基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能led路燈照明系統(tǒng)

1、清華大學(xué)本科畢業(yè)論文基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能 LED路燈照明系統(tǒng)自動(dòng)化工科專 業(yè) 名 稱申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 指導(dǎo)教師姓名、職稱2012年5月10號(hào)摘要本設(shè)計(jì)基于AT89C52單片機(jī)，太陽(yáng)能采集板吸收的太陽(yáng)能經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為穩(wěn) 定的+5V電壓作為各器件的供電電源。熱釋傳感器檢測(cè)移動(dòng)物體，及由光敏電阻 組成的分壓電路檢測(cè)周圍環(huán)境明暗情況。矩陣鍵盤鍵入數(shù)據(jù)后經(jīng)芯片 AT89C52 控制由LCD顯示相應(yīng)信息。單片機(jī)與上位機(jī)之間由RS232串行通信接口連接，使 軟硬件相結(jié)合。整個(gè)過(guò)程完成了基于單片機(jī)的太陽(yáng)能LED路燈照明控制系統(tǒng)的 要求。設(shè)計(jì)電路主要分為核心單片機(jī)、 太陽(yáng)能采集電路、 蓄電池存儲(chǔ)及電壓檢測(cè)

2、 電路、負(fù)載輸出控制與過(guò)流檢測(cè)電路、紅外傳感器距離感應(yīng)電路、鍵盤電路、節(jié) 能LED電路、串口通信電路、LCD顯示等模塊。設(shè)計(jì)中各狀態(tài)均由按鍵控制，并 以128*64點(diǎn)陣LCD顯示，操作簡(jiǎn)單，功能齊全，界面友好。關(guān)鍵詞 ：負(fù)載輸出控制及檢測(cè)電路太陽(yáng)能采集電路 LED 紅外感應(yīng)AbstractThis design based on the AT89C52 single chip computer, solar collection plate absorbs solar via inverter into stable + 5V voltage as each device of power s

3、upplies. Heat release it sensor detection, and moving object by photosensitive resistors points voltage circuit testing environment light and shade. Matrix keyboard type data by AT89C52 control after chip LCD the corresponding information. Between SCM and PC by RS232 serial communication interface c

4、onnection, make combining software. The whole process completed based on SCM solar LED street lamp lighting control system requirements. Circuit design mainly divided into core microcontroller, solar acquisition circuit, battery storage and voltage detection circuit, load output control and flow det

5、ection circuit, infrared sensor distance induction circuit, keyboard circuit, energy-saving LED circuit, serial communication circuit module, LCD display. Design of each state all by buttons control, and to 128 * 64 dot matrix LCD display, simple operation, the function is all ready, friendly interf

6、aceKey words: load output control and detection circuit solar data acquisition circuit LED infrared sensor目錄1 緒論 11.1設(shè)計(jì)研究的原因、目的與意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 12系統(tǒng)原理及各組成模塊22.1系統(tǒng)原理22.2系統(tǒng)各模塊介紹22.2.1 太陽(yáng)能采集及電源模塊22.2.2 A/D 電壓采樣模塊 32.2.3 物體檢測(cè)模塊和環(huán)境明暗檢測(cè)模塊 52.2.4 路燈控制模塊62.2.5 鍵盤電路模塊 72.2.6 LCD 顯示模塊82.2.7 時(shí)鐘模塊92.2.8 串口通

7、信模塊102.2.9 過(guò)流保護(hù)及聲光報(bào)警模塊 102.2.10太陽(yáng)能電池組件及負(fù)載LED開關(guān)控制122.3硬件連接過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng) 13132.3.1 電路接地去噪問(wèn)題142.3.2 布線注意事項(xiàng)3軟件編程 143.1軟件編程要點(diǎn) 143.2程序主流程圖及按鍵功能規(guī)劃 143.3 A/D轉(zhuǎn)換程序153.4蓄電池電壓檢測(cè)電路 154總結(jié)及展望154.1所獲心得及結(jié)論 154.2前景展望17參考文獻(xiàn) 17致謝18附 錄 181 引言1.1 研究原因、目的與意義伴隨著日益嚴(yán)重的能源危機(jī)， 可再生能源的開發(fā)與利用漸漸成為人們研究的 話題。一種新的可再生能源進(jìn)入人們的視線 -太陽(yáng)能，因其環(huán)保、用之不竭

8、等優(yōu) 點(diǎn)，在當(dāng)代社會(huì)被視為重點(diǎn)研究對(duì)象。 以太陽(yáng)能作為供能源的路燈， 因其安全環(huán) 保，無(wú)需專人負(fù)責(zé)， 無(wú)需計(jì)算日后費(fèi)用開支， 無(wú)需高難度架設(shè)輸電線路和挖溝等 高難度鋪設(shè)方式 可以輕便的安設(shè)于廣場(chǎng)、 公園等地區(qū)。 諸多優(yōu)點(diǎn)成為人們心中 的必選之一。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 太陽(yáng)能照明沒有安全隱患：太陽(yáng)能燈具是超低壓產(chǎn)品，運(yùn)行安全可靠。其它優(yōu) 勢(shì)：綠色環(huán)保， 能夠很符合要求的為生態(tài)小區(qū)服務(wù)； 減輕物業(yè)部門的管理壓力； 從而減輕業(yè)主的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。太陽(yáng)能路燈更是具有：節(jié)能環(huán)保、便于安裝、易于 維護(hù)、自動(dòng)控制等固有的優(yōu)質(zhì)特性，繼而在服務(wù)于大型銷售樓盤以及市政工程

9、 方面做出杰出貢獻(xiàn)。伴隨著可持續(xù)發(fā)展觀深入人心，人們?cè)诜e極尋求各種可再 生能源的同時(shí)也在積極倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的技術(shù)，而在照明這一方面，壽命長(zhǎng)、節(jié) 能環(huán)保、綠色安全、色彩多樣、微型化的LED固態(tài)照明也漸漸成為現(xiàn)代人們心 中的最佳選擇之一，而太陽(yáng)能 LED 燈同時(shí)融合了前兩者的優(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)。 LED 作為發(fā)光二極管是采用的低壓直流供電特性，控制成本低而且具有安全特點(diǎn)。LED

10、的響應(yīng)時(shí)間平時(shí)僅有幾納秒到幾十納秒，促使頻繁的開關(guān)，明暗調(diào)節(jié)成為可 能。并且LED是一種全固態(tài)的發(fā)光體，耐震、不易破碎、散熱量低、沒有熱輻 射、是冷光源、最重要的是不含汞、鈉元素等危害身體健康的物質(zhì)，廢棄材料可 回收、無(wú)污染。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(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。 建設(shè)部和發(fā)改委明確提出城市道路照明要 向“高效、節(jié)能、環(huán)保、健康”的“綠色照明”方向發(fā)展。隨著太陽(yáng)能

11、發(fā)電技術(shù) 的不斷發(fā)展， 太陽(yáng)能路燈以環(huán)保、 節(jié)能等優(yōu)勢(shì)成為城市道路照明行業(yè)的新寵， 市 場(chǎng)潛力巨大。我國(guó)太陽(yáng)能路燈首先在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)使用，上海市于 2005 年在崇 明島建成風(fēng)光互補(bǔ)道路照明工程。 在我國(guó)西部， 非主干道太陽(yáng)能路燈、 太陽(yáng)能庭 院燈漸成規(guī)模，太陽(yáng)能資源相對(duì)豐富的青海省自 2006 年以來(lái)已在西寧等地安裝 太陽(yáng)能路燈超過(guò) 200 套；在北京奧運(yùn)會(huì)主要場(chǎng)館及其相關(guān)場(chǎng)所，太陽(yáng)能路燈得 到普遍應(yīng)用。然而，業(yè)內(nèi)人士也指出，由于存在成本、技術(shù)等諸多問(wèn)題，現(xiàn)階段 推廣太陽(yáng)能路燈遇到“瓶頸”困擾。目前，美、日、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家都推出了相 應(yīng)的屋頂光伏計(jì)劃。2 系統(tǒng)原理及各組成模塊2.1 系統(tǒng)原理

12、由太陽(yáng)能采集板吸收的太陽(yáng)能經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的 +5V電壓，作為各器件 的供給電源。 為了防止蓄電池電壓過(guò)放及負(fù)載過(guò)流保護(hù)， 提取采樣電壓或電流經(jīng) ADC0809犬態(tài)模/數(shù)把信息及時(shí)反映到單片機(jī)芯片。 由熱釋傳感器檢測(cè)移動(dòng)物體， 及由光敏電阻組成的分壓電路檢測(cè)周圍環(huán)境明暗情況，兩者產(chǎn)生的信號(hào)也由ADC080濮/數(shù)轉(zhuǎn)換，把相應(yīng)信息送往 AT89C52AT89C52 作為控制芯片，收到相應(yīng)信息后經(jīng)相應(yīng)接口發(fā)出控制信息，控制 負(fù)載電流及蓄電池電壓。矩陣鍵盤鍵入數(shù)據(jù)后經(jīng)芯片控制由 LCD顯示相應(yīng)信息, 由于DS1302的存在，也會(huì)出現(xiàn)具體時(shí)間。在整個(gè)過(guò)程中，單片機(jī)與上位機(jī)之間由RS232串行通信接口連

13、接，實(shí)時(shí)與軟件編程相連，使軟硬件相結(jié)合。其系統(tǒng)總框圖如圖2-1圖2-1系統(tǒng)總框圖2.2系統(tǒng)模塊介紹本模擬系統(tǒng)以AT89C52為核心，主要以太陽(yáng)能采集、A/D電壓采樣模塊、 過(guò)流保護(hù)模塊、LCD顯示模塊、環(huán)境明暗檢測(cè)模塊和物體檢測(cè)、路燈控制模塊、 按鍵模塊等模塊組成。2.2.1太陽(yáng)能采集及電源模塊系統(tǒng)在白天通過(guò)太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能存儲(chǔ)起來(lái)，然后在晚上供給照明設(shè)備。該系統(tǒng)采用了閥控密封鉛酸蓄電池（ VRLA）作為電能存儲(chǔ)設(shè)備， 同時(shí)將大功率白光LED作為照明設(shè)備。圖2-2示出太陽(yáng)能采集系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖。2-2系統(tǒng)框圖充電管理模塊對(duì)太陽(yáng)能電池板陣列進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）,并對(duì)蓄電池進(jìn)

14、行充電，LED驅(qū)動(dòng)模塊采用蓄電池中的電能對(duì)大功率白光LED陣列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；系統(tǒng)采用DSP微控制器進(jìn)行MPPT控制、蓄電池充電管理和 LED驅(qū)動(dòng)控 制電源模塊：通過(guò)整流濾波得到穩(wěn)定的+5V電壓,如圖2-3電源模塊所示。圖2-3電源模塊2.2.2 A/D 電壓采樣模塊在ADC0809的電源和接地排針間具有足夠高的本地高頻去耦，可以更好的使用工作系統(tǒng)，但是芯片的不同電源總線間可能存在噪聲耦合。除了本地去耦外，還可以在單個(gè)電源總線上添加濾波電路。ADC0809輸出電路：ADC的模擬輸入與數(shù)據(jù)輸出之間存在少量的寄生電容，ADC數(shù)據(jù)輸出線上的噪聲會(huì)通過(guò)這些寄生電容耦合到模擬輸出端，導(dǎo)致ADC的SNR和有效位

15、數(shù)ENOB下降。為解決這一問(wèn)題，可在 ADC數(shù)據(jù)輸出端接一鎖存 器。ADC0809是CMOS工藝，利用逐次逼近的8位A/D轉(zhuǎn)換模片，28引腳式 雙列直插式封裝，片內(nèi)除A/D裝換部分以及多路模擬開關(guān)部分，多路開關(guān)有8路模擬量輸入，最多允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 圖2-4為ADC0809的時(shí)序圖。ALE/八DATA.人- -VdATA、圖2-4 ADC0809的時(shí)序圖ADC0809 工作原理 :將 8 路模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行分時(shí)處理， ADC0809 利用模擬開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)。 在某一時(shí)間點(diǎn)，模擬開關(guān)只與其中一路模擬量通道接通，對(duì)此通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn) 換。如果地址鎖存的信

16、號(hào) ALE是高電平時(shí)，ADDA、ADDB、ADDC三條線上的數(shù) 據(jù)就可以送入 ADC0809 內(nèi)部地址鎖存器中，通過(guò)譯碼器譯碼選中某一條通道。 當(dāng)ALE信號(hào)為0時(shí)，地址鎖存器此刻處于鎖存狀態(tài)，模擬開關(guān)一直和剛才選中 的輸入通道處于接通狀態(tài)。 當(dāng)選中通道中的模擬量傳輸?shù)?A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)， A/D 轉(zhuǎn) 換器并不能對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端 START出現(xiàn)下降沿并且 出現(xiàn)延遲情況后才能啟動(dòng)芯片進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，否則START的上升沿復(fù)位 ADC0809。A/D 轉(zhuǎn)換完成后， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果傳送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器， 此時(shí) A/D 轉(zhuǎn)換 的結(jié)果還沒有出在DB0DB7八條數(shù)字量輸出線上

17、，因而單片機(jī)不能夠獲取。 單片機(jī)想讀到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，則必須使 ADC0809的允許輸出控制端0E成為高 電平，打開三態(tài)輸出鎖存器。圖2-4中EOC是轉(zhuǎn)換完成后的輸出信號(hào)。在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，EOC維持低電平，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí)，EOC變?yōu)楦唠娖健DC0809 的START端達(dá)到下降沿后，并不立刻進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，而是延遲10卩s后，才開 始 A/D 轉(zhuǎn)換。ADC0809 與單片機(jī)的連接可以采用查詢方式，也可采用中斷方式。圖 2-5 ADC0809與單片機(jī)的連接為中斷方式連接的電路圖，由于ADC0809片內(nèi)有三態(tài) 輸出鎖存器，因此可直接與單片機(jī)接口。圖2-5 ADC0809與單片機(jī)的連接o

18、 1 2 3 M %陌？ C + DCDDDdDDeDEOC這里由P2.7和 聯(lián)合控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)端(START)和ALE端，P2 口的低三位地址線加到ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC端，用于控制選通模擬輸 入通道。啟動(dòng)ADC0809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0E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。2.2.3物體檢測(cè)

19、模塊和環(huán)境明暗檢測(cè)模塊信號(hào)采集模塊包括物體檢測(cè)模塊和環(huán)境明暗檢測(cè)模塊，兩者功能如下：物體檢測(cè)模塊：采用熱釋傳感器檢測(cè)。它是由一類高熱電系數(shù)材料，如鋯鈦 酸鉛系類陶瓷、鉭酸鋰類、硫酸三甘鈦類等制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸為2*1mm的探測(cè)性元件。在每個(gè)探測(cè)器之中裝入一個(gè)或者兩個(gè)探測(cè)性元件，并將兩個(gè)探測(cè)性元件以反極性方式串聯(lián)，以抑制自身溫度升高而導(dǎo)致的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)和接收到 的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯碾妷盒盘?hào)，經(jīng)過(guò)裝在探頭內(nèi)的電場(chǎng)效應(yīng)管放大之后向外 輸出。人體輻射出的紅外線中心波長(zhǎng)范圍為 910-um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)的靈敏度范圍是0.220-um范圍內(nèi)基本是穩(wěn)定不變。在傳感器頂端安裝了一個(gè)裝有 濾光鏡片的特

20、制窗口，此濾光片允許通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為710-um，范圍正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片吸收， 這樣就 形成了專門探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。 優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射，器 件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；環(huán)境溫度和人體 溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。環(huán)境明暗檢測(cè)模塊：該模塊需要檢測(cè)環(huán)境光的變化，根據(jù)環(huán)境光的明暗進(jìn)行 路燈開關(guān)的自動(dòng)控制?；诖艘蟛捎糜晒饷綦娮杞M成的分壓電路進(jìn)行檢測(cè)。光敏電阻器又稱光導(dǎo)管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可

21、用于檢測(cè) 可見光。在不同的光強(qiáng)下，光敏電阻的電阻值會(huì)發(fā)生明顯變化， 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，入射光通過(guò)檢測(cè)不同光強(qiáng)下電阻值的變化量來(lái)控制路燈的開和關(guān)。 如圖2-6檢測(cè)明暗模塊所示。2.2.4 路燈控制模塊該模塊采用節(jié)能的1W LED燈，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，單片機(jī)通過(guò) A/D采集電路采樣點(diǎn)的電壓變化量后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。路燈控制電路如圖2-7所示inR12RI3I刃圖2-7路燈控制電路2.2.5鍵盤電路模塊矩陣鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合， 它由行線和列線組成，按鍵處于行列 交叉點(diǎn)上，一個(gè)4*4的行列結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)含有16個(gè)

22、按鍵的簡(jiǎn)易鍵盤，很明顯， 當(dāng)按鍵數(shù)較多情況下，矩陣鍵盤比獨(dú)立鍵盤相比，能夠節(jié)約很多的I/O 口。矩陣 鍵盤的工作原理：按鍵分布在行列交點(diǎn)上，行列線分別接通到按鍵開關(guān)的兩個(gè)端 部。行線利用上拉電阻接在+5V上。當(dāng)無(wú)按鍵抖動(dòng)時(shí)，行線為高電平狀態(tài)，當(dāng) 有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)由與此相連的列線電平來(lái)決定。列線為低，則行線電平也變?yōu)榈?；列線電平如果高，則行線電平也是高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣按鍵所 處狀態(tài)的關(guān)鍵。因?yàn)榫仃囨I盤中行列線多鍵共用，各個(gè)按鍵均能夠影響改鍵所在 行和列的高低電平。因此各按鍵將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)搭配 起來(lái)并且做恰當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵所在的位置。ADC0809通過(guò)矩

23、陣按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的設(shè)置。本太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)通 過(guò)鍵盤設(shè)定。設(shè)計(jì)為8個(gè)按鍵?？筛鶕?jù)實(shí)時(shí)需求選擇 LED太陽(yáng)能路燈是處于何 種工作模式，若選擇時(shí)控模式，可通過(guò)SET按鍵，選擇UP、DOWN、LIFT、RIGHT 設(shè)定路燈系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)、分，按 ENTER確認(rèn)，以保存設(shè)定的信息。鍵盤電路設(shè)計(jì)如下圖2-8矩陣鍵盤所示，為了便于設(shè)定且有直觀的人機(jī)操 作界面，按鍵相對(duì)偏多HP!KO X2圖2-8矩陣鍵盤2.2.6 LCD顯示模塊液晶是一種介于液體與固體之間的熱力學(xué)的中間穩(wěn)定相，其特點(diǎn)是在一定的溫度范圍內(nèi)既有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性，分子兩頭有極性。 液晶顯示器LCD(Liquid Cr

24、ystal Display)的驅(qū)動(dòng)方式由電極引線的選擇方式確定， 一般有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和時(shí)分驅(qū)動(dòng)兩種，由于直流電壓驅(qū)動(dòng)LCD會(huì)使液晶體產(chǎn)生電解和電極老化，從而大大降低LCD的使用壽命，所以驅(qū)動(dòng)方式多采用交流電壓驅(qū) 動(dòng)。由于現(xiàn)有的液晶顯示器通常都集成了液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用時(shí)直接對(duì)液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片操作即可，這里對(duì)于液晶的驅(qū)動(dòng)方式就不做過(guò)多的介紹。通常使用的LCD有兩種，一種是字符型液晶顯示器，一種是點(diǎn)陣式液晶顯 示器。字符型LCD能夠顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等192鐘ASCII碼對(duì)應(yīng)的字符， 而點(diǎn)陣式液晶顯示器除了能夠顯示字符外還能夠顯示中文和圖形。本體統(tǒng)采用點(diǎn)陣式液晶顯示器。利用點(diǎn)陣式液晶顯示器可以實(shí)現(xiàn)

25、中文的操作和提示界面，增強(qiáng)人機(jī)交互性，同時(shí)圖形顯示的引入也對(duì)設(shè)備的顯示性能有極大的改善。當(dāng)然，點(diǎn)陣式液晶的操作和控制也相應(yīng)的比字符型液晶的復(fù)雜一些。圖2-9為L(zhǎng)CD128*64顯示路燈控制模塊。LCD 128*64戈二一W5V GNDVDD5圖2-9LCD128*64顯示路燈控制模塊2.2.7時(shí)鐘模塊：DS1302時(shí)鐘芯片DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片,內(nèi)含有一個(gè)實(shí) 時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM,通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí) 鐘/日歷電路.提供秒分時(shí)日日期.月年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào) 整時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式

26、.DS1302與單片機(jī) 之間能簡(jiǎn)單的通過(guò)同步串行的方式進(jìn)行溝通，只需用到三個(gè)接口線:1 RES復(fù)位,2 I/O數(shù)據(jù)線,3 SCLK串行時(shí)鐘.時(shí)鐘/RAM讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或者多達(dá) 31字節(jié) 的字符組方式進(jìn)行通信.DS1302工作當(dāng)中功耗很低，其中在保持?jǐn)?shù)據(jù)以及時(shí)鐘信 息時(shí)功率不大于1mW.DS1302是由DS1202改進(jìn)得來(lái)的，其中增加了以下特性 雙電源管腳被用于主電源和為備份電源供應(yīng)Vcc1,為可編程的涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表 等產(chǎn)品領(lǐng)域時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式：在 XTAL1和XTAL2端外接石英晶

27、體做定時(shí)元件，內(nèi)部反相放大自激振蕩，產(chǎn)生時(shí) 鐘。時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率為6MHz,則時(shí)鐘頻率為3MHz。 外部方式：可以通過(guò)XTAL1和XTAL2接入外部時(shí)鐘。我采用外部方式。振蕩電 路模塊如圖2-10。CSD-圖2-10振蕩電路模塊2.2.8串口通信模塊max232是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于 電腦串口 rs232電平是-10v+10v，max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的， 該器件包 含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn), 每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMO

28、S電平。每一個(gè)發(fā)送器 將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。 串口通信及其電平轉(zhuǎn)換如圖 2-11。COX4OOoJP2GSDO oIJPI oJL.MPERCI*C1-X* Ea-GSDTJOLTRHXRIOL7T2OLTT21NKloirr14fHvDDJVrxr?7W圖2-11串口通信及其電平轉(zhuǎn)換2.2.9 過(guò)流保護(hù)及聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)的負(fù)載輸出有相對(duì)獨(dú)立的控制和檢測(cè)機(jī)制， 具有較為完善的過(guò)流及短路 保護(hù)措施，電路原理如圖2-12所示。其中設(shè)計(jì)了多至兩級(jí)的保護(hù)：第一級(jí)采用 了由R7（0.01 Q康銅絲）、運(yùn)放LM358以及比較器LM393等器件組成的過(guò)流、 短路檢測(cè)系統(tǒng)

29、，另外配合單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換及外部中斷反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載過(guò)流和短路保護(hù)，是一種硬件加軟件的保護(hù)方式，LM358輸出送的A/D轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)輸入端IN0 口，用于過(guò)流信號(hào)的識(shí)別，當(dāng)電流大于額定電流的20%并且維持30s以上，則確認(rèn)為過(guò)流；短路電流整定設(shè)定為 10 A，響應(yīng)時(shí)間設(shè)定為毫秒數(shù)量級(jí) 別。第二級(jí)利用電子保險(xiǎn)絲保護(hù)，當(dāng)流經(jīng)電子保險(xiǎn)絲的電流驟然增加時(shí)， 溫度即 隨之升高。隨之電阻大幅增加，工作電流大幅降低，實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路的目的，秒數(shù) 量級(jí)響應(yīng)，特殊電流響應(yīng)過(guò)后電子保險(xiǎn)絲恢復(fù)成為低電阻抗導(dǎo)體，不需要人為更換或維修。系統(tǒng)采用此兩級(jí)保護(hù)措施之后，估算在長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的負(fù)載斷路后控制 器都不會(huì)出現(xiàn)燒毀電路情況

30、，能有效杜絕傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲對(duì)電路進(jìn)行一次性保護(hù)， 杜 絕器件燒毀人為更換的棘手問(wèn)題，與短路后需手動(dòng)復(fù)位或斷電后重新開啟的系統(tǒng) 相對(duì)比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。提高了太陽(yáng)能路燈控制器維護(hù)的效率， 提高了系統(tǒng)的 安全系數(shù)。負(fù)載輸出控制與檢測(cè)電路如圖 2-12。1罷翩瀘圖2-12負(fù)載輸出控制與檢測(cè)電路聲光報(bào)警模塊采用聲光報(bào)警外接電路模塊，當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），蜂鳴器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)報(bào)警指示燈也會(huì)點(diǎn)亮。聲光報(bào)警電路如圖2-13。TOO 畀ISwc uIt 蛀C圖2-13聲光報(bào)警電路2.2.10太陽(yáng)能電池組件及負(fù)載LED開關(guān)控制GhI) lW單片機(jī)檢測(cè)蓄電池電壓，防止過(guò)放。低于最低限值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出斷開

31、電池 開關(guān)信號(hào)。當(dāng)BAT-switch1為高電位時(shí)，經(jīng)過(guò)非門變?yōu)榈碗娢?，光耦工作，右?cè) 電阻輸入信號(hào)為高電位，Q9工作，輸出高電位，Mosfet開通。反之，當(dāng)BAT-switch1 為低電位時(shí)，經(jīng)過(guò)非門變?yōu)楦唠娢唬怦畈还ぷ?，右?cè)電阻輸入信號(hào)為低電位， Q11工作，輸出低電位,Mosfet管關(guān)斷，如圖2-14蓄電池過(guò)放電路所示。如圖2-14蓄電池過(guò)放電路單片機(jī)檢測(cè)LED負(fù)載電壓，LED分為兩組，每組可提供9W功率，一起工作可提供18W功率。根據(jù)時(shí)段不同，有選擇的開啟 1組或2組以此滿足功率需 求，且在一定時(shí)段可節(jié)省能源。通過(guò)切斷一組 LED可控制負(fù)載輸出為18w還是 9w。原理同上。電氣原理圖

32、如圖 2-15負(fù)載LED開關(guān)控制所示。% I.fl圖2-15負(fù)載LED開關(guān)控制2.3硬件連接過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)2.3.1電路接地去噪問(wèn)題任何一個(gè)電路系統(tǒng)，都會(huì)涉及到接地問(wèn)題，實(shí)際上，接地是極其重要的設(shè)計(jì) 考慮。可以使用兩種不同的方法：一、使用拆分接地，其中包括模擬接地和數(shù)字 接地，連接在一個(gè)點(diǎn)上；二、使用一個(gè)整體接地。使用拆分法接地可以很方便的 獲得最佳防噪性能。但可能遇到RFI/EMI問(wèn)題。盡管使用單個(gè)接地板難以獲得優(yōu) 良的設(shè)計(jì)，但可以更容易地把RFI/EMI問(wèn)題最小化，因此本系統(tǒng)均使用單一接地 方法。電路中不希望任何數(shù)字回路電流沿直線流動(dòng)從而流過(guò)甚至接近其它模擬元 件，特別是處理低電平信號(hào)

33、和 ADC的元件。接地電流流經(jīng)低電阻，可能導(dǎo)致在 接地中出現(xiàn)一些噪聲變化。如果來(lái)自模擬元件的接地電流從模擬部件返回電流遵 循相同的路徑，則模擬信號(hào)中的噪聲將會(huì)增加，并且將顯示在放大器和ADC中。 如果決定使用兩個(gè)接地板，則數(shù)字和模擬接地排針應(yīng)該具有相同的電位。 大多數(shù) 數(shù)據(jù)表示他們應(yīng)該為100mV，后者有時(shí)為50mV或250mV，但實(shí)際上它們應(yīng)具 有相同的電位。電路系統(tǒng)中不應(yīng)該使用單個(gè)通孔將它們連接至接地板。應(yīng)該將它們單獨(dú)連接，盡量分開，距離盡可能為 2到3厘米，原因是通電電路一般對(duì)于1 到1.5nH的感應(yīng)產(chǎn)生電感。該nH級(jí)電感是在高速數(shù)字邊緣率才出現(xiàn)的大阻抗， 類似的阻抗能夠使數(shù)字信號(hào)在其通

34、路上發(fā)出噪聲，該噪聲可以耦合至模擬接地， 因此在ADC的輸入端產(chǎn)生模擬噪聲。因此應(yīng)盡量避免在相同位置的接地板中布 置模擬地和數(shù)字地插針， 但是一定要確保模擬及數(shù)字觸地插針有相同的電位， 更 重要的是，需要把數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)器回路排針與其它接地排針分隔開。我盡量在所有 IC 器件的電源輸入出采用一個(gè) 0.1uF 的瓷片電容和一個(gè) 100uF 的電解電容并聯(lián)接地， 形成一個(gè)電荷池， 有效地抑制了 IC 對(duì)電源的影響。 電容連線靠近電源并盡量短粗， 一般我直接用焊錫連接。 模塊與模塊之間的信號(hào) 用同軸線，可以有效地屏蔽信號(hào)，防止信號(hào)與外部串?dāng)_。2.3.2 布線注意事項(xiàng)（1）布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以

35、降低感應(yīng)噪聲。（2）布線時(shí)，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪 聲。（3）對(duì)于單片機(jī)閑置的 I/O 口，不要懸空， 要接地或接電源。 其它 IC 的閑置 端 在不改變系統(tǒng) 邏輯的情況下接地或接電源。（ 4）在速度能滿足要求的前提下， 盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字 電路。（5） IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。3 軟件編程3.1 軟件編程要點(diǎn)主程序主要完成按鍵判斷及按鍵操作、 定時(shí)器自動(dòng)引發(fā)電流檢測(cè)。 以及對(duì)按 鍵的操作，和電流檢測(cè)過(guò)放的響應(yīng)等，是程序的主體部分。用定時(shí)器定期檢測(cè)負(fù)載是否過(guò)流， 自動(dòng)檢測(cè)比手動(dòng)按鍵更方便易行。 程序中 以定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了看門狗的功

36、能，使程序可用性、可靠性均加強(qiáng)。3.2 按鍵功能規(guī)劃按鍵功能規(guī)劃如下圖 2-16 按鍵功能，模擬最常用按鍵方式：789Fl654F21230BackspaceSetEnter圖2-16按鍵功能當(dāng)按Set鍵時(shí)開始輸入距離數(shù)據(jù)，09分別對(duì)應(yīng)十個(gè)數(shù)字輸入Backspace 表示退格，Enter鍵輸入距離數(shù)據(jù)并在LCD上顯示，經(jīng)距離判斷，作相應(yīng)響應(yīng)。 F1鍵，用于設(shè)置狀態(tài)的識(shí)別；F2鍵，用于自檢，根據(jù)程序流程，分別實(shí)現(xiàn)不同功能。3.3 A/D轉(zhuǎn)換程序AD轉(zhuǎn)換中，先使通道有效，即將P1.6置高，AD方可采集到信號(hào)，然后AD 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，將EOC信號(hào)接在 端，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢即引起中斷，將電流采集 出來(lái)，

37、并進(jìn)行相應(yīng)操作。3.4蓄電池電壓檢測(cè)電路介紹一下下面的流程圖。圖3-1蓄電池電壓檢測(cè)4結(jié)束語(yǔ)4.1總結(jié)設(shè)計(jì)初期，我在圖書館查閱大量文獻(xiàn)資料，自主地積累專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，最后 向指導(dǎo)老師交流取經(jīng)并制定方案；設(shè)計(jì)中期，我詳細(xì)按硬件、軟件分為兩組同時(shí) 進(jìn)行研究，于此同時(shí)又按核心單片機(jī)、太陽(yáng)能采集電路、蓄電池存儲(chǔ)及電壓檢測(cè) 電路、負(fù)載輸出控制與過(guò)流檢測(cè)電路、紅外傳感器距離感應(yīng)電路、鍵盤電路、節(jié) 能LED電路、LCD顯示等模塊等個(gè)個(gè)攻關(guān)；設(shè)計(jì)預(yù)期，在電路各模塊以及軟件 流程已初步編寫都基本成型的情況下， 開展深入調(diào)試。設(shè)計(jì)進(jìn)行到最后，我也取 得了一定的成果：硬件方面熟悉了 AT89C52單片機(jī)、負(fù)載輸出控制

38、與檢測(cè)電路、 鍵盤電路、LED電路、LCD顯示的各個(gè)組件的設(shè)計(jì)，并對(duì) AT89C52單片機(jī)有了 更系統(tǒng)、深刻的認(rèn)識(shí)；軟件的編寫功底也有所提高。本次設(shè)計(jì)中，我不僅從學(xué)到了科學(xué)的研究方法擴(kuò)寬了知識(shí)面。自己的自學(xué)能力不斷提高。發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的能力也得到加強(qiáng)。 要學(xué)會(huì)搜集知識(shí)，和同學(xué)老師多 交流。相信這在今后定是我的一筆無(wú)價(jià)的財(cái)富！ 這種種都不是課本上面所能學(xué)到 的，需要實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決，這就大大提高了我諸如自主設(shè)計(jì)、 獨(dú)立思考分 析問(wèn)題的能力以及對(duì)學(xué)習(xí)油然而生的莫大的興趣。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我又重溫 了曾經(jīng)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴， 它給我的大學(xué)畫上了一個(gè)圓滿的句號(hào)。 自己在一個(gè)一個(gè)扎實(shí) 的腳印中慢慢成長(zhǎng)， 最

39、終成為一棵頂天立地的大樹。 在整個(gè)個(gè)過(guò)程中， 我收獲的 不僅僅是知識(shí)，還有很多很多。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)在實(shí)際中遇到的 ,與在課堂上講的是不盡相同甚至是 課堂上從來(lái)都沒提及過(guò)的。 因?yàn)樵O(shè)計(jì)充滿了各種不確定因素， 原理正確的電路圖 不一定能做出正常運(yùn)行的結(jié)果 .課堂上的一些原理是在理想情況下的假設(shè)，而實(shí) 際往往與理想相差甚遠(yuǎn)。 當(dāng)然設(shè)計(jì)的成功需要一個(gè)重要的因素認(rèn)真。 我相信， 事無(wú)大小，只要認(rèn)真了，凡事都有可能成真。雖然沒有做出最后最滿意的結(jié)果， 但在整個(gè)過(guò)程中， 自己學(xué)會(huì)了很多。 我一直都非常認(rèn)真地對(duì)待這個(gè)設(shè)計(jì)， 從電路 圖的設(shè)計(jì)原理， 到元器件引腳的識(shí)別， 我都是毫不馬虎地去認(rèn)識(shí)理解。 當(dāng)然

40、再認(rèn) 真也有大意的時(shí)候， 我就有些地方犯了一些很低級(jí)的錯(cuò)誤導(dǎo)致設(shè)計(jì)卡殼而使設(shè)計(jì) 無(wú)法進(jìn)展，設(shè)計(jì)進(jìn)程停滯不前，在那段時(shí)間里，我或多或少都有些煩躁，不知道 問(wèn)題出在哪兒， 但經(jīng)過(guò)別人的一番開導(dǎo)與鼓勵(lì)， 我端正了態(tài)度， 正視了設(shè)計(jì)中遇 到的苦難，并將其一一克服。所以說(shuō)做設(shè)計(jì)不僅需要?jiǎng)?chuàng)造力，也一定要心細(xì)，比 如說(shuō)事先元器件好壞的檢測(cè)， 引腳的正反等這些事雖小但都要注意， 因?yàn)楹芸赡?恰恰就是這些不起眼的小因素導(dǎo)致了錯(cuò)誤， 影響了大局。 其實(shí)，做其他的事情又 何嘗不是如此呢？認(rèn)真仔細(xì)是一種習(xí)慣， 當(dāng)你養(yǎng)成了這種習(xí)慣的時(shí)候， 你會(huì)受益 匪淺。還有一點(diǎn)，學(xué)習(xí)是不能盲從的，一定要有懷疑精神，以懷疑但不鉆牛角尖 的態(tài)度來(lái)對(duì)待設(shè)計(jì)。 我大學(xué)生不能被動(dòng)的接受知識(shí)， 而應(yīng)該理性的應(yīng)用知識(shí)， 任 何一種觀點(diǎn)理論都要經(jīng)過(guò)自己理性的思考之后再作出判斷。 相信自己，敢于提出 自己的觀點(diǎn)， 錯(cuò)了又會(huì)怎么樣呢， 沒人去責(zé)怪一個(gè)獨(dú)立思考的學(xué)生的， 探求真知 才是最重要的。作為當(dāng)代中國(guó)的大學(xué)生 ,不應(yīng)該還是一味被動(dòng)的等待別人告訴你 應(yīng)該做什么了 ,而是應(yīng)該主動(dòng)的去了解自己要做什么 ,然后全力以赴的去完成。還 有一點(diǎn)：興趣激發(fā)創(chuàng)造的火花。結(jié)論 本次設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)前期準(zhǔn)備、中期理論研