基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器設(shè)計

汪婷婷：基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器設(shè)計安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-57-第1章概述1.1研究背景、目的與意義隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，世界能源危機(jī)日益嚴(yán)重，利用常規(guī)能源已不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長的需要，開發(fā)和利用新能源越來越引起各國的重視。太陽能源本身的安全可靠、無噪聲、無污染和可再生性的特點(diǎn)，加之現(xiàn)今光伏技術(shù)的逐漸成熟，利用光伏發(fā)電成為解決能源問題的一大途經(jīng)。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)為世界一種節(jié)能環(huán)保的重要途徑，太陽能LED路燈同時整合了這兩者的優(yōu)勢。在國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動下，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。在歐洲大部分地區(qū)，環(huán)保的思路推動著替代能源技術(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)為氣候變暖是推動太陽能研究開發(fā)、發(fā)展和銷售活動的主要因素。盡管受到常規(guī)能源的低價影響，在歐洲很多國家中，太陽能裝置市場仍然持續(xù)增長。法國的太陽能設(shè)計師們，正在用“綠色設(shè)計”原則代替“太陽能”設(shè)計原則，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)計方法，將應(yīng)用于Angers的法國環(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)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。1.2設(shè)計要求智能太陽能路燈系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、LED路燈控制器及過充過放保護(hù)電路，光控、時控電路等組成。白天太陽能電池板接受太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充電控制電路儲存在蓄電池中；晚間當(dāng)光線照度降低時，控制器使LED燈點(diǎn)亮，進(jìn)行指示性照明?？刂破鳈z測到蓄電池充電或放電超出一定范圍時，控制器切斷充放電回路，保證電池不被損壞。遇到連續(xù)陰雨天季節(jié)可切換成市電照明，避免蓄電池長期虧電。1.2.1太陽能路燈系統(tǒng)組成、工作原理與發(fā)展現(xiàn)狀目前的太陽能路燈控制系統(tǒng)都是獨(dú)立光伏控制系統(tǒng)，主要由7個部分組成：太陽能電池板、蓄電池、負(fù)載（LED路燈）、控制器、測量電路、充電電路、放電/負(fù)載驅(qū)動電路?；窘Y(jié)構(gòu)如圖1-1所示：太陽能電池板太陽能電池板蓄電池LED路燈充電電路測量電路放電/驅(qū)動電路控制器圖1-1太陽能控制系統(tǒng)太陽能LED路燈運(yùn)行過程中，LED路燈都是在夜間運(yùn)行的。因此太陽能LED路燈的工作方式為：在白天太陽能電池在控制器控制下通過充電路為蓄電池充電，而在夜間或連續(xù)陰雨天氣里蓄電池放在控制器控制下通過放電/驅(qū)動電路點(diǎn)亮并調(diào)節(jié)LED路燈的亮度。另外因為太陽能電池受環(huán)境溫度、光照條件、濕度等影響很大，所以供應(yīng)的電力不穩(wěn)定，蓄電池可以穩(wěn)定整個路燈系統(tǒng)電路的勢能，為控制器提供穩(wěn)定的工作電壓和電流。在太陽能LED路燈系統(tǒng)中，太陽能電池的使用壽命一般是在20～30年，而LED正常壽命也在10萬小時以上，而壽命比較長的免維護(hù)鉛酸蓄電池的壽命在使用得當(dāng)?shù)那闆r下，一般是5～6年，所以鉛酸蓄電池的使用壽命基本上就代表著太陽能路燈的階段性壽命。目前，市場上有各種各樣的太陽能路燈，這些路燈系統(tǒng)主要問題是可靠性不高，其原因是：控制器對于蓄電池的保護(hù)不充分而導(dǎo)致蓄電池的損壞。這些控制器對蓄電池的充電采取了很多有效的措施，確保蓄電池不會過充電；比如當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到充滿點(diǎn)（密封鉛酸電池為單體2.35V，固定式鉛酸電池為單體2.5V）時，控制器將充電回路斷開，或者采用脈寬調(diào)制的辦法或多路充電的辦法，隨蓄電池的電壓接近充滿點(diǎn)時，充電電流逐漸減小，從而達(dá)到保護(hù)蓄電池不被過充的目的。但是對于防止蓄電池過放電，目前市場上的太陽能路燈控制器只是一點(diǎn)式控制。即在蓄電池達(dá)到過放點(diǎn)之前不做任何控制。盡管目前的路燈控制器一般還具有光控開關(guān)和定時器，可以人為設(shè)定路燈的工作時間，也有將路燈的功率分檔，前半夜?jié)M功率，后半夜半功率工作，但都沒有通過在線檢測蓄電池的剩余容量而自動調(diào)整負(fù)荷,這樣仍然避免不了蓄電池的過放電，而蓄電池一旦過放電，或者強(qiáng)迫將負(fù)載斷開，或者由于蓄電池電壓過低使負(fù)載自動斷電。這樣做的后果是：切斷負(fù)載影響整個系統(tǒng)的正常工作并且蓄電池已經(jīng)處于深度放電狀態(tài)，大大縮短了蓄電池的使用壽命[9]。1.2.2設(shè)計思路在本課題的設(shè)計過程中充分考慮了蓄電池過充與過放問題，根據(jù)蓄電池剩余荷電容量（SOC）充放電數(shù)學(xué)模型和剩余荷電容量（SOC）與蓄電池循環(huán)壽命的關(guān)系，在設(shè)計太陽能LED路燈控制器的時候，我們采用以下控制方案，完全避免蓄電池過充和過放，并保證LED路燈以盡可能延長點(diǎn)亮的時間。在充電階段為三段控制：第一段（10%<SOC<40%：過放狀態(tài)）為快充階段、第二段（40%<SOC<95%）慢充階段、第三段（SOC>95%）浮充階段。充電過程中逐漸減小脈寬調(diào)制信號（PWM）的寬度。在放電/驅(qū)動階段分六段進(jìn)行監(jiān)控：（90%<SOC<100%）（80%<SOC<90%）（80%<SOC<70%）（60%<SOC<70%）（50%<SOC<60%）（40%<SOC<50%），對應(yīng)各段計算出對應(yīng)的脈寬調(diào)制信號（PWM）寬度來驅(qū)動LED路燈。在放電/驅(qū)動過程中逐段縮小PWM信號的寬度，保證足夠亮度同時，以最長的點(diǎn)亮?xí)r間為控制目標(biāo)。10%<SOC<40%時做特殊處理，以最低亮度標(biāo)準(zhǔn)（節(jié)能模式）的方式驅(qū)動LED路燈，并在到達(dá)過放點(diǎn)之前切斷負(fù)載，可完全避免過放。采用該方案后，實現(xiàn)了基于單機(jī)機(jī)的太陽能LED路燈系統(tǒng)對蓄電池智能化的充/放電控制，避免了蓄電池過充和過放，保障了太陽能LED路燈系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。但是相互獨(dú)立的太陽能路燈如果大量投入使用，因為太陽能路燈的蓄電池內(nèi)部物化反應(yīng)的不一致，而且太陽能路燈小則分布于一個小區(qū)，大則遍布整個城市，各自周圍環(huán)境不同，因此受到地物遮擋、環(huán)境溫濕度等影響不同，會導(dǎo)致運(yùn)行一段后，太陽能路燈工作情況參差不齊。因此不方便進(jìn)行統(tǒng)一步調(diào)的統(tǒng)一控制，比如互相補(bǔ)電、不同地段采用不同的控制方案，如果不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化控制則完全無法實現(xiàn)，因此在完成獨(dú)立運(yùn)行的太陽能路燈系統(tǒng)之后，進(jìn)一步設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)模型，控制器端主要設(shè)計完成了基于CAN總線的通信模塊硬件接口電路，并設(shè)計了相關(guān)的通信軟件。上位機(jī)端，實現(xiàn)了監(jiān)控模型的初步設(shè)計。另外LED響應(yīng)時間一般只有幾納秒至幾十納秒,因此適合用高頻的脈寬調(diào)制信號（PWM）來驅(qū)動和調(diào)節(jié)亮度。用脈寬調(diào)制信號（PWM）來驅(qū)動和調(diào)節(jié)白光LED，可使白光LED工作于發(fā)射最純凈白光的正向工作電流之下，不會象調(diào)節(jié)工作電流方式調(diào)節(jié)亮度那樣隨著工作電流偏離這個值發(fā)生偏色現(xiàn)象。白光LED一般工作電流較大,工作時會產(chǎn)生大量的熱。隨著工作溫度的升高,LED器件會產(chǎn)生光衰現(xiàn)象,而使用PWM控制方式時其脈沖平均電流和直流電流大小相等的情況時,LED器件會有更低的溫度,外量子率比較高，所以有更高的發(fā)光亮度，也更加節(jié)電。另外PWM方式驅(qū)動的充/放電電路電路實現(xiàn)起來也比較容易[10]。1.3課題意義基于對現(xiàn)有太陽能控制器的缺點(diǎn)的改進(jìn)方案設(shè)計了可獨(dú)立運(yùn)行的太陽能LED路燈系統(tǒng)控制器的軟硬件設(shè)計。設(shè)計獨(dú)立運(yùn)行的太陽能LED路燈控制器的技術(shù)可用于其他獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計與控制。比如太陽能屋頂、光伏建筑一體化，風(fēng)光水泵，戶外獨(dú)立工作的信號轉(zhuǎn)播設(shè)施等等。當(dāng)然光伏電源LED照明系統(tǒng)目前在實際應(yīng)用過程中也都有著一些不足和技術(shù)瓶頸，例如太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的效率一直不高，大功率LED的散熱問題也一直有待更好的解決，蓄電池的使用壽命影響了整個系統(tǒng)的整體使用壽命等等，且光伏發(fā)電和LED照明兩項技術(shù)都面臨著成本較高，初期投入大的應(yīng)用困難。但作為有潛力和市場需求的新興技術(shù)，隨著技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)化商業(yè)化的進(jìn)行，成本問題能得到有效的減少。太陽能利用技術(shù)和LED照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)由技術(shù)開拓時期開始步入應(yīng)用研究階段，我們完全能相信集合了新一代能源和新一代光源優(yōu)點(diǎn)的光伏電源LED照明系統(tǒng)定會進(jìn)一步快速發(fā)展，引領(lǐng)我們進(jìn)入一個綠色節(jié)能新時代。

第2章系統(tǒng)設(shè)計簡介本文介紹基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器的設(shè)計,對12V和24V蓄電池可自動識別，可實現(xiàn)對蓄電池的科學(xué)管理，指示蓄電池過壓、欠壓等運(yùn)行狀態(tài)，同時具有負(fù)載過流、短路保護(hù)功能；具有較高的自動化和智能化水平。2.1單片機(jī)簡介及選擇單片機(jī)是集成電路技術(shù)與微型計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。體積小、價格低、應(yīng)用方便、穩(wěn)定可靠，因此，給工業(yè)自動化等領(lǐng)域帶來了一場重大革命和技術(shù)進(jìn)步。

由于體積小，很容易地嵌入到系統(tǒng)之中，以實現(xiàn)各種方式的檢測、計算或控制，這一點(diǎn)，一般微機(jī)根本做不到。

由于單片機(jī)本身就是一個微型計算機(jī)，因此只要在單片機(jī)的外部適當(dāng)增加一些必要的外圍擴(kuò)展電路，就可以靈活地構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)自動檢測監(jiān)視系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、智能儀器儀表等。20世紀(jì)80年代以來，發(fā)展迅速，世界一些著名廠商投放市場的產(chǎn)品就有幾十個系列，數(shù)百個品種，Intel公司的MCS-48、MCS-51，Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z8系列，Rockwell公司的6501、6502等。此外，荷蘭的Philips公司、日本的NEC公司、日立公司等也相繼推出了各自的產(chǎn)品。

盡管機(jī)型很多，但是在20世紀(jì)80年代以及90年代，在我國使用最多的8位單片機(jī)還是Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)以及與其兼容的單片機(jī)（稱為51系列單片機(jī)）MCS-51系列單片機(jī)主要包括基本型：8031/8051/8751（低功耗型80C31/80C51/87C51）；增強(qiáng)型：8032/8052/8752。已為我國廣大技術(shù)人員所熟悉和掌握。在上世紀(jì)80年代和90年代，MCS-51系列是在我國應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)機(jī)型之一。表2-1列出了基本型和增強(qiáng)型的MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源。表2-1：基本型和增強(qiáng)型的MCS-51系列單片機(jī)片內(nèi)的基本硬件資源型號片內(nèi)程序

存儲器

片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器

（B）

I/0口線

（位）定時器計數(shù)器

（個）中斷源個數(shù)

（個）基本型8031無128322580514KBROM128322587514KBEPROM1283225增強(qiáng)型8032無256322680528KBROM256322687528KBEPROM2563226AT89C52

ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)．片內(nèi)含8KbyTES的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256byTES的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH由存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。本設(shè)計中我們采用AT89C52單片機(jī)作為控制電路的核心器件。2.1.1AT89S52單片機(jī)AT89C52為40腳雙列直插封裝的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8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主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，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號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)前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能?！0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(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，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻?！1口：P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個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，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個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，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時，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)存儲器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號?！3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，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閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號?！ST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位?！LE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，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，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效?！SEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號?！A/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，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?！TAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端?！TAL2：振蕩器反相放大器的輸出端?！ぬ厥夤δ芗拇嫫鳎涸贏T89C52片內(nèi)存儲器中，80H-FFH共128個單元為特殊功能寄存器（SFE），SFR的地址空間映象。并非所有的地址都被定義，從80H—FFH共128個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應(yīng)將數(shù)據(jù)“1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。AT89C52除了與AT89C51所有的定時/計數(shù)器0和定時/計數(shù)器1外，還增加了一個定時/計數(shù)器2。定時/計數(shù)器2的控制和狀態(tài)位位于T2CON（參見表3）T2MOD（參見表4），寄存器對（RCAO2H、RCAP2L）是定時器2在16位捕獲方式或16位自動重裝載方式下的捕獲/自動重裝載寄存器。·數(shù)據(jù)存儲器：AT89C52有256個字節(jié)的內(nèi)部RAM，80H-FFH高128個字節(jié)與特殊功能寄存器（SFR）地址是重疊的，也就是高128字節(jié)的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它們是分開的。當(dāng)一條指令訪問7FH以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高128字節(jié)RAM還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器[19]。2.2路燈系統(tǒng)簡介太陽能LED路燈系統(tǒng)總框圖如圖2-1：主要由太陽能電池，充電POWERMOSFET控制管，放電POWERMOSFET扼流管LED發(fā)光板，POWEMOSFET控制管等組成。圖2-1太陽能LED路燈系統(tǒng)總框圖太陽能LED路燈系統(tǒng)主要包括三大部分：1、充電電路，其控制方式為脈寬調(diào)制信號（PWM）調(diào)制恒流電流進(jìn)行斬波輸出向蓄電池充電，根據(jù)蓄電池剩余荷電容量（SOC）來確定充電方式。當(dāng)蓄電池剩余荷電容量在10%（本文在SOC達(dá)到40%以下時候，為了避免過放和系統(tǒng)停止，而采用特殊的放電/驅(qū)動方式來驅(qū)動LED路燈）以下時就可被確定為蓄電池深度放電，此時POWERMOSFET管被給定的脈寬信號（PWM）為全開，此刻相當(dāng)于恒流充電，這被稱為快充階段。當(dāng)門限電壓超過閾值（SOC>40%）后，就轉(zhuǎn)換為過充階段，充電電壓略高于蓄電池電壓，電流大小由脈寬信號（PWM）占空比決定，脈寬信號的大小要隨著電池電壓的升高而逐漸變窄。當(dāng)剩余荷電容量（SOC）超過95%以后（根據(jù)不同種類的電池具體數(shù)值不相同）就可進(jìn)入浮充階段，此時PWM信號寬度固定在一個很小的范圍。2、放電控制電路，這部分主要由一個POWERMOSFET管來控制蓄電池是否放電，當(dāng)蓄電池10%<SOC<40%時，使用比較窄的PWM脈沖控制驅(qū)動電路驅(qū)動LED路燈，使路燈保持在亮度最低限度上節(jié)能運(yùn)行，SOC接近10%時切斷電源，不再放電，有效避免過放。3、LED路燈驅(qū)動與亮度調(diào)節(jié)電路，這部分的主要控制思路是，在多點(diǎn)驅(qū)動過程中，在到達(dá)電池過放點(diǎn)之前，將蓄電池的容量分成幾個階段，根據(jù)蓄電池每個階段的SOC大小來決定PWM輸出信號的脈寬，盡量保持比較長的路燈點(diǎn)亮的時間，而又有效的避免了過放。但是由于LED器件過熱后會發(fā)生發(fā)光衰減，所以在輸出PWM控制信號時候要把溫度補(bǔ)償加進(jìn)來。熱度超過閾值（LED節(jié)溫度接近90℃～120℃）則適當(dāng)減低一點(diǎn)亮度。圖2-2路燈控制器的結(jié)構(gòu)框圖2.3太陽能LED路燈控制器功能模塊概述太陽能LED路燈控制器主要分成兩大部分：1．CPU、電源、復(fù)位電路。其中電源、晶振和復(fù)位電路是必備，一般都是標(biāo)準(zhǔn)配置，但有時候根據(jù)不同的復(fù)位方式（外觸發(fā)復(fù)位、上電復(fù)位）的不同，電路的設(shè)計上有所不同。單片機(jī)不僅僅是這一部分的主要部件，也是整個系統(tǒng)的核心部件。2．I/O接口部分（傳感器采樣與驅(qū)動部分）主要是完成相關(guān)傳感器的采樣，為控制邏輯提供控制參數(shù)和依據(jù)，另外的一部分就是驅(qū)動部分，分為上述的充/放電控制以及LED路燈的驅(qū)動與亮度調(diào)節(jié)。以上硬件和相關(guān)的固件程序的實現(xiàn)在以下部分進(jìn)行詳細(xì)的討論和設(shè)計實現(xiàn)[19]。2.4電源、晶振、復(fù)位硬件電路2.4.1電源模塊設(shè)計根據(jù)控制器的功能要求，本系統(tǒng)需要把12V蓄電池的電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的電壓信號。系統(tǒng)需兩種電壓類型10V，5V，我們可采用以下方案來實現(xiàn)。LM317電源芯片輸出能提供1.5A的電流，輸出電壓可調(diào)，范圍1.2～37V,內(nèi)部具有過載和短路保護(hù)。C5選擇50V/47μF的電解電容，C2選擇25V/47μF的電解電容。D2二極管的作用當(dāng)輸入端短路C2電容上的電荷可以通過D2管放出,這樣如果輸入端短路,短路電流不會經(jīng)過LM317,導(dǎo)致芯片的損壞,因此D2管是一個保護(hù)二極管。D1管的作用和D2管的作用一樣起保護(hù)芯片的作用,到輸出端短路,C3上的積累電荷可通過D1管放掉。其中V=(1+R2/R1)×1.25out（V），可選R14=240Ω，R15=1.68KΩ，則輸出為10V。調(diào)整電阻R14、R5的相對大小，即可確定輸出電壓的大小，在一定的輸入范圍之內(nèi)，輸出電壓與輸入電壓無關(guān)，但是輸入輸出電壓的差值要超過1.8V。LM7805把＋10V的輸入電壓，輸出穩(wěn)定在+5V。圖2-3電源模塊總電路如圖2-3所示，蓄電池通過LM317和LM7805，能為系統(tǒng)提供兩種電壓＋10V和＋5V，+10V的電壓主要用來驅(qū)動功率MOSFET管,而+5V的電壓供系統(tǒng)中的控制器（AT89C52、MAX810、DS1307、DS18B20等）。2.4.2晶振電路單片機(jī)工作的時間基準(zhǔn)是由時鐘電路提供的。在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時鐘電路。時鐘電路如圖2-4所示。電路中，電容器C1和C2對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取(30±10)pF，本設(shè)計選用22pF。電路中的晶振采用石英晶體震蕩器，晶振頻率選擇12MHz。石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。圖2-4時鐘電路2.4.3復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳有一個高電平并維持2個機(jī)器周期(24個振蕩周期)，則CPU就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位分為手動復(fù)位和上電復(fù)位。1、手動按鈕復(fù)位手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。2、上電復(fù)位上電復(fù)位電路只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。對于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1pF。在上電復(fù)位的電路中，當(dāng)Vcc掉電時，必然會使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，這個負(fù)電壓將不會對器件產(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)在上電時得不到有效的復(fù)位，則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此，CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用的是上電自動復(fù)位方式。其引腳連接如圖2-5圖2-5復(fù)位電路

第3章I/O控制部分硬件設(shè)計3.1電壓采樣模塊設(shè)計3.1.1太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)太陽能電池是太陽能路燈系統(tǒng)的動力源泉，由于受環(huán)境影響比較大，所發(fā)電力微弱而不穩(wěn)定，而且安裝方式對其影響也很大，所以必須對太陽能電池板進(jìn)行最佳安裝傾角和太陽能電池傾斜面上輻射強(qiáng)度的計算。對這兩方面的計算主要采用由各向異性Hay數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)的太陽能電池板安裝最佳傾角的數(shù)學(xué)表達(dá)式來計算：(3-1)式中：Hb——水平面上直接輻射量Hd——散射輻射量Rb——傾斜面與水平面上直接輻射量之比H0——大氣層外水平面上太陽輻射量β——太陽能電池板傾角H——水平面上總輻射量ρ為地物表面反射率φ——當(dāng)?shù)鼐暥圈亍粘鰰r角以及各向異性Hay模型的推導(dǎo)所得的傾斜面上太陽輻射量的公式：(3-2)式中：Hb——水平面上直接Hd——散射輻射量Rb——傾斜面與水平面上直接輻射量之比H0——大氣層外水平面上太陽輻射量β——太陽能電池板傾角H——水平面上總輻射量ρ為地物表面反射率鉛酸蓄電池雖然結(jié)構(gòu)簡單，但實際上是一個比較復(fù)雜的儲電裝備。鉛酸蓄電池的容量檢測由于受到諸多因素(溫度、電壓、充放電電流及次數(shù)、放電深度、內(nèi)阻、溶液的密度、使用時間、自放電等)的影響,難以準(zhǔn)確進(jìn)行在線測量，因此對蓄電池剩余荷電容量的準(zhǔn)確測試提出了很高的要求。對蓄電池剩余容量的檢測，通常有電液比重法，開路電壓法，內(nèi)阻法等。電液比重法對于閥控式密封鉛酸蓄電池不適用。開路電壓法，是基于Nernst熱力學(xué)方程電液比重與開路電壓有確定關(guān)系的原理，對于新電池尚可采用。蓄電池使用后期，當(dāng)其容量下降后，開路電壓的變化已經(jīng)無法反映真實剩余容量。此外，開路電壓法還無法進(jìn)行在線測試。內(nèi)阻法，是根據(jù)蓄電池內(nèi)阻與蓄電池的容量有著更為確定的關(guān)系，但通常必須先測出某一規(guī)格和型號蓄電池的內(nèi)阻一容量曲線，然后采用比較法通過測量內(nèi)阻得知同型號、同規(guī)格蓄電池的剩余容量，通用性比較差，測量過程也相當(dāng)復(fù)雜。綜合以上蓄電池荷電容量（SOC）測試法的缺陷，本文采用了綜合考慮鉛酸蓄電池充放電率、充放電過程中的端電壓、電液比重、內(nèi)阻等各個物理化學(xué)參數(shù)的蓄電池剩余荷電容量（SOC）的數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型就能夠較為準(zhǔn)確地反映出各個物理化學(xué)參數(shù)的變化對蓄電池剩余容量的影響。有了這樣的通用性強(qiáng)的，能夠反映各個物理化學(xué)參數(shù)連續(xù)變化對蓄電池荷電狀態(tài)影響的數(shù)學(xué)模型，就可以很方便地在線測量蓄電池的剩余容量。蓄電池剩余容量充電和放電過程的數(shù)學(xué)模型如下。蓄電池充電過程數(shù)學(xué)模型：(3-3)式中：U——靜止電壓SOC——蓄電池剩余荷電容量DOD——放電深度（DOD=1－SOC）I——充電電流Ah——電池標(biāo)稱容量T——環(huán)境溫度a——由于反應(yīng)物和生成物比例的改變引起的電壓變化的常數(shù)，0.1~0.2；b——電化學(xué)極化項常數(shù)，0.2~0.25；c——內(nèi)阻極化項常數(shù)，0.15~0.25。蓄電池放電過程數(shù)學(xué)模型：(3-4)式中：d——由于反應(yīng)物和生成物比例的改變引起的電壓變化的常數(shù)，0.1~0.2；e——電化學(xué)極化項常數(shù)，0.1~0.15；f——內(nèi)阻極化項常數(shù)，0.08~0.15。蓄電池的循環(huán)壽命與蓄電池的放電深度有著密切的關(guān)系，閥控式密封式鉛酸蓄電池在放電深度(DOD)為20%時，循環(huán)壽命大于1500次；當(dāng)放電深度為50%時，則循環(huán)壽命將降到500次左右，而當(dāng)放電深度為80%時，循環(huán)壽命將只有大約200次(見圖0-2)。由此可以看出放電深度在20%以下時的循環(huán)壽命分別是放電深度在50%時的循環(huán)壽命3倍以上，是放電深度在80%時的循環(huán)壽命5倍以上?？刂菩铍姵乇M量工作在淺放電狀態(tài)(SOC>50%)，將有利于延長蓄電池的使用壽命。另外蓄電池如果經(jīng)常處于過放（SOC<10%～20%）或者過充（SOC=100%，但仍充電），其壽命一般會比長期處于相對飽和狀態(tài)的蓄電池壽命要縮短到正常壽命的1/3或者更短的1/5的時間。因此，在這些僅僅依賴太陽電池對蓄電池充電的光伏系統(tǒng)，控制器對蓄電池的控制對系統(tǒng)的穩(wěn)定性能及成本的作用是顯而易見的[9]。根據(jù)太陽LED路燈控制器的功能框圖所示，需要對鉛酸蓄電池的電壓進(jìn)行采樣,為了保證準(zhǔn)確性,電壓基準(zhǔn)零點(diǎn)選在太陽電池的負(fù)極。對于鉛酸蓄電池，我們測量其端點(diǎn)電壓，并根據(jù)我們在蓄電池性能分析所得的數(shù)學(xué)模型，可以判斷蓄電池的剩余荷電容量SOC。并依據(jù)這個數(shù)據(jù)來控制電池的放電，避免電池的深度放電，盡量延長蓄電池的正常使用壽命。在控制器設(shè)計中，我們選擇LM331芯片對太陽能電池和蓄電池進(jìn)行電壓采樣。LM331把電壓信號轉(zhuǎn)變成與電壓信號大小相對應(yīng)的一定頻率的方波信號，檢測頻率信號即可知道太陽能電池和鉛酸電池的電壓的大小，另外當(dāng)太陽能電池的電壓<0.5V，即可斷定為環(huán)境光線暗弱（天黑、陰天或是大霧等等），需打開路燈照明[8]。表3-1給出了12V蓄電池放電過程中其容量與電壓的對應(yīng)值，圖3-1給出了太陽能電池與鉛酸蓄電池電壓采樣模塊電路設(shè)計原理圖。表3-112V蓄電池放電過程容量－電壓對應(yīng)值電壓/V1211.8511.351110.8510.75SOC/%>959080706050電壓/V10.610.3510.210.0510.05SOC/%40302010<5圖3-1太陽能電池與鉛酸蓄電池電壓采樣模塊電路設(shè)計3.2溫度采樣模塊溫度影響蓄電池的容量，溫度升高，其過充電電壓降低。例如太陽能電池對蓄電池充電時，我們對過充點(diǎn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償方式對于2V（鉛酸蓄電池每格的電壓）蓄電池，基準(zhǔn)溫度為25℃，溫度每變化1℃，電壓補(bǔ)償3mV，為實現(xiàn)溫度的采樣，可選溫度傳感器[5]。溫度傳感器的種類眾多，智能溫度傳感器DS18B20將溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、寄存器、接口電路集成在一個芯片中，具有直接數(shù)字化輸出、測試及控制功能強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、微型化、微功耗的特點(diǎn)。在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)與接口編程單片機(jī)控制DS18B20完成溫度采樣與轉(zhuǎn)換兩個步驟，先啟動DS18B20開始轉(zhuǎn)換，再讀出溫度值。DS18B20引腳功能：GND

電壓地

、DQ

單數(shù)據(jù)總線

、VDD

電源電壓

、NC

空引腳

DS18B20。工作原理及應(yīng)用：

DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。圖3-3是溫度傳感器與主控制芯片AT89C52的引腳3-4是其工作流程圖。圖3-3多路DS18B20與TA89C52引腳連接圖圖3-4DS18B20工作流程圖3.3DS1307芯片作用及其與系統(tǒng)連接圖時鐘電路為系統(tǒng)提供時鐘，太陽能路燈控制器一方面通過太陽能電池的光控功能自動提供天黑、天亮的時間點(diǎn)。但是采用時鐘電路能夠為系統(tǒng)提供更多的時間點(diǎn)，例如，我們可以根據(jù)時鐘電路確定現(xiàn)在的準(zhǔn)確時間，可以確定四季、前后半夜。使控制器能根據(jù)季節(jié)的變化來確定燈每晚點(diǎn)亮的時間，來調(diào)整負(fù)載的工作時間，使路燈系統(tǒng)設(shè)計的更為合理。另外時鐘信號也成為了一個白晝與黑夜交替時間的另一個準(zhǔn)確參考，必免開燈時間的誤判斷而影響路燈正常使用。本控制器選用DALLAS的DS1307作為時鐘電路[6]。DS1307是低功耗、I2C接口、日歷和時鐘數(shù)據(jù)，按BCD碼存取的時鐘/日歷芯片。它提供秒、分、小時、星期、日期、月和年等時鐘日歷數(shù)據(jù)。它可獨(dú)立于CPU工作，芯片還具有主電源掉電情況下的時鐘保護(hù)電路，DS1307的時鐘靠后備電池維持工作，同時還具有備用電源自動切換控制電路，因而可在主電源掉電和其他一些惡劣環(huán)境場合中保證系統(tǒng)時鐘的定時準(zhǔn)確性。由于DS1307的方波輸出腳為集電極開路，故要在外部加上上拉電阻！圖3-5給出了DS1307與系統(tǒng)的連接原理圖。同時，也對I2C的具體做了說明。圖3-5DS1307與單片機(jī)的連接I2C總線的特點(diǎn)：它可用兩根線（SCL、SDA）連接多個具有I2C總線的接口的器件，每類I2C器件都有唯一確定的地址號，以便在器件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。I2C總線是同步串行數(shù)據(jù)傳輸總線，其內(nèi)部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，故總線上必須有上拉電阻，總線上可以連接若干單片機(jī)和外圍器件，每一個器件有一個唯一的地址。I2C總線虛擬技術(shù)普通的微處理器通常無I2C總線接口，這樣要驅(qū)動DS1307，就必須采用單主方式下的I2C總線虛擬技術(shù)，在單主方式下的I2C總線虛擬系統(tǒng)中，總線上只有一個單片機(jī)，其余都是帶I2C總線的外圍器件，因此不會出現(xiàn)總線競爭，主節(jié)點(diǎn)不會有自己的節(jié)點(diǎn)地址，在這種情況下，單片機(jī)可以沒有I2C總線接口，但是可以用兩根I/O口線來虛擬I2C總線接口，DS1307在I2C總線上應(yīng)作為從器件[10]。3.4充電控制模塊3.4.1蓄電池的充電控制電路本論文設(shè)計的充電控制器采用了斬波式PWM原理，分三個階段，第一階段為快充階段，第二階段為慢充階段，第三階段為浮充階段。快充階段(10%<SOC>40%)：充電電路的輸出方式相當(dāng)于電流源。輸出電流蓄電池最大可接受電流Imax。充電過程中，電路檢測蓄電池端電壓。當(dāng)蓄電池端電壓上升到轉(zhuǎn)換門限（SOC>40%）值后，充電電路轉(zhuǎn)到慢充階段。慢充階段(40%<SOC<95%)：充電電路對蓄電池提供一個較高電壓Voc，同時檢測充電電流。當(dāng)充電電流降到低于轉(zhuǎn)換門限值Ioct(SOC>95%)時，認(rèn)為蓄電池電量已充滿，充電電路轉(zhuǎn)到浮充階段。浮充階段(SOC>95%)：蓄電池組充滿電后，保持電量的最好方法就是給蓄電池提供一個精確的、具有溫度補(bǔ)償功能的浮充電壓[8]。浮充電壓值既要足夠大，能補(bǔ)償蓄電池的自放電電流；又不能太大，以免導(dǎo)致蓄電池電池過充而損壞。在適當(dāng)?shù)母〕錉顟B(tài)下，全封閉免維護(hù)鉛酸蓄電池能夠穩(wěn)定工作6～10年，但是如果浮充電壓即使只有5%的偏差，也會使蓄電池的壽命至少減半，所有必須保證電壓測量的準(zhǔn)確及嚴(yán)格計算。三段式充電方案完全可以避免過充。3.4.2溫度補(bǔ)償溫度影響蓄電池容量，溫度升高，其過充點(diǎn)電壓降低。例如太陽電池對蓄電池充電時，我們對過充點(diǎn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償方式對于2V（鉛酸蓄電池每格的電壓）蓄電池，基準(zhǔn)溫度為25℃，溫度每變化1℃，電壓補(bǔ)償3mV：例如：對于12V系統(tǒng)蓄電池的過充點(diǎn)電壓為13.3V（25℃），如果溫度為28℃，經(jīng)過補(bǔ)償后的過充點(diǎn)電壓大小為：(3-5)3.4.3充電電路的設(shè)計與實現(xiàn)充電控制的開關(guān)管（斬波管），選用POWERMOSFETIRF4905。此管是P溝道的MOSFET管,具有小的導(dǎo)通電阻RON=20mΩ,最大通態(tài)電流ID＝74A（條件溫度25℃，VGS＝－10V），開關(guān)速度快，具有很好的開關(guān)性能，又因為此管為P溝道，我們在設(shè)計太陽電池電壓采樣電路和蓄電池電壓采樣電路時，很容易的把基準(zhǔn)電壓選在太陽能電池地端，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。在圖3-6電路原理圖中MBR2060是肖特基二極管，此二極管的作用是防反充，也就是當(dāng)蓄電池電壓高于太陽電池電壓時，該二極管截止，防止蓄電池向太陽電池反充電。D52是一個防止蓄電池正負(fù)極性反接的保護(hù)二極管，即當(dāng)蓄電池反接時，D52正向?qū)?，電流很大，熔斷絲即可燒斷，電路斷開，保護(hù)了控制器和蓄電池，提高了系統(tǒng)的可靠性。R55是一個保護(hù)電阻，主要是防止太陽能電池被遮擋時，發(fā)生熱斑效應(yīng)燒毀太陽能電池。大小要合適，太大起不到保護(hù)作用，太小影響輸出功率。充電過程如下所述：由8254組成的脈寬調(diào)制控制信號（PWM）發(fā)生器給出充電的控制信號（PWM），S9013的三極管導(dǎo)通，由于此三極管工作于射極輸出狀態(tài)，其發(fā)射極為高電平，Q54(2SD667)NPN三極管導(dǎo)通，由于穩(wěn)壓管D503-6充電控制電路的作用，使得IRF4905管的柵源電壓鉗位在10V，IRF4905管導(dǎo)通，太陽電池向蓄電池充電。反之，前兩極三極管均截止VGS=0V，IRF4905管斷開，太陽電池不能向蓄電池充電[9]。3.5放電控制模塊的設(shè)計環(huán)境光線變暗到一定程度后（天黑、陰天或是大霧等等），蓄電池給負(fù)載（LED發(fā)光板）提供電力。此時，接通蓄電池和負(fù)載之間的開關(guān)管。此開關(guān)管的開、關(guān)由蓄電池剩余荷電容量（SOC）的大小決定，這樣就可以保證蓄電池不會被過放，SOC的大小由數(shù)學(xué)模型或者模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法代入蓄電池兩端電壓的測量值及電流值來計算得出。放電模塊的設(shè)計與實現(xiàn)如下：放電控制的開關(guān)管,選用InternationalRectifier(IR)生產(chǎn)的POWERMOSFETIRF3205，RF3205是N溝道的MOSFET管，具有小的導(dǎo)通電阻RON=8mΩ，最大通態(tài)電流ID=110A（條件溫度25度，VGS=10V）VDD=55V,開關(guān)速度快，具有很好的開關(guān)性能。2、TLP250作為驅(qū)動MOSFET的電路此光耦驅(qū)動芯片能向MOSFET柵極提供需要的柵荷來保證器件的開關(guān)性能,實現(xiàn)了主電路與控制電路間的電隔離，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。但是，光耦器的開關(guān)速度對驅(qū)動電路性能有較大的影響，必須合理選擇。3、具體的電路實現(xiàn)放電控制電路如圖3-7所示放電控制端給出高電平時，三極管S9013導(dǎo)通，TLP250輸出高電平，IRF3205的柵源電壓被箝位于10V，此時,MOSTET導(dǎo)通，蓄電池向負(fù)載供電，反之放電控制端給出低電平時，三極管截止相當(dāng)于開關(guān)處于斷開狀態(tài)，蓄電池不能向負(fù)載供電[9]。圖3-7放電控制電路3.6照明電路LED外施電壓后在其內(nèi)部會產(chǎn)生受激電子躍遷光輻射。按照不同半導(dǎo)體基本材料的物理特性，所產(chǎn)生的光波長是不同的。發(fā)光二極管的實質(zhì)性結(jié)構(gòu)是P—N結(jié)，在半導(dǎo)體P—N結(jié)通以正向電流時注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。半導(dǎo)體P—N結(jié)發(fā)光實質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一LED芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。白光LED通常是在發(fā)射藍(lán)光的InGaN基材上涂熒光材料，熒光材料在受到藍(lán)光激勵時會發(fā)出黃光，藍(lán)光和黃光的混合物形成白光。

發(fā)光元件選用的是高亮度的LED(發(fā)光二極管)。但是,它的光線照射角很小,正對著LED光線刺眼,而在照射角之外就成了光的“空洞”。為此我們在設(shè)計時注意設(shè)計反光錐和內(nèi)管。不僅在燈下有一片光亮區(qū),在一定的距離內(nèi)都能看見耀眼的光芒。

由于LED是直流供電器件，很容易制成直流燈具，廣泛應(yīng)用于直流系統(tǒng)，如太陽能燈具產(chǎn)品。超高亮白光LED應(yīng)用于太陽能燈具，單個束光型超高亮度LED發(fā)光管其產(chǎn)生的光線方向性太強(qiáng)，綜合視覺效果較差，因此應(yīng)首選平光型超高亮LED或平光型與束光型超高亮LED組合使用，將多個LED集中于一起，排列組合成一定規(guī)則的LED發(fā)光源[11]。超高亮白光LED發(fā)光源既要保證有一定的照射強(qiáng)度，又要使其具有較高的光效，然而電流的增大，光通量雖然增大，但是，另一方面電流的增加會引起光源熱損耗的增加，通常導(dǎo)致管溫的增加，其綜合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合點(diǎn)為最佳工作點(diǎn)，一般為17.5mA。超高亮白光LED發(fā)光源具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)壽命長。LED的壽命長達(dá)100000h，而白熾燈的壽命一般不超過2000

h，熒光燈的壽命也不過5000

h左右。

(2)效率高。相對于傳統(tǒng)的第一代照明光源白熾燈，LED的功耗只有前者的10％～20％。

(3)綠色環(huán)保。與廣泛使用的第二代照明熒光燈相比，LED不含汞、無頻閃，是一種環(huán)保光源。

(4)耐低溫。環(huán)境使用溫度在一40℃～80℃

，環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)。

這種電路的關(guān)鍵是針對蓄電池的充放電特性設(shè)計一個比較好的電壓比較點(diǎn)，再加上發(fā)光二極管構(gòu)成的充放電狀態(tài)指示電路，便成了一個具有實用功能的智能控制器，具有防蓄電池過放電、過充電功能。在太陽光照不足的幾個月，由于蓄電池的充電狀態(tài)通常較低，使蓄電池放電時端電壓也較低，這樣負(fù)載工作電流較小、功率小，系統(tǒng)也能夠工作更長的時間。反之在太陽光照比較充足時，負(fù)載工作電流較大、功率大、也更亮。

該驅(qū)動電路與充電電路基本相同，只是電源是蓄電池，負(fù)載為大功率白光LED發(fā)光板，并去掉了防反沖二極管部分。輸入端調(diào)節(jié)LED路燈亮度的PWM信號寬度是根據(jù)蓄電池的剩余荷電容量（SOC）的大小來計算，并在計算時要用LED路燈的溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以防止LED器件節(jié)溫超過120℃而產(chǎn)生光衰現(xiàn)象[13]。電路實現(xiàn)如圖3-8所示。圖3-8LED路燈驅(qū)動與亮度調(diào)節(jié)電路示意圖3.7單片機(jī)實現(xiàn)脈寬調(diào)制信號（PWM）輸出的軟硬件設(shè)計一般情況下，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號的脈寬有兩種方法，一種是采用模擬電路中的調(diào)節(jié)方法，另一種方法是使用脈沖計數(shù)法。在模擬電路中，我們可以使用比較器將正玄波與三角波調(diào)變?yōu)镻WM波，如圖3-9所示為PWM調(diào)變電路采用第一種方法在控制電壓變化時濾波的實現(xiàn)存在困難，這主要是因為濾波頻率比較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整。因此這里主要采用有單片機(jī)控制實現(xiàn)的脈沖計數(shù)法。用單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號的方法有兩種，一種是應(yīng)用延時函數(shù)來產(chǎn)生PWM波，另外一種就是采用專用的帶有PWM信號輸出的專用計數(shù)芯片來產(chǎn)生PWM的輸出。PWM的輸出端可接于上面所示的PWM充電控制電路。圖3-9PWM調(diào)變電路圖3-10PWM調(diào)變示意圖本文采用可編程定時/計數(shù)芯片8253實現(xiàn)PWM信號輸出，好處是比單片機(jī)利用延時函數(shù)產(chǎn)生的控制更精確的脈寬，而且在控制器處理中斷程序時，仍可自主控制，而不會干擾到控制精度。（一）8253芯片功能概述Intel系列的計數(shù)器/定時器電路為可編程序間隔定時器PIT(ProgrammableIntervalTimer)，型號為8253，改進(jìn)型為8253。Intel8253具有3個獨(dú)立的16位計數(shù)器通道，使用單一5V電源，它是24個引腳的雙列直插式器件。Intel8253-PIT具有以下主要功能：(1)一個芯片上有三個獨(dú)立的16位計數(shù)器通道；(2)每個計數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或二—十進(jìn)制計數(shù)；(3)每個計數(shù)器的計數(shù)速率可高達(dá)2MHz。（82C54-2計數(shù)頻率可達(dá)到10MHz）；(4)每個通道有6種工作方式，可由程序設(shè)置和改變；(5)所有的輸入輸出都與TTL兼容。圖3-118253的內(nèi)部接口和引腳1.數(shù)據(jù)總線緩沖器這是8253與CPU數(shù)據(jù)總線連接的8位雙向三態(tài)緩沖器。CPU用輸入輸出指令對8253進(jìn)行讀寫的所有信息，都是通過這8條總線傳送的。包括：(1)CPU在初始化編程時，寫入8253的控制字；(2)CPU向某一通道寫入的計數(shù)值；(3)CPU從某一個通道讀取的計數(shù)值。2.讀/寫邏輯這是8253內(nèi)部操作的控制部分。首先有選片信號CS的控制部分，當(dāng)CS為高電平(無效)時，數(shù)據(jù)總線緩沖器處在三態(tài)，與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線脫開，故不能進(jìn)行編程，也不能進(jìn)行讀寫操作。其次，由這部分選擇讀寫操作的端口(三個計數(shù)器及控制字寄存器)，也由這部分控制數(shù)據(jù)傳送的方向，讀——數(shù)據(jù)由8253傳向CPU，寫——數(shù)據(jù)由CPU傳向8253。3.控制字寄存器在8253的初始化編程時，由CPU寫入控制字以決定通道的工作方式。此寄存器只能寫入而不能讀出。4.計數(shù)器0，計數(shù)器1，計數(shù)器2這是三個計數(shù)器/定時器通道，每一個都是由一個16位的可預(yù)置值的減法計數(shù)器構(gòu)成。這三個通道的操作是完全獨(dú)立的。每個通道都是對輸入脈沖CLK按二進(jìn)制或二—十進(jìn)制，從預(yù)置值開始減1計數(shù)。當(dāng)預(yù)置值減到零時，從OUT輸出端輸出一信號。計數(shù)器/定時器電路的本質(zhì)是一個計數(shù)器。若計數(shù)器對頻率精確的時鐘脈沖計數(shù)，則計數(shù)器就可作為定時器。計數(shù)頻率取決于輸入脈沖的頻率。在計數(shù)過程中，計數(shù)器受到門控信號GATE的控制。計數(shù)器的輸入與輸出以及與門控信號之間的關(guān)系，取決于工作方式。計數(shù)器的初值必須在開始計數(shù)之前，由CPU用輸出指令預(yù)置。在計數(shù)過程中，CPU隨時可用輸入指令讀取任一計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值，這一操作對計數(shù)沒有影響。8253-PIT與CPU接口的引線，除了沒有復(fù)位信號RESET引腳外，其他與8255并行輸入輸出接口芯片相同(請參閱本書第10章)。每一個通道有三條引線：CLK：輸入脈沖線。計數(shù)器就是對這個脈沖計數(shù)。8253規(guī)定，加在CLK引腳的輸入時鐘周期不能小于380ns。GATE：門控信號輸入引腳。這是控制計數(shù)器工作的一個外部信號。當(dāng)GATE引腳為低電平(無效)時，通常都是禁止計數(shù)器工作；只有當(dāng)GATE為高電平時，才允許計數(shù)器工作。OUT：輸出引腳。當(dāng)計數(shù)到“0”時，OUT引線上必然有輸出，輸出信號的波形取決于工作方式。8253內(nèi)部端口的選擇是由引線A1和A0決定的，它們通常接至地址總線的A1和A0。電路設(shè)計8253具有三個獨(dú)立的計數(shù)器，只需一片即可同時輸出3路PWM信號。硬件電路的單片機(jī)電路部分、8253部分電路及8253與單片機(jī)的接口電路構(gòu)成。圖3-12所示為單片機(jī)器部分的電路的原理圖，示例電路的連接方法為：P0口與計數(shù)芯片8254的數(shù)據(jù)端口D0～D7相連，P2.0向8254提供片選，P2.1和P2.2與圖3-12PWM信號產(chǎn)生電路計數(shù)芯片8253部分原理圖8253地址線A0、A1連接。P3.7（讀）、P3.6(寫)分別和8253的讀、寫引腳直接連接。三個信號輸出分別為PWM1（充電控制信號輸出）、PWM2（放電控制信號輸出）、PWM3（LED驅(qū)動輸出）。計數(shù)芯片8253首先程序通過定時器0中斷實現(xiàn)20ms的周期信號，然后通過對計數(shù)芯片的計數(shù)值寄存器的賦值實現(xiàn)不同占空比,使用中斷方式控制8253輸出脈寬信號。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1太陽能LED路燈控制電路程序的設(shè)計獨(dú)立運(yùn)行太陽能LED路燈控制器固件程序功能詳解：1．控制器從上電后開始運(yùn)行初始化程序，主要是設(shè)置各硬件端口的初始狀態(tài)。2．放電/充電部分要測量太陽能電池電壓小于閾值(<0.5V)，以此來判斷是否環(huán)境光線已經(jīng)暗弱（天黑、陰天大霧等等）到需要打開路燈照明的程度，反之進(jìn)入充電狀態(tài)。3．在充電時，對于是否可充電的判斷是通過對太陽能電池電壓采樣數(shù)據(jù)和鉛酸蓄電池電壓采樣數(shù)據(jù)的比較來判斷。太陽能電池電壓大于蓄電池電壓的時候才真正進(jìn)入充電狀態(tài)。（1）在充電狀態(tài)，首先對太陽能電池和蓄電池電壓測量取值，并計算二者的差值。并根據(jù)剩余荷電容量（SOC）數(shù)學(xué)模型進(jìn)行鉛酸蓄電池剩余荷電容量（SOC）的計算以判斷鉛酸蓄電池的荷電狀態(tài)。以差值和蓄電池剩余荷電容量（SOC）為參數(shù)計算出對應(yīng)于快充、過充（慢充）或者浮充時控制充電電路的脈寬信號（PWM）對應(yīng)的鍵值。（2）將鍵值輸入到控制充電電路的脈寬信號發(fā)生器的鎖存器上，隨后主程序可進(jìn)行相關(guān)的延時處理，而脈寬信號（PWM）發(fā)生器在此期間不斷發(fā)送控制信號到充電電路控制端對鉛酸蓄電池進(jìn)行充電（過充、快充或者浮充）。（3）主程序要根據(jù)不同的充電狀態(tài)，需要設(shè)定延時程度不同長短的延遲時間。以使因不同充方式要有大致相同的延遲時間，因為要求速度要求不高，可以設(shè)置30s～40s延時。（4）延時30s～40s后返回程序段，繼續(xù)判斷應(yīng)該充電（白天）還是放電（夜間）繼續(xù)執(zhí)行。（5）當(dāng)太陽能電池電壓相對要低于蓄電池電壓時候，這部分的延時間程序除了對控制器中必要的接口鎖存器操作外，基本處于空閑狀態(tài)，延時的時間可以設(shè)定為充電（快充、過充、浮充）總延時的3～5倍，這樣控制器在運(yùn)行時能量消耗可以相應(yīng)降低。4．在放電時，測量蓄電池電壓，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計算出蓄電池剩余荷電容量（SOC），計算各區(qū)間（[90%，100%]、[80%，90%]、[70%，80%]、[60%，70%][50%，60%]、[40%，50%]）中驅(qū)動并調(diào)節(jié)LED照明亮度的脈寬信號（PWM）的對應(yīng)鍵值，為了減少系統(tǒng)運(yùn)算量，保證系統(tǒng)控制的實時性，可在各區(qū)段取對應(yīng)的固定值，然后加上LED溫度作為補(bǔ)償值，防止LED溫度過高出現(xiàn)光衰，甚至因過熱損壞。當(dāng)SOC處于40%以下時候，應(yīng)該做特殊處理，以最低亮度標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，并且一定要在過放之前切斷負(fù)載供電，在設(shè)計中，我們一般在剩余荷電容量（SOC）為25%時候就切斷電源，以阻止蓄電池進(jìn)入深度放電狀態(tài)。雖然與一點(diǎn)式控制的控制器都是切斷了電源的處理方法，但是在過放之前分段控制能大大延長路燈的點(diǎn)亮?xí)r長，實踐中本文設(shè)計的太陽能LED路燈點(diǎn)亮的時長，在很少犧牲亮度的前提下，是用同樣型號的太陽能電池、蓄電池、負(fù)載（LED照明器件）過放點(diǎn)監(jiān)控的太陽能LED路燈2～3倍。5．以上在計算蓄電池剩余荷電容量（SOC）時及判斷電池所處狀態(tài)定點(diǎn)值的時候，為了提高數(shù)值準(zhǔn)確性，都要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。例如太陽電池對蓄電池充電時，我們對過充點(diǎn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償方式對于2V（鉛酸蓄電池每格的電壓）蓄電池，基準(zhǔn)溫度為25℃，溫度每變化1℃，電壓補(bǔ)償3mV[14]。4.2子程序流程圖一、8253完成外部計數(shù)功能單片機(jī)本身對信號的處理工程并不復(fù)雜，完成測控模塊的關(guān)鍵在于使用合適的方法和合理的外圍芯片處理和輸出信號。本例中采用單片機(jī)的外圍計數(shù)芯片，8253作為專用的計數(shù)芯片，單片機(jī)通過對外圍計數(shù)芯片的控制，完成PWM信號的輸出，在輸出控制指令時，由于使用了外部計數(shù)器的計數(shù)脈沖，單片機(jī)只需要向8253等芯片的寄存器中發(fā)送控制脈寬的計數(shù)值，計數(shù)器能自動的根據(jù)計數(shù)值調(diào)節(jié)電平的高低變化，從而模擬PWM輸出。4-1外部計數(shù)子流程圖采用外部計數(shù)器實現(xiàn)計數(shù)的具體過程如下：采用外部的晶振電路產(chǎn)生一定頻率的計數(shù)脈沖將該頻率的計數(shù)脈沖作為外部計數(shù)器的計數(shù)脈沖，而將需要測量的脈寬信號作為外部芯片的門控信號，外部芯片在該門控周期內(nèi)對計數(shù)脈沖進(jìn)行計數(shù)。8353計數(shù)器子程序：CODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:MOVAL,10H;設(shè)置8253計數(shù)器0為工作方式0，二進(jìn)制計數(shù)MOVDX,283HOUTDX,AL;送方式控制字到控制口MOVDX,280HMOVAL,0FH;計數(shù)初值為0FHOUTDX,AL;送計數(shù)初值到計數(shù)器0的端口KKK:INAL,DX;讀計數(shù)器當(dāng)前計數(shù)值CALLPRINT;調(diào)用顯示子程序MOVAH,1;判斷是否有鍵按下INT16HJZKKK;若沒有，則轉(zhuǎn)到KKKMOVAH,4CH;返回DOSINT21HPRINTPROCNEAR;顯示子程序PUSHDXANDAL,0FH;取低四位MOVDL,CMPDL,9;判斷是否小于或等于9JLENUM;是(‘-‘)，ASCII碼加30HADDDL,7;不是(‘A’-‘F’)，ASCII碼加37HNUM:ADDDL,30HMOVAH,2;顯示字符INT21HMOVDL,0DH;回車INT21HMOVDL,0AH;換行INT21HPOPDXRET;子程序返回PRINTENDPCODEENDSENDSTART二、溫度傳感器DS18B20使用單片機(jī)和溫度傳感器DS18B20完成對溫度的檢測和補(bǔ)償，通過AT89C52完成對DS18B20芯片的控制和數(shù)據(jù)傳輸。主要完成對DS18B20的調(diào)用中斷管理、測量溫度值得計算及溫度值得顯示等功能，DS18B20自動的分辨率可以通過編程進(jìn)行選擇，顯示程序的實現(xiàn)是對各溫度值的顯示，并且允許中斷的產(chǎn)生以修正溫度值，實現(xiàn)及時的溫度測量。其工作的流程圖如圖4-2DS18B20的測溫程序流程圖DS18B20的測溫程序：TEMPER_L EQU 36H ;存放讀出溫度低位數(shù)據(jù) TEMPER_H EQU 35H ;存放讀出溫度高位數(shù)據(jù) TEMPER_NUM EQU 60H ;存放轉(zhuǎn)換后的溫度值 FLAG1 BIT 00H DQ BIT P3.3 ;一線總線控制端口 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100HMAIN: MOV SP,#70H LCALL GET_TEMPER ;從DS18B20讀出溫度數(shù)據(jù) LCALL TEMPER_COV ;轉(zhuǎn)換讀出的溫度數(shù)據(jù)并保存 SJMP $ ;完成一次數(shù)字溫度采集;讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值GET_TEMPER: SETB DQ ;定時入口BCD: LCALL INIT_1820 JB FLAG1,S22 LJMP BCD ;若DS18B20不存在則返回S22: LCALL DELAY1 MOV A,#0CCH ;跳過ROM匹配0CC LCALL WRITE_1820 MOV A,#44H ;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALL WRITE_1820 NOP LCALL DELAY LCALL DELAYCBA: LCALL INIT_1820 JB FLAG1,ABC LJMP CBAABC: LCALL DELAY1 MOV A,#0CCH ;跳過ROM匹配 LCALL WRITE_1820 MOV A,#0BEH ;發(fā)出讀溫度命令 LCALL WRITE_1820 LCALL READ_18200 ;READ_1820 RET;讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)READ_1820: MOV R2,#8RE1: CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,#7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,#23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE1 RET;寫DS18B20的程序WRITE_1820: MOV R2,#8 CLR CWR1: CLR DQ MOV R3,#6 DJNZ R3,$ RRC A MOV DQ,C MOV R3,#23 DJNZ R3,$ SETB DQ NOP DJNZ R2,WR1 SETB DQ RET;讀DS18B20的程序,從DS18B20中讀出兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)READ_18200: MOV R4,#2 ;將溫度高位和低位從DS18B20中讀出 MOV R1,#36H;低位存入36H(TEMPER_L),高位存入35H(TEMPER_H)RE00: MOV R2,#8RE01: CLR C SETB DQ NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,#7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,#23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE01 MOV @R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET;將從DS18B20中讀出的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換TEMPER_COV: MOV A,#0F0H ANL A,TEMPER_L;舍去溫度低位中小數(shù)點(diǎn)后的四位溫度數(shù)值 SWAP A MOV TEMPER_NUM,A MOV A,TEMPER_L JNB ACC.3,TEMPER_COV1;四舍五入去溫度值 INC TEMPER_NUMTEMPER_COV1: MOV A,TEMPER_H ANL A,#07H SWAP A ADD A,TEMPER_NUM MOV TEMPER_NUM,A;保存變換后的溫度數(shù)據(jù) LCALL BIN_BCD RET;將16進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓縮BCD碼BIN_BCD: MOV DPTR,#TEMP_TAB MOV A,TEMPER_NUM MOVC A,@A+DPTR MOV TEMPER_NUM,A RETTEMP_TAB: DB00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H DB08H,09H,10H,11H,12H,13H,14H,15H DB16H,17H,18H,19H,20H,21H,22H,23H DB24H,25H,26H,27H,28H,29H,30H,31H DB32H,33H,34H,35H,36H,37H,38H,39H DB40H,41H,42H,43H,44H,45H,46H,47H DB48H,49H,50H,51H,52H,53H,54H,55H DB56H,57H,58H,59H,60H,61H,62H,63H DB64H,65H,66H,67H,68H,69H,70H,71H DB72H,73H,74H,75H,76H,77H,78H,79H DB80H,81H,82H,83H,84H,85H,86H,87H DB88H,89H,90H,91H,92H,93H,94H,95H DB96H,97H,98H,99H;DS18B20初始化程序INIT_1820: SETB DQ NOP CLR DQ MOV R0,#80HTSR1: DJNZ R0,TSR1;延時 SETB DQ MOV R0,#25H;96US-25HTSR2: DJNZ R0,TSR2 JNB DQ,TSR3 LJMP TSR4 ;延時TSR3: SETB FLAG1 ;置標(biāo)志位,表示DS1820存在 LJMP TSR5TSR4: CLR FLAG1 ;清標(biāo)志位,表示DS1820不存在 LJMP TSR7TSR5: MOV R0,#06BH;200USTSR6: DJNZ R0,TSR6;延時TSR7: SETB DQ RET;重新寫DS18B20暫存存儲器設(shè)定值RE_CONFIG: JB FLAG1,RE_CONFIG1;若DS18B20存在,轉(zhuǎn)RE_CONFIG1 RETRE_CONFIG1: MOV A,#0CCH;發(fā)SKIPROM命令 LCALL WRITE_1820 MOV A,#4EH;發(fā)寫暫存存儲器命令 LCALL WRITE_1820 MOV A,#00H;TH(報警上限)中寫入00H LCALL WRITE_1820 MOV A,#00H;TL(報警下限)中寫入00H LCALL WRITE_1820 MOV A,#7FH;選擇12位溫度分辨率 LCALL WRITE_1820 RET;延時子程序DELAY: MOV R7,#00HMIN: DJNZ R7,YS500 RETYS500: LCALL YS500US LJMP MINYS500US:MOV R6,#00H DJNZ R6,$ RETDELAY1: MOV R7,#20H DJNZ R7,$ RET END

圖4-3運(yùn)行太陽能LED路燈控制器總程序流程圖

結(jié)論與展望本文根據(jù)太陽能電池的電學(xué)特點(diǎn)，為了充分發(fā)揮太陽能電池板的發(fā)電能力，首先討論了太陽能電池板安裝最佳傾角的問題。對蓄電池的循環(huán)壽命與剩余荷電容量（SOC）的關(guān)系做了總結(jié)?；谝陨蟽煞矫娴慕Y(jié)論，根據(jù)對市場上現(xiàn)有太陽能控制器對蓄電池充放電過程控制的缺點(diǎn)，設(shè)計了充電與放電段對蓄電池做多點(diǎn)監(jiān)測并控制的太陽能LED路燈控制器，該控制器可有效的避免過充和過放，增強(qiáng)了太陽能路燈的系統(tǒng)穩(wěn)定性保證了太陽能路燈獨(dú)立運(yùn)行時的長期穩(wěn)定運(yùn)行。光伏照明是一項十分誘人的產(chǎn)業(yè)，特別是控制照明的研究本身就是照明領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。而LED照明與太陽能有效結(jié)合，將是未來照明的發(fā)展方向。在如下幾方面有待于我們進(jìn)行深入研究：1．最大功率點(diǎn)跟蹤由于太陽能電池的輸出隨著工作電壓的不同，功率隨之變化。要使其輸出功率最大，就要研究與控制器與蓄電池在電阻方面的匹配。這方面也是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題。2．路燈支架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)只有使太陽能電池板的方位始終跟蹤太陽，才能獲取最大的太陽輻射量。這就需要在燈架結(jié)構(gòu)上進(jìn)行研制。當(dāng)然要考慮成本的投入，是否低于由此帶來的效益，否則不會有實際意義。3．溫度對太陽能電池、蓄電池的影響由于太陽能電池和蓄電池的使用效率都與溫度有關(guān)，有必要深入研究溫度的影響。目的在于提高使用效率的同時，增加它們的使用壽命。4．更強(qiáng)功能充放電控制器的研制本系統(tǒng)使用的是市場上現(xiàn)有的控制器，本文缺少對其功能上的深入研究。應(yīng)使控制器更好地發(fā)揮在功率自適應(yīng)方面的作用，如在夜間前后半時和不同季節(jié)負(fù)載功率的自動調(diào)節(jié)，使其更智能化、節(jié)能化。5．白光LED燈具結(jié)構(gòu)及亮度方面有待改進(jìn)、提高本著使用的LED個數(shù)少，亮度高，結(jié)構(gòu)合理的原則，在用于路燈照明的LED燈具上需要進(jìn)一步研制。在單只LED的封裝工藝和技術(shù)上進(jìn)一步改進(jìn)，使之亮度更高。致謝我這次的設(shè)計能順利完成，得益于老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助，在這里，我對他們的熱心表示誠摯的謝意。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。衷心感謝指導(dǎo)教師邱月友老師在這幾個月來的悉心指導(dǎo)與督促，從最初的定題，到資料的收集，再到寫作、修改，最后論文定稿，老師給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對單片機(jī)的使用有了不同于以往的認(rèn)識。從書本上的理論到現(xiàn)實中的硬件電路制作、軟件編制以及軟硬件調(diào)試，難度大大地增加。我對早已遺忘的很多知識又重新找回來，并更加熟練的學(xué)會了如何應(yīng)用。讓我從原來對單片機(jī)只有一個模糊概念到對單片機(jī)有所了解再到現(xiàn)在的會用C語言在keil軟件上編寫程序，讓我對硬件電路的設(shè)計從原來懼怕到現(xiàn)在從容查資料，設(shè)計電路，調(diào)試電路。老師總是很會引導(dǎo)我們?nèi)プ灾魍瓿烧n程任務(wù)。巧妙的解答我們的各種疑惑。謝謝您，老師。同時也非常的感謝寢室同學(xué)及給予我?guī)椭钠渌瑢W(xué)，因為你們提出的寶貴意見和建議讓我在疑惑的時候柳暗花明，使得設(shè)計順利完成。另外，我還要感謝在這四年來教過我的所有老師，他們孜孜不倦的教誨不但讓我學(xué)到了很多知識，而且讓我掌握了學(xué)習(xí)的方法，更教會了我做人處事的道理，在此真誠地表示感謝。在論文即將完成之際，回顧緊張而又充實的學(xué)習(xí)和研究過程，本人在此向所有關(guān)心我及幫助我的老師和同學(xué)們致以最真誠的感謝！最后，我還要感謝我的父母，如果