端由高電平轉換為低電平，關閉對應的燈組。其余兩路的工作過程以此類推。當控制某一路的工作狀態時，其它兩路的工作狀態不受影響，即每一路均可獨立控制。

　　C5、VD4～VD8、IC2等組成電容降壓式電源電路，提供+12V和+5V電源。電路中L1的作用和控制面板電路中的L1相同。