微功耗袖珍照明计时器

　　照明计时器的出现是技术上的革新，使得能源专家的工作从粗略的猜测和衡量转变为建立在真实数据基础上的判断分析。照明计时器目前只有美国是大批量生产的，社会的进步和发展将节能工作提到了重要的位置。

　　从国家能源效率中心获得的情报显示，照明用电中的浪费比例明显高于其它用电领域。在很多无人的房间里，电能白白消耗。既浪费钱财，又加剧了本来就很紧张的能源危机。为减少这种浪费，就有必要知道各个照明设备的照明情况，简单的如一段时间以来照明时间的长短，复杂的如每一套灯什么时候打开，什么时候关闭等。因此必需安装几套照明计时器。

　　照明计时器能记录照明时间，即记录监控期间全套灯具运作的总时间，能记录全套灯具具体的开启、关闭时间，并能通过串行数据口输入到计算机，由计算机对所有输入数据进行处理分析。

　　应某能源效率中心的要求，我们自行设计了一套照明计时器。由于记录仪要求结构简单可靠，并且必须使用电池长期工作，故我们采用了独特的软件设计思路，使得该仪器功耗极低，不会死机，具有很高的可靠性。

　　2 系统硬件设计

　　系统硬件框图如图1所示。显示器采用廉价的动态扫描共阴极L ED 显示器。另外，因为该仪器要固定在墙上，为了使得系统体积小巧、功能可靠，我们选择Intel公司生产的87C51作为微处理器。由于系统有精确的计时要求，除了微处理器采用的4MHz 晶振外，还需要一片频率为32768Hz 的手表晶振。整个硬件结构紧凑，体积很小。

　　3 系统软件设计

　　系统软件采用独特的设计思路，如图2 所示，程序复位开始以后先看是否处于试光状态，如果是，则程序一直处于循环状态，否则，程序根据P1.4的状态决定是否清零，然后检测P1.3的状态，如有光照则计数存储器加1 ,最后看P1.2的状态，如果为低电平，系统显示数据。否则，程序置位Power Down ,系统掉电。

　　P1.3端口输入的信号是从光敏管采集到的信号。在白炽灯下试验，信号为50Hz 的方波，所以在程序中循环读取P1.3口的时间应该大于0.01s ,这样才能保证采集到高电平。实际上，我们的采集时间约为0.015s ,如果在一般运行状态下每隔2s 复位后经过约0.015s系统就进入掉电状态。

　　由图1 可知，系统每隔2s 复位一次，所以每次程序运行过程都如上所述，使得系统永不死机，获得很高的可靠性。另外在绝大多数情况下，程序的执行路径是从复位开始到掉电结束，也就是说在绝大部分时间里，系统处于掉电状态。因此系统功耗极低，保证了该系统的实用性。实测结果显示在一般运行状态下，消耗电流不大于0. 5mA。这样就保证了系统的运行时间在3 个月以上（使用3 节5 号电池） 。

　　4 系统软件调试

　　对于周期性复位的程序设计，关键在于如何调试复位程序。在调试阶段，由于我们采用的开发工具是通用的SICE - 51 系列，复位端口无法直接控制，所以我们采用外部中断的方法来模拟复位程序。

　　87C51单片机有两种低功耗操作模式：待机方式和掉电方式。待机方式消耗电流约3mA ,有激活被允许中断和复位两种退出方法。掉电方式消耗电流虽小到只有0.05mA ,但是只有一种退出方法，那就是复位。所以在用外部中断口模拟低功耗模式时只能采用待机方式。另外，用中断退出待机状态后，中断得到响应，执行完服务程序后，单片机要执行的指令将是使单片机进入待机方式的那条指令的后一条指令。显然这与复位程序的要求不符合。我们采用的对策是在中断服务程序中修改堆栈中的PC 值使得执行完服务程序后程序跳到我们所希望的地址# LABEL 。调试时的初始化程序和中断服务程序如下所示：

　　5 系统安装与使用

　　使用时先装好电池，然后把光敏传感器导线插头插入照明计时器的右侧插孔。按住TEST 键，把光敏头靠近光源，适当移动直到灯亮时LED显示“2222”，灯灭时LED不显示即可固定住光敏头。放开TEST 键，用一小锥体工具插入CLR 孔，按一下孔内短按键后，系统即清零。此时，按住DISP键LED就显示“000.0”小时。放开DISP键，至此照明计时器已开始运行。以后要看数据只要按住DISP 键几秒钟即可。正常运行状态时，LED不显示，为节省电能，不能经常按DISP键。

　　系统为了达到降低功耗的目的，除了在软件设计上的独特思路外，还注意到了以下几个方面： （1）在选择硬件时功耗与价格一起考虑，尽量选择功耗低的CMOS 元器件。（2）因为功耗与系统的振荡频率成正比关系，所以尽可能选用低频晶振。（3）复位间隔时间尽可能长。同时考虑到还要及时响应用户按键，我们把复位间隔时间选为2s。

　　6 结束语

　　作为上面所述计时器的升级产品，我们还开发了高级型照明计时器，它不仅能记录监控期间全套灯具灯照总时间，还能记录每次的开启时间和关闭时间，数据输出采用串行输出形式，数据输入计算机，由计算机进行数据综合分析处理。