太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

I 摘 要 該太陽(yáng)能 LED 路燈系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機(jī)為核心 通過(guò) 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(guò)光的強(qiáng)弱來(lái)控制路燈的開(kāi)關(guān) 又可以通過(guò)調(diào)整時(shí)間來(lái)控制路燈的開(kāi)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(jiǎn)單 功能齊全 界面友好 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 AT89C52 UC3906 LED 路燈 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) II ABSTRACT The solar LED Street lamp system using AT89C52 MCU core through the UC3906 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 perfect control The system is simple functional friendly interface Key words AT89C52 UC3906 LED Street lamp 目 錄 摘 要 I ABSTRACTABSTRACT II 前 言 1 第一章 緒 論 2 1 1 研究背景 目的與意義 2 1 2 新能源開(kāi)發(fā)的必要性 2 1 3 太陽(yáng)能利用的優(yōu)勢(shì) 2 1 4 太陽(yáng)能 LED 路燈優(yōu)勢(shì) 3 1 5 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 5 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)計(jì)組成方框圖 7 2 3 太陽(yáng)能電池板 8 2 4 蓄電池 8 2 5 主控模塊 9 2 6 顯示模塊 9 2 7 時(shí)鐘芯片的選擇 10 2 8 路燈的選擇 10 2 9 最終方案的確定 10 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) 12 3 1 電路的總體結(jié)構(gòu) 12 3 1 1 太陽(yáng)能電池板 12 3 1 2 蓄電池 12 3 1 3 太陽(yáng)能路燈光源 13 3 1 4 控制器 13 3 1 5 燈桿及燈具外殼 13 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 1 6 線纜和連接緊固輔件 14 3 2 控制模塊電路設(shè)計(jì) 14 3 3 電源穩(wěn)壓電路 16 3 4 UC3906 充電電路 17 3 5 光敏電阻接收電路 18 3 6 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘電路 19 3 7 按鍵可調(diào)電路 20 3 8 LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路 21 3 9 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路 23 3 10 數(shù)碼管顯示電路 24 3 11 整機(jī)電路總體設(shè)計(jì) 25 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 4 1 主程序設(shè)計(jì) 26 4 2 計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì) 29 第五章 太陽(yáng)能路燈的仿真 31 5 1 仿真流程 31 5 2 仿真圖 31 第六章 電路 PCB 圖 34 第七章 總 結(jié) 35 致 謝 36 參考文獻(xiàn) 37 附錄 整體電路圖 38 附錄 41 1 前 言 面對(duì)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展 從現(xiàn)有常規(guī)能源向清潔 可再生的新能源過(guò)渡已提 到議事上來(lái)了 因?yàn)樾履茉词且劳懈咝录夹g(shù)的發(fā)展 開(kāi)辟持久可再生能源的道 路 以滿足人類(lèi)不斷增長(zhǎng)的能源需求 并保護(hù)地球的潔凈 利用太陽(yáng)能發(fā)電 既不需要燃料 也沒(méi)有煙塵和灰渣 不污染環(huán)境 非常清潔 特別是太陽(yáng)能電 池板 使用壽命可達(dá) 20 年以上 性能穩(wěn)定 同時(shí)維護(hù)費(fèi)用較低 太陽(yáng)能是取之不盡 用之不竭的 是人類(lèi)能夠自由利用的能源 在世界能源 短缺 環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天 充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是世界各國(guó)政府可持續(xù) 發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策 與傳統(tǒng)的照明工具相比 超高亮白光 LED 照明源體積小 重量輕 方向性好并可耐各種惡劣條件 在功耗 壽命以及環(huán)保等方面有不可 比擬的優(yōu)越性 再加上太陽(yáng)能燈具的節(jié)能性和安裝簡(jiǎn)便 所以凡有工頻交流電 燈具的地方 LED 燈具的觸角就會(huì)到達(dá) 21 世紀(jì)將是以固體發(fā)光材料為核心的 即以 LED 為代表的新型光源 綠色照明的世紀(jì) 今后 隨著各國(guó)政府的高度重 視和加大投入 LED 必將成為本世紀(jì)極具競(jìng)爭(zhēng)力的新型綠色環(huán)保光源而掀起一 次照明領(lǐng)域新的革命 太陽(yáng)能道路照明燈不需要架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜 不用專人管理和 控制 可安裝在廣場(chǎng) 停車(chē)場(chǎng) 高爾夫球場(chǎng) 校園 公園 街道和高速公路等 任何地方 道路照明與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān) 隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快 綠色 高效 長(zhǎng)壽命的 LED 路燈逐漸走入人們的視野 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 第一章 緒 論 1 1 研究背景 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(yáng)能作 為一種新興的綠色能源 以其永不枯竭 無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn) 正得到迅速的推廣應(yīng) 用 太陽(yáng)能路燈以其不用專人管理和控制 安裝一次性投資無(wú)需日后電費(fèi)開(kāi)支 無(wú)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(chǎng) 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(lái)越受到重視 1 1 2 新能源開(kāi)發(fā)的必要性 跨入 21 世紀(jì)后 人類(lèi)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(wèn)題 而能 源問(wèn)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(kāi)發(fā)利 用更加劇了環(huán)境的惡化 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(guó)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(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(lèi)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(wàn)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) 化石能源的利用不僅造成環(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) 引起全球氣候變化 1 3 太陽(yáng)能利用的優(yōu)勢(shì) 人類(lèi)要解決能源問(wèn)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(kāi) 發(fā)利用可再生潔凈能源 據(jù)預(yù)測(cè) 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(yáng)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 3 度發(fā)展 逐步成為人類(lèi)社會(huì)基礎(chǔ)能源的重點(diǎn) 太陽(yáng)能具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) 其開(kāi)發(fā) 利用必將在 21 世紀(jì)得到長(zhǎng)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(yáng)能作為一種 取之不盡 用之不竭 的安全 環(huán)保新能源越來(lái)越受到重視 在這里我們就太陽(yáng)能燈具和使用市電燈具的效果 作實(shí)用對(duì)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 要鋪設(shè)電纜 這里就要進(jìn)行電纜溝的開(kāi)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(zhǎng)時(shí)間的安裝調(diào)試 如任何一條線路有問(wèn)題 則要大面積 返工 而且地勢(shì)和線路要求復(fù)雜 人工和輔助材料成本高昂 太陽(yáng)能照明燈安 裝簡(jiǎn)便 太陽(yáng)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(zhǎng)期 不間斷對(duì)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(yáng)能照明燈 具免電費(fèi) 太陽(yáng)能照明燈具是一次性投入 無(wú)任何維護(hù)成本 三年可收回投資 成本 長(zhǎng)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 供電不正常 水電氣管道的沖突等方面帶來(lái)諸多安全隱患 太 陽(yáng)能照明沒(méi)有安全隱患 太陽(yáng)能燈具是超低壓產(chǎn)品 運(yùn)行安全可靠 太陽(yáng)能燈照明的其它優(yōu)勢(shì) 綠色環(huán)保 能為高尚生態(tài)小區(qū)的開(kāi)發(fā)和推廣增 加新的賣(mài)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(duì)比所述 太陽(yáng)能照明之安全無(wú)隱患 節(jié)能無(wú)消耗 綠色環(huán)保 安裝簡(jiǎn)便 自 動(dòng)控制免維護(hù)等固有的特性將為樓盤(pán)的銷(xiāo)售 市政工程的建設(shè)直接帶來(lái)明顯可 利用的優(yōu)勢(shì) 1 4 太陽(yáng)能 LED 路燈優(yōu)勢(shì) 隨著可持續(xù)發(fā)展的不斷深入 人們?cè)诜e極開(kāi)發(fā)各類(lèi)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(zhǎng)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)為世界一種節(jié)能環(huán)保的重要途徑 太陽(yáng) 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 能 LED 路燈同時(shí)整合了這兩者的優(yōu)勢(shì) 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(jiàn)光 的半導(dǎo)體發(fā)光器件 不依靠燈絲發(fā)熱來(lái)發(fā)光 而是依靠材料中的正負(fù)電荷復(fù)合 來(lái)發(fā)光 能量轉(zhuǎn)化效率非常高 具有高效 節(jié)能 壽命長(zhǎng) 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(kāi)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(wú)熱輻射 是冷 光源 不含汞 鈉元素等可能危害健康的物質(zhì) 廢棄物可回收 沒(méi)有污染 太陽(yáng)能路燈以太陽(yáng)光為能源 不需要鋪設(shè)復(fù)雜的管線 安全節(jié)能無(wú)污染 基于單片機(jī)的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)很好地把太陽(yáng)能光伏技術(shù)與單片機(jī)智能控制技術(shù) 結(jié)合了起來(lái) 而且具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能路燈每年可以減少 7740 萬(wàn)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(yáng)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)太陽(yáng)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(yáng)能電池組件可以發(fā)電 25 年或更長(zhǎng)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(yáng)能路燈的容量大小 4 安全 太陽(yáng)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(duì)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(yáng)能路燈具有供電的自主性 靈活性 但是太陽(yáng)能 LED 路燈的優(yōu)勢(shì)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 5 新 除此之外 LED 還具有光線質(zhì)量高 基本上無(wú)輻射 可靠耐用 維護(hù)費(fèi)用 極為低廉等優(yōu)勢(shì) 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(yáng)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(jiǎn)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(shì) 已經(jīng)越來(lái)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(shì) 太陽(yáng)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(duì)現(xiàn)階段太陽(yáng)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?jī)r(jià)值 而從上面一系列的分析中也不難看出這個(gè)課題本身所具有的潛在 價(jià)值更是無(wú)法估量的 1 5 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀 在國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有 從小到大發(fā)展起 來(lái) 國(guó)內(nèi)各大研究單位都對(duì)太陽(yáng)能路燈作了詳盡的研究 特別是近幾年來(lái) 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(chǎng)要規(guī)范 的產(chǎn)業(yè) 發(fā)展思路引導(dǎo)下 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展 如太陽(yáng)能熱水器 太陽(yáng)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(guó)都在開(kāi)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(shì) 它對(duì)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)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(zhǎng) 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(kāi)發(fā) 太陽(yáng)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(guó)家 如丹麥 芬蘭 德國(guó)和瑞士 都認(rèn)為氣候變暖是推動(dòng)太陽(yáng)能研 究開(kāi)發(fā) 發(fā)展和銷(xiāo)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(guó)家中 太陽(yáng)能裝置市場(chǎng)仍然持續(xù)增長(zhǎng) 雖然太陽(yáng)能公司的數(shù)量在減少 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 但保留下來(lái)的公司都趨向于更具規(guī)模 更能抵御市場(chǎng)的波動(dòng) 在某些國(guó)家實(shí)行 的電力公司私有化 可能提高他們將太陽(yáng)能裝置推向市場(chǎng)的興趣 在奧地利等 國(guó) 自己動(dòng)手建造集熱器的活動(dòng) 促進(jìn)了太陽(yáng)能裝置的主動(dòng)發(fā)展 挪威已安裝 70000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(gòu)買(mǎi)幾千套小型 40 100W 光伏裝置 用于消夏小屋 國(guó)家石油公司對(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)太陽(yáng)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(guó)家在高性能太陽(yáng)能 發(fā)電窗 太陽(yáng)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(guó)的太陽(yáng)能設(shè)計(jì)師們 正在用 綠色設(shè)計(jì) 原則代替 太陽(yáng)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(guó)環(huán)境保護(hù)和能源管理署 的辦公大樓 現(xiàn)今 LED 路燈相對(duì)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(yáng)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(yáng)能的初始投資過(guò)大 從而忽略了太陽(yáng)能供電的很多根 本優(yōu)越性 然而真正要用太陽(yáng)能來(lái)取代一切能源還是一個(gè)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù) 任何新生 事物最好先從小打小鬧開(kāi)始 而且采用 自產(chǎn)自銷(xiāo) 的方式 路燈就是一個(gè)最 好的采用太陽(yáng)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(guó)那樣采用政府補(bǔ)貼的方法來(lái)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(lái)進(jìn)行招投標(biāo)的 因此 由 LED 路燈取代高壓鈉燈 由太陽(yáng)能 LED 路燈取代交流電 LED 路燈正是大勢(shì)所趨 3 7 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(kāi)關(guān)燈 能保證連續(xù) 7 天陰天正常夜間照明 2 當(dāng)開(kāi)機(jī)后 經(jīng)過(guò)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(kāi)機(jī)后系統(tǒng)內(nèi)部自定義開(kāi)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(kāi)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(lái)調(diào)整開(kāi)路燈和關(guān)路燈的時(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(guò)光的強(qiáng)度控制路燈的開(kāi)關(guān) 也能通過(guò)設(shè)置 時(shí)間來(lái)控制路燈的開(kāi)關(guān) 可以靈活自如 給使用者帶來(lái)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(yáng)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 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 2 3 太陽(yáng)能電池板 方案一 單晶硅太陽(yáng)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(yáng)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(lèi)的太陽(yáng)能電池板中光電轉(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(yáng)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(kāi)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(guò) 20 左右 方案二 多晶硅太陽(yáng)電池 板的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池 板差不多 但 是多晶硅太陽(yáng)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(lái)講 比單晶硅太陽(yáng)能電池板要便宜一些 材料制造簡(jiǎn)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(yáng)能電池 板的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池板短 從性能價(jià)格比來(lái)講 單晶硅太陽(yáng) 能電池板還略好一些 方案三 非晶硅太陽(yáng)電池 板是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽(yáng)電池板 它 與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池板的制作方法完全不同 工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)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(yáng) 電池板存在的主要問(wèn)題是非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池板與結(jié)晶硅相比轉(zhuǎn)換效率偏底 目前國(guó)際先進(jìn)水平為10 左右 且不夠穩(wěn)定 隨著時(shí)間的延長(zhǎng) 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(yáng)電池板 優(yōu)于其他電池板 故太陽(yáng)能電池板采用多晶硅太陽(yáng)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)上的優(yōu)勢(shì) 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(chǎng)上的 免維護(hù)蓄電池也有兩種 第一種在購(gòu)買(mǎi)時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要維 9 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?鎳 負(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?負(fù)極板上的活性物質(zhì)變?yōu)闅溲趸k 其優(yōu)點(diǎn)是輕便 抗震 壽命長(zhǎng) 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(méi)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(wú)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(wú)輻射危險(xiǎn) 影像穩(wěn)定不閃爍及平面直角顯示等優(yōu)勢(shì) 可視面積大 畫(huà)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(kù) 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 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 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(jiǎn)稱 LED 組成的 字形來(lái)顯示數(shù)字 七個(gè)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(yáng)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(yáng)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(lái)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 可自動(dòng)對(duì)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 發(fā)出可見(jiàn)光的電光源 自 1879 年 美國(guó)的愛(ài)迪生制成了碳化纖維 即碳絲 白 熾燈以來(lái) 經(jīng)人們對(duì)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(guó)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(shì)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 11 光效高 耗電少 壽命長(zhǎng) 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(chǎng) 銀行 醫(yī)院 賓館 飯店他各種公共場(chǎng)所長(zhǎng)時(shí)間照明 無(wú)閃直流電 對(duì)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(yáng)能的主控部分選用 AT89C52 單片機(jī) 太陽(yáng)能電池板選 擇單晶硅太陽(yáng)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 DS1302 鍵盤(pán)模塊選擇獨(dú)立式鍵盤(pán) 路燈選擇 LED 節(jié)能燈 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 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(yáng)能光伏供電的LED適合采用直流負(fù)載太 陽(yáng)能獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng) 太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板 控制器 蓄 電池等部分組成 在太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)中 控制器的作用是利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)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 從而可以保證在陰雨天氣有足夠的電能可 供使用 3 1 1 太陽(yáng)能電池板 太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能路燈中的核心部分 也是太陽(yáng)能路燈中價(jià)值最高的 部分 其作用是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為電能 并送至蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái) 在眾 多太陽(yáng)能光電池中較普遍且較實(shí)用的有單晶硅太陽(yáng)能電池 多晶硅太陽(yáng)能電池 及非晶硅太陽(yáng)能電池三種 在太陽(yáng)光充足 日照好的東西部地區(qū) 采用多晶硅 太陽(yáng)能電池為好 因?yàn)槎嗑Ч杼?yáng)能電池生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單 價(jià)格比單晶硅低 在陰雨天比較多 陽(yáng)光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū) 采用單晶硅太陽(yáng)能電池為 好 因?yàn)閱尉Ч杼?yáng)能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定 非晶硅太陽(yáng)能電池在室外陽(yáng)光 不足的情況下比較好 因?yàn)榉蔷Ч杼?yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光照條件要求比較低 本設(shè)計(jì)采用的太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池板 電池板采用 可折疊的柔性板 13 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(wú)污染 免維 護(hù)等優(yōu)點(diǎn) 近年來(lái)在國(guó)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 12V 80AH 3 1 3 太陽(yáng)能路燈光源 LED 燈壽命長(zhǎng) 可達(dá) 1000000h 工作電壓低 不需要逆變器 光效較高 國(guó)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(guò)直流低壓點(diǎn)亮發(fā)光二極管組來(lái)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(yáng)能結(jié)合起來(lái) LED 作為太陽(yáng)能路燈的光源將是今后發(fā)展的趨勢(shì) 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(wú)論太陽(yáng)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(zhǎng)蓄電池的使用壽命 必須對(duì)它的充放電條件加以限制 防止蓄電池過(guò)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(yáng)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(zhǎng)路燈工作時(shí)間 對(duì)任何一個(gè)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō) 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(yáng)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(duì)蓄電池充電的控制要比普通發(fā)電系統(tǒng)對(duì)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(guò)充保護(hù) 過(guò)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(kāi)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(yáng)能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 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 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(shuō)的燈頭 燈桿分為變徑桿 錐形桿 組合桿等多種形式 并通過(guò)挑臂與燈具連接 一般的燈桿 燈具都可 作為太陽(yáng)能燈的選擇對(duì)象 如果采用在燈桿上直接安裝太陽(yáng)能電池組件的方案 需根據(jù)太陽(yáng)能電池組件面積加工制作太陽(yáng)能電池組件的支架 同時(shí)考慮燈桿的 抗風(fēng)強(qiáng)度問(wèn)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(yáng)能電池板 蓄電池 充放電控制器 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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(cè)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 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(cè)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 P0 口控制數(shù)碼管的 7 段的亮暗 15 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(kāi)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(mén)電路 對(duì) 端口 P0 寫(xiě) 1 時(shí) 可作為高阻抗輸入端用 在訪問(wèn)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(wèn)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(mén)電路 對(duì)端口寫(xiě) 1 通過(guò)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(mén)電路 對(duì)端口 P2 寫(xiě) 1 通過(guò) 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)?太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 內(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(wèn) 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(wèn) 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(mén)電路 對(duì) P3 口寫(xiě)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 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(wèn)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(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的 要注意的 是 每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖 對(duì) 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(guò)對(duì)特殊功能寄存器 SFR 區(qū)中的 8EH 單元的 D0 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(wú)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(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào) 8 EA VPP 外部訪問(wèn)允許 欲使 CPU 訪問(wèn)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 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 17 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 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(guò)流保護(hù) 過(guò)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(cè)功能 更重要的是它能使充電器各種轉(zhuǎn)換電壓隨 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 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 輸入電壓加入后 Q1 導(dǎo)通 開(kāi)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(guò)充電壓的 95 即 14 25V 時(shí) 電池轉(zhuǎn)入過(guò)充電狀態(tài) 充電電壓維持在過(guò)充電電壓 充電電流開(kāi) 始下降 當(dāng)充電電流降到過(guò)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(zhǎng)的光照射下 其阻值迅 速減小的特性 這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電 在外加電場(chǎng)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(cè)可見(jiàn)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 19 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(cè)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(duì) 參與導(dǎo)電 使電路中電流增 強(qiáng) ADC0808 芯片的工作過(guò)程是先送通道號(hào)地址到 ADDA ADDB ADDC 由 ALE 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WR 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(qǐng)中斷 中斷服務(wù)程序中 產(chǎn)生信號(hào) 使 OE 端RD 有效 打開(kāi)輸出鎖存器三態(tài)門(mén) 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(guò) 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 可變電阻 RP 的阻值可調(diào)整照度的控制閾值 送入 ADC0808 經(jīng)過(guò) 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 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 3 6 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(guò)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 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(chǎng) 磁 場(chǎng)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(jiǎn)單 所以采用獨(dú)立式 21 按鈕調(diào)節(jié) 獨(dú)立式鍵盤(pán)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(guò)檢測(cè) I O 口線的電平狀態(tài) 即可判斷鍵盤(pán)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(guò)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(jiǎn)單的來(lái)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 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(guò) LED 的電流決定 電流過(guò) 強(qiáng)會(huì)引起 LED 路燈的衰減 電流過(guò)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 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 驅(qū)動(dòng)芯片可以選擇 PT4115 恒流驅(qū)動(dòng)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(guò)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(guò)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(guò)溫保護(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(duì) 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(lèi) 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)?PT4115 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(cè)電路響 應(yīng)速度限制 對(duì)內(nèi)部電流正常檢測(cè)出現(xiàn)影響 不能更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部開(kāi)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(wú)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 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?在晚上電壓經(jīng)過(guò)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(kāi)始工作 23 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(duì)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 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 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(kāi)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(guò) 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(kāi)始正常工作 圖 3 8 復(fù)位電路 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 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(zhǎng)的發(fā)光二極管組 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(huà)發(fā)光 控制相應(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(jiǎn)單 使 有也方便 發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)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