智能照明控制器提供环境光测量与计时-电源网

为照明系统增加数字化管理

户外照明通常是由人工操作机械开关控制照明系统的打开或关闭。为了节省能源，您可能不希望整个晚上都在某个区域开启照明系统，这种情况下，如果能够精确地控制照明系统，在必要的时候自动打开或关闭照明系统，将会带来更多的便利条件。

利用控制器可以检测环境光强，天黑时打开照明灯并保持一定的时间间隔，然后在指定时间自动关闭照明灯。早上，则对该过程进行反向操作。如果预定时间内环境光强仍低于预设的照明门限，系统将打开照明灯。环境光足够亮时，系统将关闭照明灯。

利用环境光传感器(ALS)检测、测量环境光强，据此设计智能化照明控制器并不困难。由于控制器配备实时时钟(RTC)，还可在规定的时间打开或关闭照明系统。本文介绍的管理系统可用于市电照明系统。控制器的勒克斯门限能够以1勒克斯为步长进行编程设置，提供十六进制格式的控制器软件。

集成系统组件

本设计中的照明控制器利用ALS测量环境光亮度，目前市场上有两种不同的ALS：一种输出与环境光亮度成比例的模拟电压，另一种提供数字输出。本系统采用数字输出ALS。

控制器需要知道准确的时间，所以采用实时时钟(RTC)。考虑到可能发生断电，所以时间信息需要备份电池。

通过用户界面设置时间和其它参数。这里的用户界面包括两个7段LED显示器和一个按钮。短按按钮时，系统显示时间和其它参数；长按按钮时，可调整时间和参数。

系统具有自动/手动开关，以使能手动控制照明灯。

系统由市电供电，照明系统通过一个继电器接通/断开电源。系统的数字信号与市电采用电气隔离。

图1 照明控制器系统

图2 控制系统与市电、照明系统的接线

人工操作模式下，自动/手动开关必须切换至手动位置。手动模式下，继电器保持导通，照明系统由标准的墙上控制开关打开/关闭。

手动/自动开关处于自动模式时，墙上控制开关必须打开，以确保控制器正常工作。如果墙上开关未打开，控制器将无法控制照明。

照明系统可能包含多盏照明灯。

系统说明

系统原理图如图3所示。

图3 系统原理图

选择关键元件

市电电压首先变换到9VAC(RMS)，本系统中仅使用一路供电电压(3.3V)，所以电源转换器简单明了。利用MAX16910 LDO将变压器副边电压稳压至3.3V。选择LDO的原因主要考虑到了LDO的内部短路保护和热保护，保险丝为500mA PTC Polyswitch®，提供附加保护。

系统微控制器为Microchip® PIC18LF4520，工作在8MHz时钟频率。微控制器时钟由MAX7375小尺寸(SC-70)硅振荡器提供，这款振荡器具有优异的温度系数指标，并且抖动非常小。

RTC为Maxim的DS1340C，时钟内置振荡器，由备份电源供电时具有超低功耗。DS1340C通过I2C总线通信，内置涓流充电器。因此，如果使用可充电电池或电容作为备份电源，则可通过DS1340C充电。

图4 MAX44009 ALS原理图

备份电源BT1为0.47mF储能电容，断电时，BT1将为DS1340C RTC供电。该RTC由备份电源供电时，耗流仅为1µA (最大)。采用0.47mF电容、供电电压为3.3V时，RTC可保存计时信息大约36小时。如果需要支持更长的备份时间，则可用两节串联的AA电池代替储能电容。这样可将工作时间从36小时延长至多达数周。然而，注意，此时需要通过向DS1340C的寄存器写08h来禁用DS1340C的涓流充电功能。

用户界面极其简单：一个按钮和两个7段LED显示器。显示器由MAX6958 LED驱动器驱动，与ALS和RTC一样，通过I2C总线通信。

ALS (图4)不安装在控制器的PCB，而是按照在灯管位置。传感器采用4线连接器J1连接至PCB。该ALS为MAX44009，选用该器件的原因是其超小尺寸(2mm x 2mm)、6引脚UTDFN封装，很容易安装在灯座上(图5)。