基于AVR单片机的电子镇流器设计

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  0 引言

  电子镇流器是新型节能产品,不仅能带动一些照明灯具,还可以和一些紫外灯结合在一起,对于空气净化和水源净化都有着非常大的作用。当前,全世界都在大力提倡环境保护,电子镇流器间接地为环保提供了原动力。

  AVR单片机是一款性价比较高的单片机,用这种单片机来对电子镇流器进行调光和时间采样非常合适,首先是AVR单片机本身较稳定,抗干扰能力比较强,其次是其本身的Harvard结构使得运行速度比较快,数据回读时间较快,可以实现实时在线控制。

  1 AVR单片机介绍

  1.1 AVR单片机的特点

  与以往的8位单片机相比,AVR单片机采用Harvard结构,也就是程序总线和数据总线分开,并采用两级流水线,具备1MIPS/MHz的高速运行处理能力。片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能模块,外围电路简单,系统更加稳定可靠。大部分AVR片上资源丰富:带E2PROM、PWM、RTC、SPI、UART、TWI、ISP、AD、Analog Comparator、WDT等单元模块。

  1.2 AVR单片机的PWM功能

  AVR单片机的定时器功能强大,以Atmega48为例,它有两个8位定时器和一个16位定时器,都具有硬件PWM功能。每个定时器都有两个输出比较单元,使PWM更加简单。

  AVR定时器的PWM波分5种工作类型(1)普通模式。最简单的工作模式,在此模式下计数器不停地累加。计到最大值后(MAX=0xFFFF)由于数值溢出,计数器简单地返回到最小值0x0000重新开始。

  (2)CTC模式。a.用于输出50%占空比的方波信号;b.用于产生准确的连续定时信号。

频率计算公式:

  (3)快速PWM模式。用于输出高频率的PWM信号(比双斜波的高一倍频率)。

  频率计算公式:

  (4)相位修正PWM模式。用于输出高精度的相位准确的PWM信号。

  频率计算公式:

  1.3 AVR单片机的串口通讯功能

  AVR单片机都有效支持C高级语言,串口接收可采用中断方式也可以采用查询方式,AVR的串口是全双工操作(独立的串行接收和发送寄存器),支持异步或同步操作,支持5、6、7、8或9个数据位和1个或2个停止位,硬件支持奇偶校验操作,有三个独立的中断源,其中包括UART接收完成中断、发送完成中断、寄存器空中断,在判断是否接收到数据时,也可以用查询的方式,本身采用中断的方式。

  2 电子镇流器

  2.1 电子镇流器的优点

  (1)节能。电子镇流器自身的功率损耗仅为电感镇流器的40%左右,而且荧光灯在30kHz左右的高频下,光效将提高20%,工作电流仅为电感的40%左右,并且能够在低温、低压下启动和工作。

  (2)无频闪。灯管在30kHz左右工作时,发光稳定,人眼感觉不出"频闪"有利于保护视力。

  (3)无噪声。有利于在安静的环境中工作和学习。

  (4)功率因数高。减少了无功损耗,提高了供电设备容量的有效利用率,减少线路的损耗。

  (5)本身具有保护功能,如无灯保护和过压保护,增强了电子镇流器的可靠性。

  2.2 电子镇流器的硬件电路设计

  (1)图1为AVR单片机控制电路, 芯片用的是Atmega48,单片机的引脚PD0和PD1作为RS485的接收端和发送端。PD2接到RS485的输出端。

 


图1 AVR单片机控制电路

  (2)图2是RS485的通信电路,接收端和输入端分别接上一个光耦合器,对接收、发送信号起隔离作用,由于光耦合器输入输出间互相隔离,因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件, 因而具有很强的共模抑制能力。图中6LB184是一个具有瞬变电压抑制功能的差分收发器,它的抗噪声能力比较强。

 


图2 RS485调光电路

  (3)图3是输入EMI滤波器和PFC升压电路,LC1和CY1、CY2用来滤除共模噪声,CX1和CX2滤除差模噪声。

  UC2843是一个固定频率的脉宽调制器,和Q101组成升压电路,功率因素校正电路用于提高整流器的导通角,同时使输入交流电流的波形正选化,并与电压波形同向。

 


图3 功率因素校正升压电路

  3 电子镇流器软件设计

  3.1 AVR单片机对镇流器调光的具体方法及软件流程

  电子镇流器启动时,通过预热频率和点火频率后,最终稳定的工作在点火频率。然后软件将RS485置为接收状态,如果有调光命令发下来,单片机根据命令,改变镇流器的运行频率,以此达到调光的目的。

 


图4 软件流程图

  4 总结

  本文通过AVR单片机对电子镇流器进行了调光控制,实现了不仅可以全开全关,还可以对具体镇流器进行智能控制。而且有些电子镇流器与灯管等集成在一起,使用起来非常地方便。通过一些具体工程项目,将电子镇流器和UV灯管结合在一起进行调光,证明文中方法有效。

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基于AVR单片机的电子镇流器设计

电子镇流器(Electrical ballast)是镇流器的一种,是指采用电子技术驱动电光源,使之产生所需照明的电子设备。电子镇流器自身功耗低,有更佳的照明效果,消除了闪频现象,发光更稳定,而且可以调光。文章采用AVR单片机作为控制芯片,通过电子镇流器进行调光和相关功能的控制,最大限度地发挥智能型镇流器的特点。实际应用表明,文中的方法有效。

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