应用天地 基于ＡＴｍｅｇａ１ ２８的调光控制器方案设计 田佩，王磊。陆敏 （同济大学中德学院，上海２０００９２） 摘要：现有的模拟调光控制器大多采用拉杆、旋钮、开关等对模拟信号进行变换，控制精度不高，体积较大，且只能实现 对灯具的通断控制。本文结合ＰＣ上位机、ＡＴｍｅｇａ１２８单片机及ＡＤ７２２６芯片实现一种高精度的模拟调光控制器，通过 上位机的调光控制软件可以对灯具实现多种灯光效果的变换。 关键词：ＡＴｍｅｇａ１２８；ＡＤ７２２６；模拟调光控制；串口通信 中图分类号：ＴＰ２１１．５ 文献标识码：Ａ Ｄｉｍｍｉｎｇ ＣｏｎｔｒｏＩｌｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＴｍｅｇａｌ ２８ Ｔｉａｎ Ｐｅｉ，Ｗａｎｇ Ｌｅｉ，Ｌｕ Ｍｉｎ （Ｃｈｉｎｅｓｅ—Ｇｅｒｍａｎ Ｓｃｈｏｏｌ ｆｏｒ Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｔｕｄｉｅｓ，ＴｏｎＮｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｐｒｅｓｅｎｔ ｄｉｍｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ，ｌｅｖｅｒ，ｋｎｏｂ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈ ａｒｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｖｅｒｔ ａｎａｌｏｇ ｓｉｇｎａｌｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｓｉｚｅ．Ａ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｄｉｍｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣ，ＡＴｍｅｇａ１２８ ａｎｄ ＡＤ７２２６．Ｖａｒｉｏｕｓ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｍｍｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｎ ＰＣ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＴｍｅｇａ１２８；ＡＤ７２２６；ａｎａｌｏｇ ｄｉｍｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 上运行的控制软件通过ＲＳ２３２串口发送控制命令，调光控 引 言 节能是照明灯光控制中的一项重要指标。目前，存在 模拟调光控制系统和数字调光控制系统。模拟调光控制 系统包括模拟调光控制台（调光控制器）和模拟调光器。 其中，模拟调光控制台输出０～１Ｏ Ｖ控制电压，通过模拟 调光器的Ｏ～１０ Ｖ接口调节其所带灯具的光强弱。数字 调光控制系统包括数字调光控制台（调光控制器）和数字 制器根据给定的指令产生相应的０～１Ｏ Ｖ控制信号（２５６ 级）。通过可调光电子镇流器以及ＬＥＤ可调光驱动的０～ １Ｏ Ｖ接口，根据相应的控制电压进一步控制相应灯具的亮 度达到调光目的。此外，光强传感器采集现场的实时光强 送人调光控制器，上位机通过指令读取光强并将其显示在 控制界面上，再根据给定值对控制电压进行调节来实现灯 光的闭环控制。本文重点研究调光控制器的设计方法。 调光器。其采用的协议为ＤＭＸ５１２控制协议，该协议的 物理接口为Ｒ￥４８５。 ２ 硬件实现 ２．１ 单片机 单片机采用Ａｔｍｅｌ公司基于ＡＶＲ ＲＩＳＣ结构的８位 虽然数字调光控制系统有其优点，但由于成本在短时 间内无法全部替代模拟控制系统，模拟调光控制仍占很大 比率。现有的模拟调光控制台大多采用拉杆、旋钮、开关 等对模拟信号进行变换，其控制精度不高，体积较大且只 实现灯具通断控制 ］，所以很有必要开发一种控制精度 高、体积适中且可实现多种灯光效果变换的调光控制器。 近几年来，ＰＣ机由于其图形化界面易操作性，在工业简单 控制中常被使用，单片机的成本也逐渐下降。本文结合 ＰＣ机和单片机设计了一种模拟调光控制器，通过上位机 的调光软件可以实现多种灯光效果的控制。 １ 总体设计 模拟调光控制系统总体设计如图１所示。ＰＣ上位机 图１总体设计 ６２《平‘；机 嵌入式豪诧应国》ｌ圈皿＿Ⅲ囝囵嘲 ａｄｖ＠ｍｅｓｎｅｔ．ＣＯｎ］．ｃｎ（广告专用） 低功耗ＣＭＯＳ微处理器ＡＴｍｅｇａｌ２８。它具有１２８ ＫＢ Ｆｌａｓｈ、５３个通用Ｉ／ｏ口、４个灵活的具有比较模式和 ＰＷＭ功能的定时器／计数器、２个ＵＳＡＲＴ、８通道１０位 ＡＤＣ（具有可选的可编程增益）、ＪＴＡＧ片上调试接口，以 及６种可以通过软件选择的省电模式。通过将８位ＣＰＵ 与系统内可编程的Ｆｌａｓｈ集成在一个芯片内，ＡＴｍｅｇａｌ２８ 为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的方案 。 ＡＴｍｅｇａｌ２８可提供两个串口功能：一个串口用来与 Ｖｏｕｔ￣ ｝Ｉ一＝： 一３ 、ｂｕｔＡ、，０ｕｔＤ ｌ ＋ｌ０Ｖ ＧＶＤＤ １８＋ｌ５ＶＮＤ４ ＶＳＳ ———２ 、７ｂｕｔＢ ＶｂｕｔＣ 一一． 、白ｕｔｌ： 下 ４７ｇ×Ｆ２上ＴＬ一 蠕 ＡＶＤＧＢＲＥＮ７６５ ＦＤ ／ＤＷＡＢＲＯ０ｌ １３２ ＰＣ２１芦 Ｉ ＪＩ ＋４ ７×ｇ２ Ｆ ＤＢ２ １ Ｉ ＤＢ４ ＤＢ３ １１ ＰＣ３言 ＡＤ７２２６ 上位机通信；另一个串口则预留给ＤＭＸ５１２数字控制方 式，以便该控制器在日后既可以作为模拟调光控制输出 图２ ＤＩＡ转换模块硬件电路 址线与单片机的接法相同，只是控制线／ＷＲ作为芯片锁 存引脚与不同的单片机引脚连接，３个芯片的控制线分别 连接ＰＡ４、ＰＡ５、ＰＡ６。 ０～１０ Ｖ模拟控制信号，又可以作为数字调光控制器输出 符合ＤＭＸ５１２控制协议的数字控制信号。 ２．２ 电源模块 ＡＴｍｅｇａｌ２８需要５ Ｖ供电，ＡＤ７２２６需要１５ Ｖ供电 以及１Ｏ Ｖ电压作为参考电压。外部电源采用１５ Ｖ开关 电源，对单片机的５ Ｖ供电及ＡＤ７２２６的１Ｏ Ｖ参考电压 分别使用稳压芯片ＬＭ２９４０Ｔ一５及ＬＭ２９４０Ｔ一１０实现。 ３ 软件设计 ３．１ 变量定义 该控制器包含１２个独立的通道且要将现场采集的光 强送给上位机显示，所以定义数组ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［１３１。其 中，ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａＥ０￣～ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａＥｌ１］存储相应１～１２通 道的实际控制电压（０～２５５），ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［１２１存储传感器 采样的现场光强。变量ｗｒｉｔｅ—ｅｎｄ表示ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［－０］～ ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａＩ－１１１的值是否被修改，ｗｒｉｔｅｅｎｄ一１表示修改 ２。３按键模块 按键模块提供调光控制器上的调光快捷操作。４个 按键分别为２５ 、５Ｏ 、７５ 、１００ 调光，分别接到ＰＥ４、 ＰＥ５、ＰＥ６、ＰＥ７外部中断引脚上。当按键被按下时，外部 中断被触发。 完成。 ２．４ 串口模块 单片机的串口模块用来与上位机ＰＣ进行通信。由 于ＰＣ机ＲＳ２３２串口的电平与单片机ＵＡＲＴ串口电平定 义不一致，在此通过ＭＡＸ２３２芯片进行电平转换。 ３．２ 主程序 上位机对调光控制器的控制通过串口中断实现，调光 控制器上的快捷按键通过Ｉ／Ｏ外部中断实现，传感器的采 样间隔通过定时器中断实现。３个中断的优先级为：定时 ２．５ Ａ／Ｄ模块 光强传感器采用北京易盛泰和科技公司的ＹＳ— ＣＧ—Ｘ新型光照度传感器，其量程为０～２０００ ｌｕｘ，其输出 为标准的４～２０ ｍＡ。传感器的输出接入引脚ＰＦ０，在 ＰＦＯ引脚外通过电阻将电流转换为电压以便采样。由于 Ａ／Ｄ采样的输入最高为５ Ｖ，则该电阻应选２４９ ｎ电阻。 此外为了保证采样的准确性，在电路中加入电压跟随器。 器中断＞Ｉ／０外部中断＞串口中断。主程序流程如图３ 所示。 在初始化过程中对单片机的晶振、串口模块、Ｉ／０、定 时器模块以及外部中断相关的寄存器进行配置。 ２．６ Ｄ／Ａ转换模块 Ｄ／Ａ转换模块实际上是调光控制器的输出模块。采 用ＡＤＩ公司的ＡＤ７２２６产生０～１０ Ｖ的电压。ＡＤ７２２６ 具有８位精度的４通道Ｄ／Ａ转换器，最小分辨率为 ４ ｍＶ，可以满足设计精度的要求。每一个通道都有一个 输入锁存器，可以对输入的数字量进行锁存，输出端带有 输出缓冲放大器 一。Ｄ／Ａ转换模块硬件电路如图２所示。 其中，／ＷＲ为控制线，ＡＯ、Ａ１为两条地址线，通过地 址线可以选择不同的Ｄ／Ａ通道。该控制器设计为具有１２ 通道的输出，所以采用了３个ＡＤ７２２６芯片。数据线、地 图３主程序流程 ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｃｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ（投稿专用） Ｍｉｃｒ。ｃ。ｎｔｒ。１１ｅｒｓ＆Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ６ ３ 当串口中断被响应时，首先判断上位机的指令是读操 在实际的测量中发现，未接电源时在该控制器中存在 峰峰值为４Ｏ ｍＶ、频率为５０ Ｈｚ的干扰电压，如图５所示。 为了减小这种低频干扰，在Ｄ／Ａ输出引脚接了一个４７肚Ｆ 作还是写操作。如果是写操作，返回同样的指令作为响应 指令，根据指令改变ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［］中相应通道的值，并将 ｗｒｉｔｅｅｎｄ置１。如果为读指令，根据地址将ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［］ 的电容（见图２），并取得很好的效果。 中相应通道的数据或者现场光强返回作为响应。 当定时器中断被响应时，通过传感器采样现场光强。 为了保证数据的准确，在算法中采用求１６次采样的平均 值作为有效值存入ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［１２］。 当Ｉ／Ｏ外部中断被响应时，首先需要判断是否为按键 抖动所致。如果为抖动，返回；反之，将ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［０］～ ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［１１］的值改为该快捷键代表的电压值，并将 ｗｒｉｔｅｅｎｄ置１。 最后判断变量ｗｒｉｔｅ～ｅｎｄ是否为１。若ｗｒｉｔｅ—ｅｎｄ一１， 则执行函数ＤＡＯｐｅｒａｔｉｏｎ（ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ，１２），将ｃｈａｎｎｅｌ— 图５低频干扰电压图 Ｄａｔａ［０］～ｃｈａｎｎｅｌＤａｔａ［１１］中对应的各通道值（０～２５５）以 ０～１０ Ｖ电压输出，然后将ｗｒｉｔｅｅｎｄ清０。 ５ 总 结 利用８位的ＡＴｍｅｇａ１２８单片机可以精确地实现多级 ４实验结果 当上位机调节通道１控制电压为２．５ Ｖ，通道１的实 际测得电压如图４所示。从图中可知，实际电压为 ２．４６ Ｖ，其中０．０４ Ｖ的压降是由ＡＤ７２２６芯片引脚的 １。０ Ｑ电阻引起的。 可调的０～１０ Ｖ控制电压，分辨率为４０ ｍＶ。在调光控制 器上可以通过４个按键快速地调节各个通道的灯光强弱。 此外，通过上位机实现单个通道的独立调光、所有通道的 快速调光以及灯光的闭环控制。● 参考文献 ［１］彭妙颜．现代灯光设备与系统工程［Ｍ］．北京：人民邮电出版 社，２００６． ［２］朱小清．照明技术手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９５． ［３］Ａｔｍｅ１．ＡＴｍｅｇａｌ２８芯片用户使用手册，２００７． ［４］ＡＤＩ．ＡＤ７２２６芯片用户使用手册． Ｅ５］ＡＴ８９ＣＡ０５１应用电路［０Ｌ］．Ｅ２ＯＬＯ—ｏ５］．ｈｔｔｐ：／／ ｃｏｒｎ／ｙｕａｎｊｉａｎｃａｎｓｈｕ／ｉｃｘｉｎｐｉａｎ／２Ｏｏ９ｌ０／１。９２４Ｏ一２．ｈｔｍ１． 图４上位机控制电压为２．５ Ｖ时调光控制器输出电压 （收稿日期：２０１０—０５—２８） ｓｉａａａ． ＭＩＰＳ科技与香港科技园公司合作推动Ｉｃ设计新发明 羡普思科技公司（ＭＩＰＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）宣布与香港科技园公司（Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐａｒｋｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， ＨＫＳＴＰＣ）携手，共同为亚太地区的初创公司解决ＳｏＣ设计问题。通过双方的合作协议，香港科技园的客户将能采用ＭＩＰＳ３２ ４Ｋｃ、Ｍ４Ｋ、４ＫＥｃ和２４ＫＥｃ等高性能ＭＩＰＳ３２处理器内核，作为其多项目晶圆（ＭＰｗ》和试产（Ｐｉｌｏｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）计划的一部分。 香港科技园的集成电路设计中心可提供各种ＩＰ服务，包括授权、集成和验证。通过香港科技因提供的ＭＩＰＳ内核，将有助于 初创企业和中小型设计公司降低Ｓ０Ｃ开发过程中的成本和技术选择的首期风险。 ｊ ＿ 香港科技园公司（ＨＫＳＴＰＣ）可提供创新和科技导向的基础设施和支持设施，包括针对特定市场的集群化实验室服务， 提升 香港产业和服务的竞争力；它还为科技和设计初创企业提供全方位的培育计划，并通过咨询．Ｊ＠ｇｌｆ和研究项目，促进与业界和大学／－ －研究机构的合作 香港科技园可提供高科技公司所需的先进设施和支持服务，包括Ｉｃ设计中心、ＩＣ开发支持中心、材料分析实验 室、无线通信测试实验室、知识产权服务ｑ－心、太阳能技术支持中心和生物科技中心等。 ６４《车‘；机 嵌入式条惋应固》＿珂匝＿皿匦日咖 ａｄｖ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｔｏｍ．ｃｎ（广告专用）
