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1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)(論文)題目： 太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)日期：2016年6月5日 II 太陽能LED路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，太陽能燈具產(chǎn)品在環(huán)保節(jié)能的雙重優(yōu)勢下已逐漸形成規(guī)模，例如太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等。太陽能發(fā)電在路燈照明領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)日趨完善。 該太陽能LED路燈系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)為核心，通

2、過UC3906芯片充電，利用單片機(jī)的端口分別控制數(shù)碼管顯示和智能控制照明系統(tǒng)。本系統(tǒng)既能通過光的強(qiáng)弱來控制路燈的開關(guān)，又可以通過調(diào)整時(shí)間來控制路燈的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)兩種功能，達(dá)到完美控制的效果。該系統(tǒng)操作簡單，功能齊全，界面友好。 關(guān)鍵詞: 太陽能照明，AT89C52，UC3906，LED路燈 DESIGN OF SOLAR LED STREET LAMP SYSTEM ABSTRACT With the development of solar photovoltaic technology and progress, solar lighting products i

3、n the environment protection and energy has been gradually under the dual advantages of scale, such as solar lights, garden lights, lawn and so on. Solar street lighting in the area of ??development has increasingly improved. The solar LED Street lamp system using AT89C52 MCU core, through the UC39

4、06 chip charging port are controlled by microcontroller digital display and intelligent control of lighting systems. The system both by the intensity of light of street lamps to control the switch and switch can be controlled by adjusting the time street lamps, achieving two features, the effect per

5、fect control. The system is simple, functional, friendly interface. KEY WORDS : Solar Lighting System, AT89C52, UC3906, LED Street lamp 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒 論 1 1.1 研究背景、目的與意義 1 1.2 新能源開發(fā)的必要性 1 1.3 太陽能利用的優(yōu)勢 2 1.4 太陽能LED路燈優(yōu)勢 3 1.5 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 4 第二章 方案的論證與選擇 7 2.1 設(shè)計(jì)要求 7 2.2 設(shè)

6、計(jì)組成方框圖 8 2.3 太陽能電池板 8 2.4 蓄電池 9 2.5 主控模塊 10 2.6 顯示模塊 10 2.7 時(shí)鐘芯片的選擇 11 2.8 路燈的選擇 11 2.9 最終方案的確定 12 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) 13 3.1 電路的總體結(jié)構(gòu) 13 3.1.1 太陽能電池板 13 3.1.2 蓄電池 14 3.1.3 太陽能路燈光源 14 3.1.4 控制器 14 3.1.5 燈桿及燈具外殼 15 3.1.6 線纜和連接緊固輔件 15 3.2 控制模塊電路設(shè)計(jì) 15 3.3 電源穩(wěn)壓電路 18 3.4 UC3906充電電路 19 3.5 光敏電阻接

7、收電路 20 3.6 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘電路 22 3.7 按鍵可調(diào)電路 23 3.8 LED路燈驅(qū)動(dòng)電路 23 3.9 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路 25 3.10 數(shù)碼管顯示電路 26 3.11 整機(jī)電路總體設(shè)計(jì) 27 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 29 4.1 主程序設(shè)計(jì) 29 4.2計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì) 31 第五章 太陽能路燈的仿真 33 5.1 仿真流程 33 5.2 仿真圖 33 第六章 總 結(jié) 36 致 謝 38 參考文獻(xiàn) 39 附錄Ⅰ 整體電路圖 40 附錄Ⅱ 單片機(jī)程序 43 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒 論 1.1 研究背

8、景、目的與意義 由于全球性能源危機(jī)，世界普遍重視可再生能源的利用與研究。太陽能作為一種新興的綠色能源，以其永不枯竭、無污染等優(yōu)點(diǎn)，正得到迅速的推廣應(yīng)用。太陽能路燈以其不用專人管理和控制，安裝一次性投資無需日后電費(fèi)開支，無需架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜．可以方便安裝在廣場、校園、公園以及不便于架設(shè)輸電線路的地方等多方面的優(yōu)點(diǎn)而越來越受到重視[1]。 1.2 新能源開發(fā)的必要性 跨入21世紀(jì)后，人類面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，如何能在能源有限和環(huán)境保護(hù)的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球的熱點(diǎn)問題。而能源問題更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更嚴(yán)重的是化石能源的開發(fā)利用更加劇了環(huán)境的

9、惡化。主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面[2]： (1)能源短缺。常規(guī)能源的有限性和分布不均勻，造成了世界上大部分國家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。從長遠(yuǎn)來看，全球已探明石油儲(chǔ)量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，人類遲早要面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面。 (2)環(huán)境污染。燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)排入天空，是大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；甚至在局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土資源。 (3)溫室效應(yīng)?；茉吹睦貌粌H造成環(huán)境污染，同時(shí)會(huì)排放大量的溫室氣體，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全球氣

10、候變化。 1.3 太陽能利用的優(yōu)勢 人類要解決能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。據(jù)預(yù)測，到本世紀(jì)中葉可再生能源在世界能源結(jié)構(gòu)中將占到50％以上，包括太陽能在內(nèi)的可再生能源在本世紀(jì)將會(huì)以前所未有的速度發(fā)展，逐步成為人類社會(huì)基礎(chǔ)能源的重點(diǎn)。太陽能具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其開發(fā)利用必將在21世紀(jì)得到長足的發(fā)展，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)當(dāng)重任，成為21世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源。太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全，環(huán)保新能源越來越受到重視。在這里我們就太陽能燈具和使用市電燈具的效果作實(shí)用對比。 市電照明燈具安裝復(fù)雜：在市電照明燈具工程中有復(fù)雜的作業(yè)程序，首先

11、要鋪設(shè)電纜，這里就要進(jìn)行電纜溝的開挖、鋪設(shè)暗管、管內(nèi)穿線、回填等大量基礎(chǔ)工程。然后進(jìn)行長時(shí)間的安裝調(diào)試，如任何一條線路有問題，則要大面積返工。而且地勢和線路要求復(fù)雜、人工和輔助材料成本高昂。太陽能照明燈安裝簡便：太陽能燈具安裝時(shí)，不用鋪設(shè)復(fù)雜的線路，只要做一個(gè)水泥基座，然后用不銹鋼螺絲固定就可。 市電照明燈具電費(fèi)高昂：市電照明燈具工作中有固定高昂的電費(fèi)，要長期不間斷對線路和其它配置進(jìn)行維護(hù)或更換，維護(hù)成本逐年遞增。太陽能照明燈具免電費(fèi)：太陽能照明燈具是一次性投入，無任何維護(hù)成本，三年可收回投資成本，長期受益。 市電照明燈具有安全隱患：市電照明燈具由于在施工質(zhì)量、景觀工程的改造、材料老化、供

12、電不正常、水電氣管道的沖突等方面帶來諸多安全隱患。太陽能照明沒有安全隱患：太陽能燈具是超低壓產(chǎn)品，運(yùn)行安全可靠。 太陽能燈照明的其它優(yōu)勢：綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開發(fā)和推廣增加新的賣點(diǎn)；可持續(xù)降低物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分?jǐn)偛糠值馁M(fèi)用。綜上對比所述，太陽能照明之安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、安裝簡便、自動(dòng)控制免維護(hù)等固有的特性將為樓盤的銷售、市政工程的建設(shè)直接帶來明顯可利用的優(yōu)勢。 1.4 太陽能LED路燈優(yōu)勢 隨著可持續(xù)發(fā)展的不斷深入，人們在積極開發(fā)各類可再生新能源的同時(shí)也在倡導(dǎo)節(jié)能減排的綠色環(huán)保技術(shù)而在照明領(lǐng)域，壽命長節(jié)能安全綠色環(huán)保色彩豐富微型化的LED固態(tài)照明也已被公認(rèn)

13、為世界一種節(jié)能環(huán)保的重要途徑，太陽能LED路燈同時(shí)整合了這兩者的優(yōu)勢。 LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體發(fā)光器件，不依靠燈絲發(fā)熱來發(fā)光，而是依靠材料中的正負(fù)電荷復(fù)合來發(fā)光，能量轉(zhuǎn)化效率非常高。具有高效、節(jié)能、壽命長、免維護(hù)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的光源功耗比較大，而且大多在高壓下工作，使用升壓逆變環(huán)節(jié)又降低了能源利用率，而LED低壓直流供電，安全而且光源控制成本低。LED的響應(yīng)時(shí)間一般只有幾納秒至幾十納秒，使頻繁開關(guān)，調(diào)節(jié)明暗成為可能。而且LED作為全固態(tài)發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎、發(fā)熱量低、無熱輻射、是冷光源、不含汞、鈉元素等可

14、能危害健康的物質(zhì)，廢棄物可回收、沒有污染。 太陽能路燈以太陽光為能源，不需要鋪設(shè)復(fù)雜的管線，安全節(jié)能無污染?；趩纹瑱C(jī)的太陽能控制系統(tǒng)很好地把太陽能光伏技術(shù)與單片機(jī)智能控制技術(shù)結(jié)合了起來。而且具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 1.節(jié)能環(huán)保:據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有路燈改為太陽能路燈可以節(jié)省一個(gè)三峽水電站的發(fā)電量。不僅如此，太陽能是一種清潔的可再生能源，它不僅節(jié)約了電能，而且減少了二氧化碳的排放量。有關(guān)數(shù)據(jù)表明太陽能路燈每年可以減少7740萬噸二氧化碳就相當(dāng)于節(jié)省了310億美元的二氧化碳減量成本。 2.可靠耐用：太陽能路燈在惡劣的環(huán)境和氣候條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)很少發(fā)生故障；目前絕大多數(shù)

15、太陽能電池組件的生產(chǎn)技術(shù)都足以保證10年以上性能不下降，太陽能電池組件可以發(fā)電25年或更長的時(shí)間。 3.安裝組件積木化：安裝靈活方便，便于用戶根據(jù)自己的需要選擇和調(diào)整太陽能路燈的容量大小。 4.安全：太陽能路燈不使用易燃燃料，而且不像交流電那樣聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，導(dǎo)致在雷擊等情況下經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高壓浪涌，對設(shè)備安全造成威脅，只要設(shè)計(jì)和安裝適當(dāng)，系統(tǒng)具有很高的安全性。 5.自主供電：離網(wǎng)運(yùn)行的太陽能路燈具有供電的自主性、靈活性。 但是太陽能LED路燈的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅這些。一般人認(rèn)為，節(jié)能燈可節(jié)能4/5是偉大的創(chuàng)舉，但LED路燈比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4，這是固體光源偉大的革新。除此之外，LED還具有光線質(zhì)量

16、高，基本上無輻射，可靠耐用，維護(hù)費(fèi)用極為低廉等優(yōu)勢，屬于典型的綠色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太陽能燈具使用成本，使之達(dá)到或接近工頻交流電照明系統(tǒng)初裝的成本報(bào)價(jià)，并且具有保護(hù)環(huán)境、安裝簡便、操作安全、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。由于LED具有的光效率高，發(fā)熱量低等優(yōu)勢，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在照明領(lǐng)域，并呈現(xiàn)出取代傳統(tǒng)照明光源的趨勢。 太陽能與LED相結(jié)合的技術(shù)運(yùn)用在路燈領(lǐng)域完全符合“綠色，節(jié)能，低成本”的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念。而且針對現(xiàn)階段太陽能LED路燈研究遭遇技術(shù)“瓶頸”而處于“花香”卻難“滿園綻放”的尷尬境地的情況，我們這個(gè)課題具有很大的研究價(jià)值，而從上面一系列的分析中也不難看出這個(gè)課題

17、本身所具有的潛在價(jià)值更是無法估量的。 1.5 國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 在國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，太陽能產(chǎn)業(yè)從無到有、從小到大發(fā)展起來。國內(nèi)各大研究單位都對太陽能路燈作了詳盡的研究，特別是近幾年來，已經(jīng)初步形成在“產(chǎn)業(yè)上規(guī)模、技術(shù)上水平、產(chǎn)品上檔次和市場要規(guī)范”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路引導(dǎo)下，太陽能產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，如太陽能熱水器、太陽能光伏電池技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。 歐洲各國都在開辟通向持久能源的通道，影響他們決策的主要因素是環(huán)境保護(hù)、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)和能源供應(yīng)的安全可靠，可再生能源技術(shù)在這些方面有著較大優(yōu)勢。它對環(huán)境的影響最小、可替代部分常規(guī)能源、增加能源供應(yīng)的安全性和可靠性。它要求較大的設(shè)

18、備投資、創(chuàng)造了更多的就業(yè)機(jī)會(huì)、有助于經(jīng)濟(jì)增長。 在歐洲大部分地區(qū)，環(huán)保的思路推動(dòng)著替代能源技術(shù)的開發(fā)，太陽能被公認(rèn)為是一種極好的替代能源。它的利用有助于降低CO2的排放，因而達(dá)到保護(hù)環(huán)境，很多國家，如丹麥、芬蘭、德國和瑞士，都認(rèn)為氣候變暖是推動(dòng)太陽能研究開發(fā)、發(fā)展和銷售活動(dòng)的主要因素。盡管受到常規(guī)能源的低價(jià)影響，在歐洲很多國家中，太陽能裝置市場仍然持續(xù)增長。雖然太陽能公司的數(shù)量在減少，但保留下來的公司都趨向于更具規(guī)模、更能抵御市場的波動(dòng)。在某些國家實(shí)行的電力公司私有化，可能提高他們將太陽能裝置推向市場的興趣。在奧地利等國，自己動(dòng)手建造集熱器的活動(dòng)，促進(jìn)了太陽能裝置的主動(dòng)發(fā)展。挪威已安裝700

19、00多套小型光伏裝置，每年安裝約5000套，大多數(shù)裝置是為偏遠(yuǎn)小鎮(zhèn)、山區(qū)和沿海地帶度假旅社供電。芬蘭人每年也購買幾千套小型(40～100W)光伏裝置，用于消夏小屋。國家石油公司對進(jìn)一步開發(fā)太陽能發(fā)電有著強(qiáng)烈的興趣，重點(diǎn)為建筑物薄膜光伏組件、蓄電池和成套裝置。此外，有些國家在高性能太陽能發(fā)電窗、太陽能熱水器、儲(chǔ)能裝置、透明隔熱材料、日光照明和與建筑物結(jié)合的光伏裝置等產(chǎn)品的商業(yè)化方面進(jìn)行努力[3]。 法國的太陽能設(shè)計(jì)師們，正在用“綠色設(shè)計(jì)”原則代替“太陽能”設(shè)計(jì)原則，就是要統(tǒng)籌考慮能源性能、安全材料的應(yīng)用、日光照明、居住的舒適度和健康等因素。這種新設(shè)計(jì)方法，將應(yīng)用于Angers的法國環(huán)境保護(hù)和能

20、源管理署的辦公大樓?，F(xiàn)今,LED路燈相對于高壓鈉燈路燈的優(yōu)越性已被絕大部分專業(yè)人士認(rèn)可，然而遺憾的是目前大多數(shù)的LED路燈仍然采用交流電供電，一方面是交流電路燈的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，而太陽能路燈還有很多不確定因素，另一方面主要的考慮仍然是太陽能的初始投資過大，從而忽略了太陽能供電的很多根本優(yōu)越性。 然而真正要用太陽能來取代一切能源還是一個(gè)長期而艱巨的任務(wù),任何新生事物最好先從小打小鬧開始，而且采用“自產(chǎn)自銷”的方式，路燈就是一個(gè)最好的采用太陽能的試點(diǎn)工程。而且，節(jié)能和減排一樣，必須先由政府倡導(dǎo)，甚至像德國那樣采用政府補(bǔ)貼的方法來推廣。我們欣喜地發(fā)現(xiàn),路燈工程原本即政府工程，是由政府來進(jìn)行招投標(biāo)

21、的。因此,由LED路燈取代高壓鈉燈、由太陽能LED路燈取代交流電LED路燈正是大勢所趨[3]。 第二章 方案的論證與選擇 2.1 設(shè)計(jì)要求 1.能自動(dòng)根據(jù)亮度開關(guān)燈，能保證連續(xù)7天陰天正常夜間照明。 2.當(dāng)開機(jī)后，經(jīng)過上電復(fù)位，時(shí)鐘顯示為00：00：00，這時(shí)可以調(diào)整時(shí)、分、秒按鈕進(jìn)行精確調(diào)整到當(dāng)前時(shí)間，進(jìn)行正常走時(shí)。 3.開機(jī)后系統(tǒng)內(nèi)部自定義開路燈時(shí)間為19：00：00，關(guān)路燈時(shí)間為6：00：00，如果不做調(diào)整的話，時(shí)間就是下午7點(diǎn)鐘開燈，早晨6點(diǎn)鐘關(guān)燈。 4.春、夏、秋、冬四季的晝夜并不相等，為了更好的節(jié)省電力資源，本設(shè)計(jì)中可以進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，根據(jù)四季的變化來調(diào)整開路燈和關(guān)路燈

22、的時(shí)間，更有效的節(jié)省資源。 本設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)在于既能通過光的強(qiáng)度控制路燈的開關(guān)，也能通過設(shè)置時(shí)間來控制路燈的開關(guān)，可以靈活自如，給使用者帶來了很大的方便，又達(dá)到了節(jié)能的效果。 2.2 設(shè)計(jì)組成方框圖 太陽能 電池板 UC3906 充電模塊 鉛 酸 蓄電池 主 控 模 塊 按 鍵 摸 塊 顯 示 模 塊 PT4115 驅(qū)動(dòng)模塊 LED路燈 圖2-1 設(shè)計(jì)方框圖 2.3 太陽能電池板 方案一：單晶硅太陽能電池板最初應(yīng)用于人造衛(wèi)星電源，現(xiàn)在推廣到地面應(yīng)用，單晶硅太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的可達(dá)到24％，這是目前所有種類的太陽能電池

23、板中光電轉(zhuǎn)換效率最高的；使用壽命一般為15年左右，最高可達(dá)25年。單晶硅太陽能電池板轉(zhuǎn)換效率最高技術(shù)也最為成熟，在電池制作中一般都采用表面織構(gòu)化發(fā)射區(qū)鈍化分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池板主要有平面單晶硅電池板和刻槽埋柵電極單晶硅電池板，電池轉(zhuǎn)化效率超過20%左右。 方案二：多晶硅太陽電池板的制作工藝與單晶硅太陽電池板差不多，但是多晶硅太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12％左右。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池板要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池板的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池板短。從性能價(jià)格比來講，單晶硅太

24、陽能電池板還略好一些。 方案三：非晶硅太陽電池板是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池板，它與單晶硅和多晶硅太陽電池板的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池板存在的主要問題是非晶硅薄膜太陽能電池板與結(jié)晶硅相比轉(zhuǎn)換效率偏底, 目前國際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅、多晶硅太陽電池板優(yōu)于其他電池板，故太陽能電池板采用多晶硅太陽能電池板。 綜合設(shè)計(jì)要求，我選擇方案一。 2.4 蓄電池 方案一:鉛酸免維護(hù)蓄電池，免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的

25、優(yōu)勢，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)，使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場上的免維護(hù)蓄電池也有兩種：第一種在購買時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要維護(hù)(添加補(bǔ)充液)；另一種是電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能加補(bǔ)充液。 方案二：鎳鎘蓄電池正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由鎘制成的一種堿性蓄電池。正極為氫氧化鎳，負(fù)極為鎘，電解液是氫氧化鉀溶液，充電、放電的化學(xué)反應(yīng)是鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸?，?fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)榻饘冁k；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸瘉嗘嚕?fù)極板

26、上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k。其優(yōu)點(diǎn)是輕便、抗震、壽命長，常用于小型電子設(shè)備。 綜合設(shè)計(jì)要求，我選擇方案一。 2.5 主控模塊 方案一：采用AT89C2051芯片，它體積小，管腳少，沒有提供外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào),因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051之外擴(kuò)展存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備。無法滿足設(shè)計(jì)所需。 方案二：采用AT89C52芯片，具有AT89C2051的所有功能，管腳充足，AT89C52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系

27、統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 結(jié)合設(shè)計(jì)要求，我選擇方案二。 2.6 顯示模塊 方案一:采用液晶顯示屏顯示時(shí)間數(shù)字。液晶顯示屏具有低功耗、短小輕薄、無輻射危險(xiǎn)，影像穩(wěn)定不閃爍及平面直角顯示等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng)，分辨率高等特點(diǎn)。但由于液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫，編程工作量大，控制器的資源占用較多，其成本也偏高。在使用時(shí)，不能有靜電干擾，否則易燒壞液晶的顯示芯片，不易維護(hù)。 方案二：采用傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示。用發(fā)光二極管（簡稱LED）組成的字形來顯示數(shù)字，七個(gè)

28、條形發(fā)光二極管排列成七段組合字型，便構(gòu)成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼光分共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管，此次設(shè)計(jì)采用了共陰極數(shù)碼管顯示，即七個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接地。當(dāng)共陰極數(shù)碼管的某一陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)的二極管發(fā)光，根據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陰極數(shù)碼管需要輸出高電平有效的譯碼器來驅(qū)動(dòng)。 綜合設(shè)計(jì)要求，我選擇方案二。 2.7 時(shí)鐘芯片的選擇 方案一：使用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供時(shí)鐘信號(hào)，用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、時(shí)、分、秒、星期計(jì)數(shù)。采用這種方案可減少芯片的使用，節(jié)約成本。但產(chǎn)生的時(shí)間誤差較大。 方案二:使用專用時(shí)鐘芯片DS1302提供時(shí)鐘信號(hào)。DS1302芯片是一種高性能的時(shí)鐘芯片

29、，可自動(dòng)對秒年、月、日、時(shí)、分、秒、星期計(jì)數(shù)，還有閏年補(bǔ)償功能，而且精度高。工作電壓在2.5V-5.5V范圍內(nèi)，2.5V時(shí)耗電小于300mA。 綜合設(shè)計(jì)要求，我選擇方案二。 2.8 路燈的選擇 方案一:路燈選用白熾燈。白熾燈將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài)，利用熱輻射出可見光的電光源。自1879年，美國的愛迪生制成了碳化纖維（即碳絲）白熾燈以來，經(jīng)人們對燈絲材料、燈絲結(jié)構(gòu)、充填氣體的不斷改進(jìn)，白熾燈的發(fā)光效率也相應(yīng)提高。1959年，美國在白熾燈的基礎(chǔ)上發(fā)展了體積和衰光極小的鹵鎢燈。白熾燈的發(fā)展趨勢主要是研制節(jié)能型燈泡。不同用途和要求的白熾燈，其結(jié)構(gòu)和部件不盡相同。白熾燈的光效雖低，但光色和集光性

30、能好，是產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的電光源。 方案二: 路燈選用LED路燈。LED路燈是用高亮度白色發(fā)光二極管發(fā)光源，光效高、耗電少、壽命長、易控制、免維護(hù)、安全環(huán)保；是新一代固體冷光源，光色柔和、艷麗、豐富多彩、低損耗、低能耗，綠色環(huán)保，適用家庭，商場，銀行，醫(yī)院，賓館，飯店他各種公共場所長時(shí)間照明。無閃直流電，對眼睛起到很好的保護(hù)作用，是臺(tái)燈，手電的最佳選擇。 經(jīng)比較，我選擇采用方案二。 2.9 最終方案的確定 綜合上面所述，太陽能的主控部分選用AT89C52單片機(jī)，太陽能電池板選擇單晶硅太陽能電池板，蓄電池選擇鉛酸免維護(hù)蓄電池，顯示部分選擇傳統(tǒng)的LED數(shù)碼顯示管，時(shí)鐘芯片選擇DS130

31、2，鍵盤模塊選擇獨(dú)立式鍵盤，路燈選擇LED節(jié)能燈。 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) 3.1 電路的總體結(jié)構(gòu) LED是一種低壓直流負(fù)載，采用太陽能光伏供電的LED適合采用直流負(fù)載太陽能獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)。太陽能LED照明系統(tǒng)主要由太陽能電池板、控制器、蓄電池等部分組成。 在太陽能LED照明系統(tǒng)中，控制器的作用是利用太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)存在蓄電池中。當(dāng)自然光照減弱到需要照明時(shí)，控制器將蓄電池存儲(chǔ)的電能輸送給LED而發(fā)光。當(dāng)自然光照升高到不再需要照明時(shí)，控制器則關(guān)斷蓄電池的放電通路，使LED熄滅，不再耗電。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)考慮了陰雨天氣，把平時(shí)多余的電能存儲(chǔ)在蓄電池中，從而可以保證在

32、陰雨天氣有足夠的電能可供使用。 3.1.1 太陽能電池板 太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能，并送至蓄電池中存儲(chǔ)起來。在眾多太陽能光電池中較普遍且較實(shí)用的有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池三種。在太陽光充足、日照好的東西部地區(qū)，采用多晶硅太陽能電池為好，因?yàn)槎嗑Ч杼柲茈姵厣a(chǎn)工藝相對簡單，價(jià)格比單晶硅低。在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)，采用單晶硅太陽能電池為好，因?yàn)閱尉Ч杼柲茈姵匦阅軈?shù)比較穩(wěn)定。非晶硅太陽能電池在室外陽光不足的情況下比較好，因?yàn)榉蔷Ч杼柲茈姵貙μ柟庹諚l件要求比較低

33、。 本設(shè)計(jì)采用的太陽能電池板需要為蓄電池提供12V的直流電，當(dāng)?shù)毓庹諘r(shí)間日均為4小時(shí)，我選擇可提供20V電壓的太陽能電池板，電池板預(yù)留容量20%，所以，WP÷20V=（1A×10h×120%）÷4h,WP=60W,由于電池板損耗在10%左右，我選擇實(shí)際功率為70W，工作電壓為20V的單晶硅太陽能電池板，電池板采用可折疊的柔性板。 3.1.2 蓄電池 本設(shè)計(jì)采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，由于具有密封性好、泄漏、無污染、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)要滿足連續(xù)7個(gè)陰雨天供電，每日放電10小時(shí)，蓄電池容量＝1A×10h×7=70AH，蓄電池充放電預(yù)留10%容量，所以實(shí)際蓄電池為12

34、V/80AH。 3.1.3 太陽能路燈光源 LED燈壽命長，可達(dá)1000000h，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高，國產(chǎn)為50lm/W，進(jìn)口為80lm/W。隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED燈的性能將進(jìn)一步提高。LED燈是一種通過直流低壓點(diǎn)亮發(fā)光二極管組來實(shí)現(xiàn)照明需求的一種新型照明方式，具有亮度高、顯色性好等特點(diǎn)；另外，由于LED路燈的輸入為低壓電流，能與太陽能結(jié)合起來，LED作為太陽能路燈的光源將是今后發(fā)展的趨勢。本設(shè)計(jì)選用功率為10W，工作電流為1A的LED路燈，它相當(dāng)于100W的白熾燈。 3.1.4 控制器 無論太陽能燈具大小，一個(gè)性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用

35、壽命，必須對它的充放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能。同時(shí)太陽能控制器成兼有路燈控制功能，具有光控、時(shí)控功能，并應(yīng)具有夜間自動(dòng)切控制負(fù)載功能，便于陰雨天延長路燈工作時(shí)間。 對任何一個(gè)太陽能照明系統(tǒng)來說，充放電控制電路的優(yōu)劣將直接影響到系統(tǒng)應(yīng)用的成敗。由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)輸入的能力極不穩(wěn)定，光伏發(fā)電系統(tǒng)中對蓄電池充電的控制要比普通發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池充電的控制復(fù)雜。一個(gè)性能良好的光伙控制器應(yīng)具有控制蓄電池充放電、溫度調(diào)節(jié)、過充保護(hù)、過放保護(hù)、短路保護(hù)、反接保護(hù)等多種保護(hù)功能以及自動(dòng)開關(guān)和時(shí)間調(diào)整功能。從而保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，同時(shí)使太陽能

36、電池板可以在不同溫度和輻照情況下智能輸出最大功率，使照明系統(tǒng)具有很高的效率。 3.1.5 燈桿及燈具外殼 燈桿的高度應(yīng)根據(jù)道路的寬度、燈具的間距，道路的照度標(biāo)準(zhǔn)確定。燈具一般是指用于安裝照明光源的部分，也就是通常所說的燈頭；燈桿分為變徑桿、錐形桿、組合桿等多種形式，并通過挑臂與燈具連接。一般的燈桿、燈具都可作為太陽能燈的選擇對象。如果采用在燈桿上直接安裝太陽能電池組件的方案，需根據(jù)太陽能電池組件面積加工制作太陽能電池組件的支架，同時(shí)考慮燈桿的抗風(fēng)強(qiáng)度問題。燈具和燈桿的選擇面較寬，一般滿足實(shí)用、美觀的要求即可。 3.1.6 線纜和連接緊固輔件 線纜用于連接太陽能電池板、蓄電池、充放電控制

37、器、光源等器件。線纜的線徑標(biāo)準(zhǔn)隨系統(tǒng)配置需要確定，線纜的長度隨燈桿高度和器件安裝位置確定。連接緊固輔件用于固定各器件連線的輸入、輸出端子，固定燈桿及燈具。 3.2 控制模塊電路設(shè)計(jì) 此電路采用AT89C52芯片對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，AT89C52為8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的M51系列相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對會(huì)聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接

38、12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC(40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0-P3為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0端口（32-39腳）被定義為N1功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 AT89C52的芯片管腳圖如圖3-1所示，其中P

39、0口控制數(shù)碼管的7段的亮暗情況，P1口控制光敏電阻接收電路，P2口控制選擇數(shù)碼管的位數(shù)，P3口用于按鍵輸入的控制和路燈照明電路。 圖3-1 AT89C52芯片管腳圖 (1)P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線是復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 (2)P1口：P1口是一個(gè)帶

40、內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。 (3)P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)

41、，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 (4)P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的

42、I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能,P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 (5)RST:復(fù)位輸入。工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 (6)ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖，對Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D

43、0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。 (7)PSEN:程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。 (8)EA/VPP:外部訪問允許。欲使CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是:加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（

44、接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。 (9)XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 (10)XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 3.3 電源穩(wěn)壓電路 三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用[1]。 由圖3

45、-2所示，由于該系統(tǒng)需要穩(wěn)定的5V電源，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須采用能滿足電壓、電流和穩(wěn)定性要求的電源。該電源采用三端集成穩(wěn)壓器LM7805。它僅有輸人端、輸出端及公共端3個(gè)引腳，其內(nèi)部設(shè)有過流保護(hù)、過熱保護(hù)及調(diào)整管安全保護(hù)電路，由于所需外接元件少，使用方便、可靠，因此可作為穩(wěn)壓電源。 圖3-2 電源穩(wěn)壓電路 3.4 UC3906充電電路 UC3906作為密封鉛酸蓄電池充電專用芯片，它具有實(shí)現(xiàn)密封鉛酸蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測功能。更重要的是它能使充電器各種轉(zhuǎn)換電壓隨電池電壓溫度系數(shù)的變化而變化，從而使密封鉛酸蓄電池在很寬的溫度范圍內(nèi)都能達(dá)到最佳充電狀態(tài)。 由圖3-3所示，當(dāng)20V輸

46、入電壓加入后，Q1導(dǎo)通，開始恒流充電，充電電流為500mA，電池電壓逐漸升高。當(dāng)電池電壓達(dá)到過充電壓的95%（即14.25V）時(shí)，電池轉(zhuǎn)入過充電狀態(tài)，充電電壓維持在過充電電壓，充電電流開始下降。當(dāng)充電電流降到過充電終止電流時(shí)，UC3906充電芯片的10腳輸出高電平，比較器LM339輸出低電平，蓄電池自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時(shí)充足電指示燈發(fā)光，指示蓄電池已充足電。 圖3-3 UC3906充電電路 3.5 光敏電阻接收電路 光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子

47、都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻的阻值迅速下降。光敏電阻的特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。 ADC0808芯片的工作過程是先送通道號(hào)地址到ADDA、ADDB、ADDC，由AL

48、E信號(hào)鎖存通道號(hào)地址，后讓START有效，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生信號(hào)，使ALE、START有效，鎖存通道號(hào)并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。中斷服務(wù)程序中，產(chǎn)生信號(hào)，使OE端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)便讀入到單片機(jī)中。 由圖3-4所示，該部分電路是通過AT89C52里面的模擬信號(hào)比較器，RP為光敏電阻，其電阻值隨著光線的增強(qiáng)而減少，當(dāng)照度較小P11口的電位小于P10口的電位，P36口輸出高電平?？勺冸娮鑂P的阻值可調(diào)整照度的控制閾值，送入ADC0808經(jīng)過IN1腳輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，讓AT89C52進(jìn)行控制。 圖3-4 光敏電阻接收電路 3.6

49、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘電路 該電路由時(shí)鐘芯片DS1302和晶振組成，并由AT89C52芯片控制。晶振全稱為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，

50、因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用,可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。 由圖3-5所示，設(shè)計(jì)采用DS1302作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，配備備用電源保證時(shí)間準(zhǔn)確。 圖3-5 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘電路 3.7 按鍵可調(diào)電路 由圖3-6所示，由于本系統(tǒng)設(shè)置功能部分要求比較簡單，所以采用獨(dú)立式按鈕調(diào)節(jié)。獨(dú)立式

51、鍵盤的按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵接一根I/O口線，一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。因此，通過檢測I/O口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個(gè)鍵被按下。第一個(gè)按鍵為調(diào)整時(shí)間位，可以通過改按鍵調(diào)整時(shí)、分、秒的切換；第二個(gè)按鍵為增加時(shí)間位；第三個(gè)按鍵為減少時(shí)間位。 圖3-6 按鍵可調(diào)電路 3.8 LED路燈驅(qū)動(dòng)電路 LED路燈驅(qū)動(dòng)簡單的來講就是給LED路燈提供正常工作條件(包括電壓,電流等條件)的一種電路,也是LED路燈能工作的必不可少條件,好的驅(qū)動(dòng)電路還能隨時(shí)保護(hù)LED路燈，避免LED路燈被損壞。LED驅(qū)動(dòng)通常分為三種方式，鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動(dòng)，恒壓驅(qū)動(dòng)，恒流驅(qū)動(dòng)[4]。

52、 由于大功率LED路燈是低電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)器件，當(dāng)LED路燈電壓變化很少時(shí)，電流變化很大。LED路燈發(fā)光的強(qiáng)度由流過LED的電流決定，電流過強(qiáng)會(huì)引起LED路燈的衰減，電流過弱會(huì)影響LED路燈的發(fā)光強(qiáng)度，因此LED路燈的驅(qū)動(dòng)需要提供恒流電源，以保證大功率LED路燈使用的安全性，同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。如果采用恒壓方式驅(qū)動(dòng)，LED路燈正向電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致LED電流的變化。由溫度或電壓變化引起的特定壓變，導(dǎo)致正向電流降低，正向電壓變化11％會(huì)導(dǎo)致更大的正向電流變化達(dá)30％。電流的變化較大，使LED路燈的亮度不能恒定。所以一般都選擇恒流驅(qū)動(dòng)IC[7]。 驅(qū)動(dòng)芯片可以選擇PT4115恒流驅(qū)動(dòng)

53、芯片，PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，適合綠色照明LED燈的驅(qū)動(dòng)電路。它具有較寬的直流8V到30V輸入電壓范圍,擊穿電壓大于45V，輸出200-1200mA恒定直流，可滿足驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮1-7個(gè)串聯(lián)的大功率LED路燈或N個(gè)并聯(lián)的小功率LED路燈,驅(qū)動(dòng)恒流大小可按應(yīng)用方案設(shè)定。PT4115采用頻率抖動(dòng)技術(shù)有效地改善電磁干擾；采用從滿量程向下到零的PWM調(diào)光；安全可靠，調(diào)光比可達(dá)5000:1；采用SOT89-5的封裝，芯片的管芯可通過直接連通到封裝外的金屬板散熱；導(dǎo)熱十分有效；PT4115內(nèi)部設(shè)置了過溫保護(hù)功能，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。當(dāng)IC芯片溫度超出160℃,IC即會(huì)進(jìn)入過溫保

54、護(hù)狀態(tài)并停止電流輸出,而當(dāng)溫度低于140℃時(shí),IC即會(huì)重新恢復(fù)至工作狀態(tài)。PT4115可利用模擬調(diào)光的原理以及溫度對LED電流的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)LED燈具動(dòng)態(tài)溫度控制,只要在調(diào)光端(DIM端)加一熱敏電阻或PN結(jié)即可。加上整流橋PT4115可應(yīng)用于交流12V、24V供電的LED燈具。PT4115的工作效率高達(dá)97%,是真正的綠色驅(qū)動(dòng)IC，PT4115被廣泛應(yīng)用于使用LED燈的MR11、MR16、水燈、路燈等各類LED燈具[5]。 由圖3-7所示，L1是整流電感，是這個(gè)電路中的關(guān)鍵元件，功能是把100KHz的脈沖電流變換成三角波電流，L1的電感量會(huì)影響工作電壓范圍內(nèi)恒流源的穩(wěn)定性。因?yàn)镻T4115

55、的設(shè)計(jì)最佳工作頻率在1MHz以下，電感量大了小會(huì)影響其工作頻率，本方案的電感設(shè)計(jì)在68UH以上，這樣系統(tǒng)工作頻率可以控制到1MHz以下。電感量小了，工作頻率趨高，由于PT4115內(nèi)部電流檢測電路響應(yīng)速度限制，對內(nèi)部電流正常檢測出現(xiàn)影響，不能更好的實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。另外電感量太小還會(huì)導(dǎo)致PT4115的SW端燒壞，而無輸出。所以此設(shè)計(jì)中L的電感量應(yīng)選用68uH—100uH，Q值大于50，飽和電流大于800mA的磁路閉合電感器。D5是續(xù)流二極管，在晶片內(nèi)部MOS管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)為儲(chǔ)存在電感中的電流提供放電回路。由于工作在高頻脈沖狀態(tài)，D5應(yīng)選用正向壓降小，恢復(fù)速度快的肖特基二極管。芯片

56、PT4115的DIM端可外接PWM脈沖或直流電壓調(diào)光，也可以接熱敏電阻作輔助溫度控制和自動(dòng)亮度控制。DIM端為高電平有效，此時(shí)單片機(jī)P3.7口給定一個(gè)低電平就可以讓照明部分?jǐn)嗦吠Ｖ构ぷ?。在晚上電壓?jīng)過采樣比較后低于設(shè)定值，單片機(jī)則輸出高電平，路燈即可通路開始工作。 圖3-7 LED路燈驅(qū)動(dòng)電路 3.9 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路 在圖3-8的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器

57、PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路是為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作必不可少的一部分，在復(fù)位電路中，單片機(jī)的復(fù)位引腳分別與一個(gè)復(fù)位按鍵、電阻、電容相連，復(fù)位電路的第一功能就是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。 圖3-8 復(fù)位電路 3.10 數(shù)碼管顯示電路 7段數(shù)碼管一般由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由7個(gè)細(xì)長的發(fā)光二極

58、管組成數(shù)字顯示，另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)[7]。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限，但其控制簡單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管。LED數(shù)碼顯示器有兩種控制方式，即靜態(tài)數(shù)據(jù)鎖存方式和動(dòng)態(tài)掃描顯示。靜態(tài)數(shù)據(jù)鎖存方式每個(gè)數(shù)碼管用一個(gè)8位并行鎖存器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)，所以硬件復(fù)雜，故障率高。動(dòng)態(tài)掃描顯示，就是讓各位數(shù)碼管按照一定順序輪流顯示，其主要優(yōu)點(diǎn)是能顯著降低顯示器的功耗，并能大大減少顯示器的外部接線。所以在本設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)掃描方

59、式控制數(shù)碼管的顯示。 由圖3-9所示，本電路采用單片機(jī)串口顯示，由74LS245對數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng),由74F138對數(shù)碼管進(jìn)行位控制，并在數(shù)碼管接上拉電阻對數(shù)碼管進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)也增加了數(shù)碼管的亮度，用8位共陰極數(shù)碼管，顯示小時(shí)，分鐘，秒，顯示開燈，關(guān)燈的時(shí)間。 圖3-9 數(shù)碼管顯示電路 3.11 整機(jī)電路總體設(shè)計(jì) 整體電路由附錄Ⅰ整體電路圖所示，由太陽能電池板通過LM7805穩(wěn)壓電路為單片機(jī)供電，太陽能電池板通過UC3906芯片為蓄電池充電，當(dāng)20V輸入電壓加入后，Q1導(dǎo)通,開始恒流充電，充電電流為500mA，電池電壓逐漸升高。當(dāng)電池電壓達(dá)到過充電壓的95%（即14.25V）時(shí)，電池

60、轉(zhuǎn)入過充電狀態(tài)，充電電壓維持在過充電電壓，充電電流開始下降。當(dāng)充電電流降到過充電狀態(tài)終止電流時(shí)，UC3906的10腳輸出高電平，比較器LM339輸出低電平，蓄電池自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時(shí)充足電指示燈發(fā)光，指示蓄電池已充足電。通過光敏電阻測試環(huán)境亮度經(jīng)放大后通過ADC0808轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息傳送到AT89C52單片機(jī)，經(jīng)處理后送給PT4115芯片，PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，用于驅(qū)動(dòng)一顆或多顆串聯(lián)LED。PT4115輸入電壓范圍從6伏到30伏，輸出電流可調(diào)，最大可達(dá)1.2安培。根據(jù)不同的輸入電壓和外部器件，PT4115可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)數(shù)十瓦的LED。并通過DIM引腳可以接受模擬調(diào)

61、光和很寬范圍的PWM調(diào)光。當(dāng)DIM的電壓低于0.3伏時(shí)，功率開關(guān)關(guān)斷，PT4115進(jìn)入極低工作電流的待機(jī)狀態(tài)。PT4115芯片驅(qū)動(dòng)LED路燈，當(dāng)AT89C52輸入高電平時(shí)路燈點(diǎn)亮，當(dāng)輸入低電平時(shí)路燈熄滅。同時(shí)電路從實(shí)時(shí)時(shí)鐘獲得精確時(shí)間，可以通過按鍵調(diào)節(jié)時(shí)間從而來控制路燈的亮滅，按鍵分別控制顯示DS1302時(shí)間鍵，加一鍵和減一鍵,可以根據(jù)春夏秋冬的四季情況來調(diào)整開光燈的時(shí)間。 太陽能LED路燈在白天通過太陽能電池板采集太陽光的能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來，即向蓄電池充電，在晚上光線較暗時(shí)由蓄電池經(jīng)路燈控制處理器控制，點(diǎn)亮LED燈用于路燈照明。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 主程序設(shè)計(jì)

62、 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括程序初始化、時(shí)間設(shè)定子程序、DS1302的讀寫程序、89C52的讀寫程序、時(shí)間比較子程序、按鍵子程序、顯示刷新子程序等共同組成。程序開始要進(jìn)行初始化，調(diào)用89C52內(nèi)部存儲(chǔ)的開關(guān)路燈時(shí)間點(diǎn)，程序每隔一段時(shí)間調(diào)一次DS1302中的時(shí)間。通過程序?qū)⒃O(shè)定的時(shí)間同系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較，設(shè)定的比較間隔為1秒一次，當(dāng)時(shí)間相同時(shí)，則通過程序輸出控制信號(hào)，對驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)總體程序流程圖如圖4-1和圖4-2所示。 如果想調(diào)整開關(guān)路燈時(shí)間點(diǎn)和1302中的當(dāng)前時(shí)間可以通過設(shè)置的按鍵手動(dòng)進(jìn)行時(shí)間的調(diào)節(jié)，開關(guān)SW2、SW3、SW8分別為顯示1302時(shí)間鍵，加一鍵和減一鍵。 開 始

63、 初始化 調(diào)89C52開 關(guān)燈時(shí)間 調(diào)1302讀時(shí)間 掃描按鍵 圖4-1 程序流程圖 保護(hù)現(xiàn)場 選定時(shí)器初值 光線亮暗 是否第一次檢測到光線暗 是否已打開路燈 是否到關(guān)燈時(shí)間 關(guān) 燈 返 回 是否到開路燈時(shí)間 中斷T0 開 燈 是 亮 暗 否 否 是 否 否 是 是 4-2 主要程序設(shè)計(jì)流程圖 4.2計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì) 計(jì)時(shí)程序的設(shè)計(jì)主要用到定時(shí)器的知識(shí)。 AT89C52內(nèi)部有兩個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器T0和定時(shí)器T1。它們既可用作定時(shí)器方式，又可用作計(jì)數(shù)器方式[10]。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本部件是兩個(gè)8位的計(jì)數(shù)器（

64、其中TH1，TL1是T1的計(jì)數(shù)器，TH0，TL0是T0的計(jì)數(shù)器）拼裝而成。 在作定時(shí)器使用時(shí)，輸入的時(shí)鐘脈沖是由晶體振蕩器的輸出經(jīng)12分頻后得到的，所以定時(shí)器也可看作是對計(jì)算機(jī)機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器（因?yàn)槊總€(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)振蕩周期，故每一個(gè)機(jī)器周期定時(shí)器加1，可以把輸入的時(shí)鐘脈沖看成機(jī)器周期信號(hào)）。故其頻率為晶振頻率的1/12。如果晶振頻率為12MHZ，則定時(shí)器每接收一個(gè)輸入脈沖的時(shí)間為1us[11]。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有四種工作方式（方式0，方式1，方式2，方式3），其工作方式的選擇及控制都由兩個(gè)特殊功能寄存器（TMOD和TCON）的內(nèi)容來決定。用指令改變TMOD或TCON的內(nèi)容后，則在下一

65、條指令的第一個(gè)機(jī)器周期時(shí)起作用。當(dāng)為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)值的范圍是：1-256（28）當(dāng)為定時(shí)工作方式時(shí)，定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式為：（28-計(jì)數(shù)初值）×晶振周期×12或（28－計(jì)數(shù)初值）×機(jī)器周期 本次設(shè)計(jì)中用到了T0和T1進(jìn)行中斷控制，T0和T1用的都是方式一。在中斷子程序中放進(jìn)了顯示程序，中斷時(shí)間為2MS，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描且無閃爍感。 置定時(shí)器1初值，打開定時(shí)器1 1秒鐘定時(shí)到，秒加1 秒數(shù)到60秒？ 秒為0，分鐘數(shù)加1 分鐘數(shù)到60？ 分鐘數(shù)為0，小時(shí)數(shù)加1 小時(shí)數(shù)到24，小時(shí)、分鐘、秒清零 返 回 N Y N Y N Y 圖4-2 計(jì)時(shí)

66、程序流程圖 第五章 太陽能路燈的仿真 5.1 仿真流程 （1）運(yùn)用keil軟件將編譯正確的程序生成.hex文件。 （2）打開proteus軟件，畫出原理圖。 （3）檢查原理圖繪制是否正確。 （4）原理圖繪制完后將.hex文件裝入芯片。 （5）開始仿真。 5.2 仿真圖 由于充電電路和LED路燈驅(qū)動(dòng)電路無法仿真，本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主控模塊的仿真，仿真如下： 圖5-1 當(dāng)前北京時(shí)間的顯示 圖5-2 白天太陽光強(qiáng)自動(dòng)關(guān)燈 圖5-3 晚上太陽光弱自動(dòng)開燈 圖5-4 晚上路燈點(diǎn)亮 圖5-5 白天路燈熄滅 第六章 總 結(jié) 通過半年的時(shí)間，我終于完成了太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)了智能控制太陽能路燈。該系統(tǒng)操作簡單，功能齊全，方便實(shí)惠。 在各種交通環(huán)境中，不是所有路段都適合使用市電來供給路燈工作。在提倡節(jié)能的趨勢下，使用太陽能供電是一種非常合理的能源利用，而且配套的LED燈具也是新型光源，其節(jié)能、環(huán)保、壽命長、耐震動(dòng)、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)為野外獨(dú)立工作提供了極好的物質(zhì)基礎(chǔ)，燈頭一旦斷路整個(gè)路燈便失去價(jià)值，結(jié)合這一系列的