分段開關(guān)是一種節(jié)能電子產(chǎn)品，在只有兩根電源線的情況應(yīng)用它可對具有多盞燈泡、日光燈、節(jié)能燈的燈具進(jìn)行分組控制，避免照明電路重新布線之苦。常見的分段開關(guān)用—位開關(guān)控制，通過開關(guān)不同的次數(shù)產(chǎn)生不同的亮燈狀態(tài)。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(guān)，由于燈泡、日光燈、節(jié)能燈的使用壽命跟開關(guān)次數(shù)有很大的關(guān)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(guān)四次才能打開所有的燈。下面介紹一種用單片機(jī)設(shè)計的三路分段開關(guān)，控制面板上使用一只開關(guān)和三只按鈕，打開開關(guān)后只要按動不同的按鈕就能控制不同的燈組，三組燈具獨(dú)立控制，具有使用直觀方便的特點(diǎn)。

一、電路工作原理

分段開關(guān)由控制面板和接收控制器兩部分組成，控制面板裝在開關(guān)盒上，接收控制器裝在燈具上?？刂泼姘搴徒邮湛刂破饔脙筛娫淳€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(shù)的方式區(qū)分不同的控制信號。

1、控制面板電路

控制面板主要產(chǎn)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(dāng)S1沒有按下時，A1的輸入端為低電平，所以經(jīng)兩次反相后A2也輸出低電平;當(dāng)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(jīng)R4充電兩端的電壓逐漸上升，A1輸入端的電位逐漸下降，當(dāng)電位下降到VDD/2即4.5V以下時，A2的輸出由高電平轉(zhuǎn)換為低電平。這樣當(dāng)分別按下按鈕S1NS3時，A2輸出端分別產(chǎn)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(dāng)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(shù)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(shù)，對應(yīng)的脈沖個數(shù)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(jīng)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(shè)備短路，也能防止其對外產(chǎn)生干擾信號。

C7、VD2、VD3、C6等組成電容降壓式電源電路，其中經(jīng)穩(wěn)壓二極管VD1穩(wěn)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(jī)電路和電源電路等部分組成。

R1、C1組成單片機(jī)的復(fù)位電路，接通電源后單片機(jī)AT89C2051的復(fù)位端1腳獲得一個高電平復(fù)位脈沖，使得單片機(jī)進(jìn)入程序所設(shè)定的初始狀態(tài)，其引腳P1.0輸出高電平，P1～1、P1.2輸出低電平，三極管VTl導(dǎo)通，VT2、VT3截止，使得繼電器K1吸合，K2、K3處于釋放狀態(tài)，這樣當(dāng)打開控制面板上開關(guān)S4后第一組燈點(diǎn)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(diǎn)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(jī)P3.4腳輸入給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)根據(jù)輸入的脈沖信號的個數(shù)決定改變引腳P1.0～P1.2的工作狀態(tài)，具體的說就是1500個左右的脈沖信號對應(yīng)P1.0，2300個左右的脈沖信號對應(yīng)P1.1，3400個左右的脈沖信號對應(yīng)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(jī)的P1.1端由低電平轉(zhuǎn)換為高電平，繼電器K2吸合，對應(yīng)的常開觸點(diǎn)k2閉合接通相應(yīng)的燈組，再按一下S2則單片機(jī)的P1.1端由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，關(guān)閉對應(yīng)的燈組。其余兩路的工作過程以此類推。當(dāng)控制某一路的工作狀態(tài)時，其它兩路的工作狀態(tài)不受影響，即每一路均可獨(dú)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。

二、程序介紹

程序采用C語言編寫，將定時器TO設(shè)定為計數(shù)器，P3.4腳作計數(shù)脈沖的輸入端。定時器T0對輸入的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，通過對脈沖數(shù)量的判斷就能知道控制面板上按下了那一個開關(guān)，從而改變相應(yīng)的繼電器的工作狀態(tài)。

程序清單如下：

#include

unsignedchari,DelayTime;

unsignedintn：

sbitP1_O=p1^0;

sbitP1_1=P1^1;

sbitP1_2=P1^2;

sbitP3_4=P3^4;

voiddelay(DdayTime)//延時子程序

{

for(;DelayTime>0;DelayTime——)

{

for(i=0;i<250;i++);

}

}

voiDMAin(void)//主程序

{

P1_0=1;

P1_1=O;

P1_2=0;

TMOD=0x05;

//定時器TO工作于方式1計數(shù)

TH0=0;

TL0=O：

TRO=1：//開定時器TO

for(;;)

{

while(P3_4=1);//判斷有沒有

輸入脈沖

TR0=1：//開定時器TO

delay(50);

//延時50mS，讓定時器TO計數(shù)

TRO=O：//關(guān)定時器TO

n=TL0ㄧ(TH0<<8);//取計數(shù)值

TH0=0;

TLO=O：

if(n>1300&&n<1700)//若脈

中個數(shù)為1500左右

P10=!P10：//P1.O輸

出電平取反

elseif(n>2000&&n<2600)//若

脈沖個數(shù)為2300左右

P1_1=!P1_1;//P1.1輸

出電平取反

elseif(n>3000&&n<3800)//若

脈沖個數(shù)為3400左右

P1_2=!P1_2;//P1.2輸

出電平取反

}

}

程序中“while(P3_4==1)：”檢測P3.4腳是否為高電平，在控制面板沒有發(fā)出脈沖信號時P3.4腳始終為高電平，程序處于等待狀態(tài);一旦發(fā)出脈沖信號后P3.4.腳就會出現(xiàn)低電平，程序檢測到后即向下執(zhí)行，定時器T0對P3.4腳輸入的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。由于控制面板發(fā)送控制信號最長的持續(xù)時間為34mS，因此這里選用50mS的時間讓定時器TO進(jìn)行計數(shù)，保證脈沖信號不丟失。計數(shù)結(jié)束后程序?qū)τ嫈?shù)值進(jìn)行篩選，由于控制面板采用了RC振蕩器，其頻率穩(wěn)定性較差，為了提高電路工作的可靠性，在篩選時允許脈沖信號的個數(shù)有一定的誤差。

三、安裝和調(diào)試

控制面板中IC1選用CMOS與非門集成電路CD4011，電容C1、C2、C3、C5選用穩(wěn)定性較好的滌綸電容器，以保證電路的穩(wěn)定性。S1～S4選用輕觸按鈕開關(guān)。電感器L1磁芯使用E16的鐵氧體磁芯，用巾φ0.41的漆包線繞100T，高頻變壓器T1使用E1 3的鐵氧體磁芯，用φ0.19的漆包線初級繞200T，次級繞50T。

接收控制器中IC1用ATMEL公司的AT89C2051單片機(jī)集成電路，IC2用小功率三端穩(wěn)壓集成電路78L05。X1用12MHz的石英晶體。VD1～VD7用整流二極管1N4004，VT1用三極管2SC945，VT2～VT4用三極管2SCl815。繼電器K1～K3用型號為HRS1-S、12VDC的繼電器，其觸點(diǎn)負(fù)荷為3A120/220VAC。

電感器L1控制面板中的L1參數(shù)一樣，高頻變壓器T1使用E13的鐵氧體磁芯，用φ0.19的漆包線初、次級均繞100T。。

安裝前用編程器將編譯好的目標(biāo)文件switch.hex寫入AT89C2051芯片。

安裝完成后的調(diào)試工作主要是調(diào)整控制面板的延時時間和多諧振蕩器的振蕩頻率，調(diào)試時打開控制面板的電源開關(guān)S4，然后依次按動按鈕開關(guān)S1、S2、S3，看接收控制器中相應(yīng)的繼電器有沒有的動作，如果都沒有反映，在電路沒有問題的情況下，可能是控制面板的輸出頻率誤差較大，適當(dāng)整電路中R6或C5的參數(shù)即可解決問題，有條件的話可用頻率計測量A4的輸出頻率，把A1的輸入端和+9V用導(dǎo)線連接即可進(jìn)行測量。在這之后如果有某一個按鈕開關(guān)按下沒有反映，說明這一路延時誤差較大，可改變其相應(yīng)的延時電容器的容量。最后依次按動發(fā)射機(jī)的三個按鈕S1～S3，如果對應(yīng)的三路繼電器的工作狀態(tài)均能發(fā)生變化的話，調(diào)試工作就完成了。