智能照明控制器提供环境光测量与计时
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。
系统方框图如图1所示。
图2给出了控制系统与市电及照明系统的接线。
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)。
图5 环境光传感器PCB (左图)安装在灯座上(外壳底部可看到的小黑点)。
其它通用设计参数
灯具电源由带有变压器T1的继电器控制，因为继电器线圈电压为12V。连接器J2用于编程和调试微控制器。
另外，系统还提供4个LED指示：电源打开(V_ON)；系统运行(OK)；7段显示器DS1和DS2提供的小时(HR)或分钟(MIN)指示。
定位ALS
传感器位置对于良好的工作非常关键。在灯具外壳上钻一个小孔，并用透明胶带密封。ALS的PCB安装在小孔中部，使传感器"看"到并测量环境光亮度。利用热粘接剂将传感器PCB安装至灯具外壳。
应慎重选择ALS的位置，如果传感器"看"到来自灯管本身的光线，则会影响白天环境光亮度的测量，造成照明灯不断地闪烁(打开和关闭)。
到了晚上，由于照明灯根据时间(而非环境光亮度)关闭，所以ALS定位不成问题。
最后，将ALS安装