光傳感器ＩＳＬ２９００４在智能照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：針對(duì)智能照明控制系統(tǒng)中照度檢測(cè)的問(wèn)題，提出一種基于ISL29004的多路照度檢測(cè)方案。介紹一種采用該方案的智能照明控制設(shè)備，該設(shè)備以單片機(jī)P87LPC768為控制核心，采用具有I2C總線接口的ISL29004進(jìn)行照度檢測(cè)，使用準(zhǔn)雙向I2C總線緩沖器P82B96對(duì)I2C總線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展，在簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多路照度檢測(cè)以及自動(dòng)照明控制。

關(guān)鍵詞：照明控制;ISL29004;I2C總線;P82B96

中圖分類號(hào)：TP212.9;TN492 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004 373X(2009)02 189 03

Application of Light Sensor ISL29004 in Intelligent Lighting Control System

BU Dengli

(Information Science and Medium College,Jinggangshan University,Ji′an,343009,China)

Abstract：Based on the question of illuminance detection in intelligent lighting controller,the paper introduces a multi－channels illuminance detection scheme based on ISL29004,and a kind of intelligent lighting controller which uses above scheme.The controller is based on P87LPC768,adopts programmable light－to－digital output sensor ISL29004 with I2C interface to detect illuminance,uses dual bidirectional bus buffer P82B96 to extend I2C bus,achieves multi－channel illuminance detection and automatically adjustable lighting control.

Keywords：lighting control;ISL29004;I2C bus;P82B96

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)照明控制的要求越來(lái)越高，如營(yíng)造舒適的照明環(huán)境、節(jié)約電能、提高光源壽命等。為了提高工作環(huán)境的舒適性，照明控制系統(tǒng)采取光傳感器，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的照度自動(dòng)控制照明設(shè)備，從而使照度控制在舒適的范圍內(nèi)。

在傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)中，往往采用普通光傳感器結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的方案。一方面由于光傳感器檢測(cè)到的光信號(hào)既包含可見(jiàn)光成分又有紅外光成分，在設(shè)計(jì)中要考慮濾除紅外光對(duì)光傳感器檢測(cè)結(jié)果的影響，并且由于采用了分離的器件，因此導(dǎo)致設(shè)計(jì)比較復(fù)雜；另一方面，對(duì)照度的檢測(cè)范圍比較局限，不利于實(shí)現(xiàn)多路照度檢測(cè)從而對(duì)同一場(chǎng)所內(nèi)多個(gè)照明設(shè)備實(shí)施分區(qū)域控制。在此提出了基于ISL29004的多路照度檢測(cè)方案，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并采

用單片機(jī)P87LPC768作為智能照明控制設(shè)備的控制核心，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)照明設(shè)備進(jìn)行分區(qū)域控制，在節(jié)能的同時(shí)營(yíng)造更舒適的照明環(huán)境。

1 I2C器件ISL29004

1.1 I2C總線概述

I2C 總線是Philips公司推出的芯片間串行傳輸總線，以二線傳輸，其總線上所有的節(jié)點(diǎn)，如主器件(單片機(jī)、微處理器) 、外圍器件、接口模塊等都連接到同名端的SDA和SCL上，實(shí)現(xiàn)了完善的半雙工同步數(shù)據(jù)傳送，可以方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。I2C總線采用器件地址的硬件設(shè)置方法,通過(guò)軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法，從而使硬件系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單靈活的擴(kuò)展方法。

I2C 總線傳輸數(shù)據(jù)必須遵循規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸格式，數(shù)據(jù)傳輸由主控器控制，主控器啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸、發(fā)送起始信號(hào)、尋址信息以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)，被控器進(jìn)行必要的應(yīng)答。

1.2 光傳感器ISL29004

ISL29004是新一代光－數(shù)字傳感器，集成了電流放大器、用于消除人為光閃爍的50 Hz/60 Hz抑制濾波器和16位adc，能將光照度轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)便易用的16位、I2C標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號(hào)，為用戶提供了單芯片解決方案。

ISL29004內(nèi)部有2個(gè)光敏二極管，二極管1檢測(cè)環(huán)境中可見(jiàn)光和紅外光總的照度，二極管2 只檢測(cè)環(huán)境中紅外光照度，兩個(gè)二極管的光譜響應(yīng)是互不依賴的。用戶可以通過(guò)編程控制adc的工作模式，既可以僅輸出光敏二極管1或2的檢測(cè)結(jié)果，在模式2下還可以輸出經(jīng)內(nèi)部減函數(shù)計(jì)算的濾除紅外光影響的結(jié)果。

ISL29004內(nèi)有8個(gè)8位的寄存器，1個(gè)命令寄存器，1個(gè)控制寄存器，2個(gè)中斷閾值寄存器，4個(gè)只讀數(shù)據(jù)寄存器。命令寄存器可以設(shè)定ADC的工作模式以及分辨率；控制寄存器可以調(diào)整增益從而選擇照度檢測(cè)范圍；只讀數(shù)據(jù)寄存器LSB_Sensor和MSB_Sensor可以讀取ADC最近的數(shù)字輸出；只讀數(shù)據(jù)寄存器LSB_timer和MSB_timer可以讀取ADC最近一次積分的周期數(shù)。8個(gè)寄存器的地址依次為00H~07H。

ISL29004有2個(gè)I2C接口地址選擇引腳A0，A1，可以在1條I2C總線線路上安裝4個(gè)ISL29004，并且可以和其他I2C外圍節(jié)點(diǎn)共存。

2 硬件結(jié)構(gòu)以及工作原理

2.1 總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。單片機(jī)P87LPC768作為I2C總線的主控器，ISL29004作為被控器，4個(gè)ISL29004的設(shè)備地址依次為：44H~47H，通過(guò)ISL29004的地址引腳A1，A0進(jìn)行設(shè)置。在系統(tǒng)中，使用了準(zhǔn)雙向I2C總線緩沖器P82B96對(duì)I2C總線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)I2C總線的遠(yuǎn)距離傳輸，拓展了照度采集距離；P87LPC768的I2C總線經(jīng)P82B96緩沖器擴(kuò)展后通過(guò)雙絞線和遠(yuǎn)端的P82B96以及ISL29004連接。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

與4組照度采集電路相對(duì)應(yīng)，調(diào)光控制電路也有4組，與P87LPC768的4個(gè)PWM引腳相連。

2.2 調(diào)光控制電路

調(diào)光控制電路如圖2所示，用光電耦合器MOC3041作為晶閘管的驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。MOC3041內(nèi)部有過(guò)零檢測(cè)電路，當(dāng)P0.0為低電平時(shí)，輸出端6引腳、4 引腳之間的電壓稍過(guò)零時(shí)，MOC3041內(nèi)部雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部晶閘管T₁導(dǎo)通。當(dāng)P0.0為高電平時(shí)，MOC3041內(nèi)部雙向晶閘管關(guān)斷，從而外部晶閘管T₁也關(guān)斷。

通過(guò)P87LPC768的PWM輸出控制MOC3041的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間比值來(lái)調(diào)節(jié)照明設(shè)備的功率，從而實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的打開、關(guān)閉以及亮度調(diào)節(jié)。

2.3 工作原理

在程序中通過(guò)定時(shí)中斷讀取4路ISL29004的ADC輸出，并轉(zhuǎn)換為照度值；ISL29004內(nèi)部的ADC工作在模式2，分辨率為16，照度檢測(cè)范圍一般設(shè)為0~1 000 Lux即可滿足一般的照明場(chǎng)所的照度檢測(cè)要求。假設(shè)讀取ISL29004的ADC的輸出為DATA，則可以通過(guò)以下的公式轉(zhuǎn)換為照度值:

E=1 000×100/R璄XT216×DATA

然后根據(jù)計(jì)算所得到的照度值進(jìn)行調(diào)光控制；由于P87LPC768的PWM輸出的占空比是根據(jù)計(jì)數(shù)映像寄存器CNSW的值和比較映像寄存器CPSW璶的值確定，PWM輸出保持高電平期間的MCU時(shí)鐘脈沖數(shù)為(CNSW-CPSW璶+1)。由此可見(jiàn)，CPSW璶越大，則高電平維持的時(shí)間越短，則調(diào)光控制電路的T₁導(dǎo)通時(shí)間也就越長(zhǎng)，照明設(shè)備的亮度就越高；反之照明設(shè)備的亮度就越低。

圖2 調(diào)光控制電路圖

在程序中通過(guò)比較得到的照度值E和標(biāo)準(zhǔn)照度值E璖來(lái)調(diào)整CPSW的值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光控制。CPSW的初值設(shè)為0，并在0~CNSW之間分為若干檔，比如10檔，得到每次CPSW的調(diào)整值ΔP=(CNSW-1)/10，以實(shí)現(xiàn)較為平滑的調(diào)整。計(jì)算出照度值后和標(biāo)準(zhǔn)照度值E璖比較，如果小于標(biāo)準(zhǔn)照度值E璖，則在當(dāng)前CPSW的基礎(chǔ)之上增加ΔP，直到達(dá)到CPSW的最大值(CNSW-1)；如果大于標(biāo)準(zhǔn)照度值E璖，則在當(dāng)前CPSW值的基礎(chǔ)上減少ΔP，直到CPSW的值為0，照明設(shè)備關(guān)閉。同時(shí)為了避免較小的照度變化導(dǎo)致自動(dòng)調(diào)光，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)照度值確定一個(gè)調(diào)光允許的照度差值ΔE璖，如果當(dāng)前得到的照度值和上次所得到的照度值差的絕對(duì)值ΔE不小于ΔE璖，才進(jìn)行調(diào)光控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

主要包括主程序、定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序以及I2C總線數(shù)據(jù)傳輸程序模塊。主程序完成P87LPC768以及ISL29004的初始化，照度采集以及調(diào)光控制在定時(shí)器0中斷服務(wù)子程中完成。I2C總線數(shù)據(jù)傳輸程序模塊詳見(jiàn)

參考文獻(xiàn)［1］，這里給出定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序的流程圖，如圖3所示。

圖3 定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序流程圖

圖3中只給出一組ISL29004的照度采集以及調(diào)光控制電路的控制程序，由于系統(tǒng)中有4組，因此在定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序中，應(yīng)該是按順序依次通過(guò)I2C總線讀取4組ISL29004的采集值并通過(guò)4個(gè)PWM通道進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)調(diào)光控制。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)智能照明控制系統(tǒng)中照度檢測(cè)的問(wèn)題，提出一種基于ISL29004多路照度采集方案，并給出硬件結(jié)構(gòu)、工作原理以及軟件流程圖。由于ISL29004內(nèi)部集成了ADC，直接輸出數(shù)字量，具有抗干擾能力強(qiáng)和低功耗的特點(diǎn)；并且可以編程靈活配置，又具備比較靈活的I2C總線接口，從而簡(jiǎn)化了照明控制設(shè)備的設(shè)計(jì)；使用準(zhǔn)雙向I2C總線緩沖器P82B96對(duì)I2C總線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展以后，拓展了I2C總線的傳輸距離，實(shí)現(xiàn)了照明場(chǎng)所內(nèi)的多路照度檢測(cè)，從而可以對(duì)多個(gè)照明設(shè)備實(shí)行分區(qū)域控制，并且通過(guò)P87LPC768的PWM輸出實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)光控制，在節(jié)能的同時(shí)營(yíng)造更舒適的照明環(huán)境。

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作者簡(jiǎn)介 卜登立 男，1975年出生,河北定州人,副教授,碩士。研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)及應(yīng)用。