基于单片机的智能遥控灯具升降器设计

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【摘要】在生活当中，对仓库、体育馆等高大建筑物中的高位灯进行清洁、维护保养，如果把每盏灯都取下来非常不方便，需要付出很大的代价。针对这个情况，设计了一套以STC89C52单片机为基础的智能吊灯升降器。系统以STC89C52为处理器，通过控制继电器达到使电机正反转的目的，从而使吊灯升降。本文详细地介绍了该系统的结构和工作原理以及系统的软件设计。

【关键词】单片机；继电器；电机

0 引言

随着生活在提高，时代在进步，人类在向文明迈进，不同的时代对居住空间、环境有不同的要求，这是社会的必然潮流。单片机控制的吊灯升降器适用于高大厂房的灯具辅助，可以方便灯具检修和更换灯泡，以及保养维护，除去了高空作业维修的隐患和成本。无论厂房多高，灯具在上升过程中旋转度数多少，都可以准确无误的定位，并且遥控吊灯升降器有体积小、安全可靠、价格低廉等优点。吊灯升降器由三部分组成，即升降器、灯具连接件、手动控制开关三部分。此装置能够将较高位置的灯具降至工作面，待更换光源或维修电器完成后，再将灯具自动地提升至原高度，使其恢复原位。而且本装置可采用遥控和手动两种方式对灯具进行升降控制，灯具下降时，完全处于断电状态，保证了安全，节省了大量购买大型升降车的资金，同时也避免了维修人员高处作业时面临的人身危险。

1 系统结构及工作原理

1.1 系统结构

智能遥控灯具升降器主要由遥控器、单片机控制板、机械装置构成，吊灯的升降速度在额定电压220V下是固定的。

1.1.1 STC89C51微处理器

STC89C51单片机以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础。近年来，89C51系列又有了许多发展，推出了一些新产品，主要是改善单片机的控制功能，如内部集成了高速I/O口、ADC、PWM、WDT等，以及低电压、微功耗、电磁兼容、串行扩展总线和控制网络总线性能等。STC公司研制的89CXX系列是将flash memory（EEPROM）集成在80C51中，作为用户程序存储器，并不改变80C51的结构和指令系统。

1.1.2 电源模块设计

由于单片机控制系统采用+5V直流电源供电，所以本系统电源模块需要变压器把220V交流电变到+5V直流电。首先把220V交流电变到+7.5V电压，再采用全波整流电路把交流电转化成直流电。为了提高电路的稳定性，同时为了把7.5V电压变到5V直流电，需要在全波整流电路后再通过7805稳压芯片进行稳压。这样基本满足系统各部分的电压和功耗的要求。

1.1.3 电机正反转控制模块

吊灯的升降是通过电机的正反转实现的，而电机的正反转是通过单片机控制三个继电器改变通过电机的电流方向来控制的。串励直流电动机的反转常采用励磁绕组反接法来实现。因为串励电动机电枢绕组两端的电压很高，而励磁绕组两端的电压较低，反接较容易。

1.1.4 电动机简介

本设计的电机采用串励电动机。单相串励电动机属于单相交流异步电动机，属于交、直流两用电动机，它既可以使用交流电源工作，也可以使用直流电源工作，所以又称为交直流两用串励电动机。由于它转速高、体积小、启动转矩大、转速可调，既可在直流电源上使用，又可在单相交流电源上使用，因而在电动工具中得到广泛的应用。电机主要由定子转子及支架三部分组，定子由凸极铁心和励磁绕组组成，转子由隐极铁心、电枢绕组、换向器及转轴等组成。励磁绕组与电枢绕组之间通过电刷和换向器形成串联回路。串励电动机重载时转速低，可保证发动机的安全起动，而在轻载时转速高，易造成飞车事故。因此对于功率较大的电动机，不允许在轻载或空载下运行。

1.2 系统工作原理

本设计是采用弱电控制强电的方法。通过单片机控制通过串励电动机的定子中的电流方向，达到控制吊灯的目的。灯具升降器主要由控制齿轮的电路板和机械部分两部分构成，电路板主要由最小系统，无线遥控的接受电路构成。通过单片机控制继电器来控制电机的正反转，进而达到电灯升降的目的。第一次使用的时候，装好灯具以后，灯具慢慢升起，当钢缆上升至上限位置时，上限位开关闭合，钢缆自停，然后金属卡子把电灯固定在顶部，电灯电路接通。第二次使用的时候，按下“下降键”，钢缆慢慢匀速下降，当其下降到我们所想设定的位置时，按下停止键，钢缆会立即停止，再按下保存按键，此时控制主机记忆下限位置即已设定成功。当下降位置设定成功后，钢缆在下降运行时，从上限位开关断开的瞬间，控制主机自动记忆下限位置，若中途无任何操作，钢缆下降到所设定的记忆位置便自动停止，这方便以后灯具升降器的使用。以后灯具升降器的使用方法和上面讲的一样。

2 系统软件设计

该系统的软件设计主要是下位机程序设计。整个下位机程序用C语言编写，采用模块化程序设计。程序主要包括主程序，继电器控制程序，EEPROM模块程序设计。由于软件程序设计的程序比较多，下面仅给出了程序设计的流程图和中断程序设计介绍。图1是软件流程图。

中断程序介绍：

本设计程序采用两个中断来设计。TMOD是定时器/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能。当TMOD=0x11时，定时器0和定时器1都工作在4种工作方式中的方式1。方式一的计数位数是16位，对T0来说，由TL0寄存器作为低8位、TH0寄存器作为高8位，组成了16位加1计数器。加1计数器输入的计数脉冲有两个来源。一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；另一个是T0和T1引脚输入的外部脉冲源。当TL0计数器溢出，TH0中数据加1，TL0中的初值自动装入TL0，继续计数，循环重复计数。由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。

定时器初值的计算方法：当用定时器的方式1时，设机器周期为Tcy，定时器产生的一次中断的时间是t，那么需要计数的个数N=t/Tcy，装入THX和TLX中的数分辨为：

要计算机器周期Tcy，就需要知道系统时钟频率，也就是单片机的晶振频率，机器周期的计算方法是：

3 结论

本文详细介绍了基于STC89C52单片机的智能遥控灯具升降器系统的设计。介绍了系统的结构和工作原理，完成了遥控控制模块设计、交流电转成5V直流电模块设计、电机正反转模块设计，并对各个模块进行了详细的介绍，且提出了相关软件部分的设计思路和流程。测试结果表明，该智能遥控灯具升降器能稳定运行，其应用前景广阔。

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