太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計

題目：太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計緒論1.1課題研究背景每個時代都有每個時代的新科技，科技的進(jìn)步取決于人類不斷進(jìn)取的思想，思想的進(jìn)步才能帶動科技的不斷創(chuàng)新。由于城市內(nèi)的現(xiàn)代化逐漸涌現(xiàn)，智能化也逐漸進(jìn)入到了人們的生活?！爸悄堋倍衷谏钪斜榈乜梢?，身邊的東西大多的都是智能的，因此，要與時俱進(jìn)，像燈這種，家家戶戶都需要用的，采用智能型LED燈，不僅方便，而且有發(fā)光工作效率很高、占地面積范圍小、壽命較長、節(jié)能環(huán)保等有點，不同于傳統(tǒng)照明，在材料上不耗材，結(jié)構(gòu)上簡單明了。然而時代的進(jìn)步帶來更多的能源需求，導(dǎo)致石油價格的不斷上漲，國際常規(guī)能源煤炭在國內(nèi)的能源供應(yīng)緊張，供不應(yīng)求，導(dǎo)致許多城市出現(xiàn)限電的情況，因此，國家能源戰(zhàn)略安全的開發(fā)是使用可替代新能源，這是其可上升的高度?？稍偕滦湍茉从性S多，太陽能是其中一種最理想的，將來的大勢所趨則是會逐漸代替城市生產(chǎn)、常規(guī)生活能源。太陽能照明既清潔又環(huán)保，是一種受到高度關(guān)注的照明方式，在照明行業(yè)以及新能源行業(yè)，不可估量的發(fā)展前景。太陽能是一種既安全、又環(huán)保的清潔能源，在未來可持續(xù)發(fā)展中有著重大的意義。太陽能路燈以優(yōu)良的經(jīng)濟性和環(huán)保性得到行業(yè)的一致認(rèn)可，由此看來，一款集高效、美觀、簡單實用而又長壽的太陽能路燈對照明行業(yè)來說有著重大的意義[1]。在太陽能的所有應(yīng)用中，雖然世界各國都在大力發(fā)展太陽能照明產(chǎn)業(yè)，但凡是都有利弊，照明產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊[2]，太陽能照明系統(tǒng)壽命普遍偏低，功耗大，而且其系統(tǒng)的設(shè)計和控制都過于簡單，無法實現(xiàn)智能化。太陽能雖是可再生資源，但也不能盲目的使用，要物有所值，用最好、最有效的方式將其運用的最好。針對這一問題，本文從多個模塊對太陽能照明系統(tǒng)進(jìn)行了研究和分析，從而設(shè)計出了一款節(jié)能環(huán)保的智能照明系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外發(fā)展情況太陽能照明的安裝量以迅猛的速度上漲，遍布各個地方，甚至各個國家。在中國市場的發(fā)展來看，近幾年的太陽能照明產(chǎn)品的整體市場安裝量在不斷提升將超過45%，在2015年其市場規(guī)模就達(dá)到了230億元，而且市場空間還在不斷擴大。之前所用的照明路燈的材質(zhì)是由高壓鈉燈制作的，功耗較高，經(jīng)過路燈亮化改造后，用節(jié)能led路燈將材質(zhì)為高壓鈉燈給替換掉，太陽能路燈是最具有代表性的，在正常照明的前提下，制造出節(jié)能的道路照明燈來便于市民，于是被采用在我國戶外照明推廣的應(yīng)用中。在面對當(dāng)前可利用資源中存在的短缺的問題上，節(jié)約就成為了最關(guān)注的重點，太陽能的優(yōu)勢便脫穎而出。在與高壓鈉燈相比下，太陽能路燈頭照明效果較好、低功較率、節(jié)能環(huán)保性更優(yōu)[3]。太陽能照明燈具的可靠性在很大程度上得到了提高，表示中國太陽能照明技術(shù)相對成熟，雖然國家有照明規(guī)范，就是要在保證產(chǎn)品的安全性提前下的基本功能的實現(xiàn)，但是不少企業(yè)商務(wù)制造的太陽能照明燈具不僅到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，有些甚至優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，特別是在業(yè)界比較超前的企業(yè)。中國為何大規(guī)模推廣太陽能照明燈具呢?因為照明是人生活中必不可少的，已成為生活的一部分，在照明生產(chǎn)條件已經(jīng)成熟的情況下，又有成功的樣板供借鑒，而且全國已將太陽能照明技術(shù)應(yīng)用的十分成熟了。太陽能路燈不再受多種因素的約束，使各個地方，不論農(nóng)村還是城市都使用其來照明道路，是一款首選照明產(chǎn)品。國家也十分支持太陽能行業(yè)，太陽能既可以不浪費能源，又可以為我們提供便利的照明，因此，頒布一系列利好政策來扶持可再生能源的發(fā)展，有了國家的鼓勵，太陽能行業(yè)也會越來越有干勁，讓太陽能更好的發(fā)展起來。從長遠(yuǎn)來看，太陽能照明行業(yè)的前景非常好。太陽能照明在一些電力資源比較匱乏、貧窮落后的國家[4]很受歡迎，國外對智能化十分看重，也注重人與環(huán)境和諧共處，在不破壞環(huán)境的情況下，又能發(fā)展自己的產(chǎn)業(yè)，二者互不干擾。由于太陽能照明有著高效，價格低廉的特點，最重要的是它可以解決一些邊遠(yuǎn)地區(qū)電力輸送困難的問題，比如南非的國家和地區(qū)，多年以來都面臨著電力危機，在日常的生活中多有受限，無法正常的生活。太陽能照明經(jīng)過多年的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)如今，這些國家和地區(qū)也開始推廣太陽能照明。這些國家由于地理位置特殊，一年中日照時長高于其他地區(qū)，光照強度較為強烈，如果在設(shè)計路燈時將防高溫因素考慮其中，那么，在該地區(qū)使用太陽能照明產(chǎn)品也會有較高的壽命，也將會給這些南非國家?guī)砀Ｒ?！由此可見，無論是國內(nèi)還是國外，只要產(chǎn)品能解決生活中的一些棘手問題，在使用過程中操作簡單、功能強大、安全可靠、性價比高[5]，就會得到人們的好評與支持。1.3研究的目的和意義生活水平提升，人們的對身邊事物也有很大的要求，對家庭、公共場所等地方的設(shè)施要求是越智能。伴隨著科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的路燈的電池壽命短，用來沒多久就壞了，壞了廢棄之后又會使環(huán)境遭到污染，不安全，因此，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在人們的需求。人類在進(jìn)步，周圍的東西也應(yīng)該越來越先進(jìn)。當(dāng)你覺得什么東西不方便時，動動你的大腦，沒準(zhǔn)能想到智能的東西，智能就在你的一個念頭之間，只要敢想敢做。創(chuàng)新是無止境的，不分大小，只要是創(chuàng)造出來的東西是有利于廣大人民的，是大家所喜歡使用的，便是有意義的。因此，要將原本的簡單化、單一化的傳統(tǒng)路燈向集成化、智能化方向發(fā)展。人對東西的要求不高，實用、成本低，壽命長，環(huán)保安全這四項是人們在消費所看重的。由于太陽能發(fā)電照明系統(tǒng)其性價比較高，太陽能是無盡的能源，因此采用太陽能來照明，能源方面就不用考慮了，這就節(jié)約了一項大資源。本文設(shè)計一款集多個檢測功能于一體的太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)對光照以及人體進(jìn)行檢測，實現(xiàn)節(jié)能、自動的功能，對現(xiàn)場進(jìn)行實時檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)人及感受光照，及時自動亮燈，確保人們能安全通過路段。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的浪費電源，電池壽命短的缺點，各個功能有機的結(jié)合在一起，更能及時、安全的解決問題。而且太陽能是清潔無污染的能源，在整個光伏發(fā)電的過程中不排放任何廢氣，所以要大力推廣太陽能發(fā)電，因為它會減少大氣污染氣體的排放，防治全球氣候的持續(xù)惡化。大自然將最好的可再生資源太陽能給了我們，我們向大自然索取東西很多，所能給予大自然的東西已越來越少，因此，我們更要學(xué)會減少資源的浪費，不僅是保護(hù)大自然，更是防治氣候的惡化。2系統(tǒng)總體設(shè)計2.1整體介紹51智能照明系統(tǒng)設(shè)計-光照-熱釋-高亮-TP4056-升壓。整個系統(tǒng)工作的大致功能：1、開關(guān)用來控制電池充放電的一個斷路；2、太陽能電池板將采集到的光照能源，通過充電管理芯片TP4056給鋰離子電池充電[6]；3、鋰離子電池的電壓3.7V通過升壓模塊升壓到5V后給STC89C52芯片供電，因為STC89C52芯片需要5V的電壓才能工作；4、光敏電阻模塊檢測光照的強弱，通過熱釋傳感器檢測是否有人出沒，如果白天則燈不亮，晚上有人時燈亮，晚上檢測到無人，燈滅。該系統(tǒng)的硬件主要由太陽能電池板、51單片機主控模塊[6]、鋰離子電池充電模塊、USB-5V升壓模塊、光敏電阻傳感器模塊、熱釋紅外感應(yīng)模塊六個大模塊組成，各部分之間相輔相成，要是哪個模塊出了故障，不僅本身模塊無作用，更是會影響整個系統(tǒng)的運行，導(dǎo)致功能無法實現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，設(shè)計的總體框圖如圖2-1所示。圖2-1總體框圖圖2-2高亮LED燈圖本應(yīng)用設(shè)計是應(yīng)用于特殊場所，特殊場所指戶外獨立公共廁所、露天陽臺等，采用高亮LED燈來作為本系統(tǒng)的照明如圖2-2所示。圖2-3LED燈圖用黃色的LED燈來作為一個人體指示燈狀態(tài)檢測，LED燈的顏色可自己選擇，無固定要求，當(dāng)有人出現(xiàn)，人體指示燈則會亮起，這樣便于觀察是否有人出現(xiàn)，LED燈如圖2-3所示。圖2-4太陽能發(fā)電圖如圖2-4所示，太陽能電池板給電池充電是需要一個控制器，本系統(tǒng)就用TP4056充電管理芯片作為控制器，來給鋰離子電池充電，由于整個系統(tǒng)需要5V的電壓，因此需要一個直流轉(zhuǎn)換器DC-DC將低直流電壓轉(zhuǎn)換為高直流電壓來給STC89C52芯片供電，來實現(xiàn)整體的功能。太陽能電池板原理：太陽電池是一種對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。

（1）光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高。

（2）光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點。太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。本設(shè)計就是采用光—電直接轉(zhuǎn)換方式來實現(xiàn)對光照的采集，而后將電能通過TP4056充電管理芯片來給鋰離子電池充電，比較直接，性價比高，光—熱—電轉(zhuǎn)換方式成本高且效率低。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1主控電路使整個系統(tǒng)正常工作是主控電路的基礎(chǔ)，需要具有兩個條件，有工作時鐘而且系統(tǒng)能夠復(fù)位，時鐘是其工作的重要前提，單片機的每一個命令處理和操作都需要時鐘相應(yīng)的振蕩頻率。所以，單片機的工作的狀態(tài)都依賴于時鐘，其工作穩(wěn)定性與提供的時鐘有關(guān)系。單片機組成52系列[7]的最小系統(tǒng)的必要成分是單片機內(nèi)部都含有ROM/EPROM的存儲器，把最小系統(tǒng)所需的RST電路和TIME電路連接上就可以了，不需要有外接復(fù)雜電路。如圖3-1所示的主控的電路。圖3-1單片機核心電路反相放大電路組成STC89C52單片機的振蕩器，可通過該電路產(chǎn)生時鐘。時鐘分為內(nèi)部和外部兩部分組成。時序電路的其中一種是晶振電路單片機，只有為其提供一個脈沖信號才會使其正常運行。在使用時鐘電路的MCS-51系列的內(nèi)部集成單片機時，只需要在其基礎(chǔ)之上外接一個電容和一個晶體振蕩器就能產(chǎn)生脈沖信號了。晶振電路由晶振振蕩器和電容組成。

圖3-2引腳結(jié)構(gòu)3.2模塊分析3.2.1STC89C52芯片介紹AT89C52處理速度較慢，工作電壓為5V，工作電壓為一個恒定的值，不便于使用，而使用STC89C52處理速度較快，價格較為便宜，性價比高，編程容易，工作性能穩(wěn)定，工作電壓為4.8V—5.2V，安全，從其各個管腳引出的電路功耗低、加密性強、抗干擾能力較強。其引腳結(jié)構(gòu)圖如3-2所示。STC89C52芯片特殊引腳介紹：表3-1STC89C52芯片特殊引腳介紹引腳特殊引腳引腳特殊引腳P3.0RXD(串行輸入口)P3.4T0（計時器0外部輸入）P3.1串行輸出口P3.5T1（計時器1外部輸入）P3.2INT0RST復(fù)位引腳P3.3INT1X1晶振引腳VCC電源正極X2晶振引腳STC89C52在系統(tǒng)無工作空閑的模式下，會停止CPU的工作，但允許其他的繼續(xù)工作。若是出現(xiàn)掉電的情況，芯片中RAM的內(nèi)容會自動保存，凍結(jié)振蕩器，停止一切工作，起到保護(hù)的作用，等到硬件復(fù)位或下一個中斷，才會又正常工作。3.2.2鋰離子電池充電模塊TP4056充電管理芯片內(nèi)部與外部的結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部架構(gòu)方式為PMOSFET，還設(shè)有防止倒充的電路，這樣外部就可以不用隔離二極管，使外圍電路簡單化。其安全性能高，當(dāng)周圍環(huán)境溫度高或是處在大功率下，TP4056充電管理芯片可進(jìn)行充電電流的調(diào)節(jié)，控制芯片溫度，防止被損壞，這就是它內(nèi)部的一種熱調(diào)節(jié)，不僅對溫度進(jìn)行了檢測，對電池電量也進(jìn)行檢測。其精度達(dá)到±1%，為了穩(wěn)定充電電壓值為4.2V，可在TP4056外部設(shè)置一個電阻器。為何選擇TP4056充電管理芯片呢？是因為TP4065充電管理芯片的外部元件數(shù)目相對來說較少，而且還帶有散熱片的SOP8/MSOP8封裝。鋰離子電池充電時，我們并不能知道它是否充滿電了，若是沒電它內(nèi)部會自動充電，若是充滿了充電管理TP4056充電管理芯片內(nèi)部會自動降低電流值，停止對電池充電，也可使它處于停機狀態(tài)來使電流下降。當(dāng)斷開電源，充電管理芯片就進(jìn)入到低電流狀態(tài)，由于無輸入電壓，漏電流的值也會降低。TP4056充電管理芯片兩個LED狀態(tài)引腳用來指示工作狀態(tài)，充電狀態(tài)雙輸出、無電池和故障狀態(tài)顯示，8引腳的SOP-PP/MSP-PP封裝[8]等。TP4056充電管理芯片特點如表3-2所示。表3-2TP4056充電管理芯片特點充電電流可編程且高達(dá)1000mA優(yōu)點無需MOSFET、檢測電阻器或隔離二極管外形及應(yīng)用用于單節(jié)鋰離子電池、采用SOP封裝的完整性電流電壓恒定電流/恒定電壓操作，并具有可在無過熱安全性危險的情況下實現(xiàn)充電速率最大化的熱調(diào)節(jié)TP4056鋰電池充電模塊接口原理圖如圖3-3所示，鋰電池并聯(lián)的電容是濾波作用[9]，保證鋰電池充電電壓的穩(wěn)定平穩(wěn)輸出，易于功能的實現(xiàn)與操作。本模塊外圍電路簡單，保護(hù)性能好，充電精度高。圖3-3TP4056鋰電池充電模塊接口原理圖如圖3-4所示中預(yù)留TEMP排針接口，可以作為鋰電池溫度檢測用。太陽能電池板不能直接給鋰離子電池充電，因為鋰離子電池必須有個保護(hù)板或是其他器件來作穩(wěn)壓，不然電池在錯誤的操作情況下，會使電池過度的充電、過度的放電、過度的使電流流失，從而影響電池的壽命，不安全又破壞環(huán)境，因此，通過充電管理芯片來限制充電電流和充電電壓。太陽能電池板輸出的電壓是9V，經(jīng)過穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)壓到5V輸出，5V電壓經(jīng)過充電管理芯片TP4056給3.7V鋰離子電池充電，充電時充電管理芯片上的指示燈顯示紅燈亮，充電完成則顯示藍(lán)燈亮。圖3-4TP4056鋰電池充電模塊實物圖3.2.3USB-5V升壓模塊用DC-DC升壓模塊(0.9V~5V)升5V600MA模塊來進(jìn)行升壓，選用DC-DC升壓模塊是為了使3.7V鋰電池的升壓到5V的電壓。本模塊采用高性能進(jìn)口芯片，性能優(yōu)于一般的模塊，轉(zhuǎn)換效率高、超小體積，若要防治短路現(xiàn)象的發(fā)生，可在輸入端串聯(lián)自恢復(fù)保險絲。使用說明：（1）本模塊USB母口輸出5V直流電壓，如果需要外接5V電源線，可以直接充USB母口座的5V正極焊盤或者模塊正面特定位置電容一端跳線取線。如圖3-5所示。圖3-5模塊5V跳線取線圖（2）USB-5V升壓模塊焊接時，可以直接用電源線直接焊接電源輸入端，也可以插入單排針焊接后插在PCB板或萬用板上。USB-5V升壓模塊接口原理圖，開關(guān)撥下后，升壓模塊正常工作，將3.7V鋰電池電壓升壓到5V，否則，升壓模塊無電源不工作。如圖3-6所示。圖3-6USB-5V升壓模塊接口原理圖USB-5V升壓模塊實物圖如圖3-7所示：圖3-7USB-5V升壓模塊3.2.4光敏電阻傳感器模塊亮度和光強是光敏電阻傳感器所需檢測的，本系統(tǒng)選擇一種特殊的電阻器靈敏型光敏電阻傳感器模塊對周圍光照進(jìn)行檢測，該模塊靈敏度可根據(jù)實際所需調(diào)節(jié)，對光的敏感性強，比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定，輸出信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強。圖3-8光敏電阻傳感器模塊硒化鎘或硫化鎘等半導(dǎo)體材料可制成光敏電阻傳感器，這是常用的光敏電阻，如圖3-8所示，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。隨著光照強度升高，亮電阻值最多可以減小到1KΩ以下，它的阻值隨光照強度的升高而逐漸減小，阻值小相當(dāng)于無阻礙，當(dāng)有光線照射，就讓其通過；光照強度對于光敏電阻來說是非常敏感，在沒有光照的情況下，暗電阻一般可以達(dá)到1.5MΩ左右，阻值較高[10]，相當(dāng)于兩極被阻礙了，光線就無法照射，就斷開了。隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，光敏電阻將會得到極其廣泛的應(yīng)用。人眼與光敏電阻對光的響應(yīng)十分接近，感受光的敏感性強，因此，若是人眼可感受的可見光，則會引起光敏電阻的阻值變化。光控電路設(shè)計主要是注意控制光源，這是極其重要的，使用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線來作光源，會使電路的設(shè)計變得簡單化。傳感器模塊內(nèi)部電路圖如圖3-9所示，其中R1電阻為分壓電阻，將光敏電阻傳感器檢測到的光照信息轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號即AO，模擬量信號接入LM393比較器后，即可與LM393比較器芯片2號引腳所接的電位器分壓后的模擬電壓進(jìn)行比較，進(jìn)而得出DO數(shù)字信號（即高低電平信號）。C1、C2為濾波電容，C1電容對電源進(jìn)行濾波，讓電源輸出更穩(wěn)定。C2電容對模擬信號進(jìn)行濾波，保證模擬信號輸出的穩(wěn)定性。R2、R3均為限流電阻，來保護(hù)LED燈，防止LED燈燒壞，LED燈均為低電平有效。R4為上拉電阻，起限流作用。保證LM393比較器輸出的高低電平信號在與單片機引腳連接時電平信號的讀取更加穩(wěn)定。圖3-9模塊內(nèi)部電路圖光敏電阻傳感器模塊具體接口說明如圖3-10所示：圖3-10模塊具體接口說明圖模塊接口原理圖如圖3-11所示：圖3-11光照傳感器接口原理圖3.2.5熱釋紅外感應(yīng)模塊人體檢測主要是利用人體紅外檢測模塊實現(xiàn)，其實物如圖3-12所示。HC-SR505是一種小型人體感應(yīng)模塊，小巧的外形，工作電壓較低，但其靈敏度較高，感應(yīng)人體較為靈敏，性能可靠，是選擇其的原因，它是一種基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，具有較高的靈敏度，可靠的性能，較小的體積，以及等特點。廣泛應(yīng)用于各類干電池供電的自控產(chǎn)品和自感電器設(shè)備中。圖3-12HC-SR505熱釋紅外感應(yīng)模塊傳感器特點：（1）在感應(yīng)范圍內(nèi)若出現(xiàn)人時則會輸出高電平，當(dāng)人離開感應(yīng)范圍就會按照設(shè)定的延時值延時之后自動關(guān)閉高電平，輸出低電平，這是其全自動感應(yīng)功能[11]。（2）體積小。（3）傳感器有一個感應(yīng)范圍，假設(shè)人長時間在此活動，傳感器便會不中斷的輸出高電平，人走后，感應(yīng)范圍感應(yīng)不到人，便進(jìn)行一段短時間的延時操作，過延時時間后便會輸出低電平。這種可重復(fù)觸發(fā)方式其原理是因為該模塊會不斷的檢測不斷反饋，最終會以最后一次活動的時間為延時時間的起點。（4）DC4.5V-20V工作電壓是該傳感器默認(rèn)的值。（5）靜態(tài)電流小與功耗小。（6）傳感器對接各類電路時輸出高電平信號，使電路運行方便。如圖3-13所示可以知道HC-SR505各個腳所對應(yīng)要接的地方。圖3-13HC-SR505人體熱釋感應(yīng)模塊接口說明圖“-”電源負(fù)極；中間“out”信號輸出；“+”電源正極。 HC-SR505人體熱釋感應(yīng)模塊接口原理圖如圖3-14所示。HC-SR505熱釋模塊，通過PNP型三極管9012驅(qū)動，檢測到有人出現(xiàn)在感應(yīng)范圍內(nèi)時，單片機控制引腳為高電平，反之控制引腳為低電平。黃色LED燈為人體信號指示燈，燈亮代表HC-SR505熱釋模塊檢測到有人，燈不亮，代表HC-SR505熱釋紅外傳感器模塊沒有檢測到人。圖3-14HC-SR505人體熱釋感應(yīng)模塊接口原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1軟件設(shè)計的概述本設(shè)計是要實現(xiàn)由光敏傳感器檢測光線的強弱來判斷是白天還是黑夜，若是白天，則由熱釋紅外傳感器感應(yīng)在感應(yīng)范圍內(nèi)是否有人，若有人則人體檢測指示燈會亮10~20s，但不會將識別到人體的信號傳給單片機，則不亮燈；若是黑夜，則當(dāng)人出現(xiàn)在熱釋紅外傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)時，由熱釋紅外傳感器模塊將識別人體的信號傳給單片機驅(qū)動燈，燈就亮了。當(dāng)人走了，熱釋紅外傳感器檢測不到人體，將識別不到人體的信號傳給單片機驅(qū)動燈，燈熄滅。圖4-1軟件流程圖4.2主程序的設(shè)計首先先把大致架構(gòu)寫出來，根據(jù)架構(gòu)來編寫程序，既不容易出錯，又能事半功倍?？梢韵扰袛嘤腥藳]人；再判斷光線強弱；最后根據(jù)上面兩點來實現(xiàn)燈的亮與滅。由此設(shè)計寫出以下程序： while(1)//主循環(huán) {if(manhot==1)led_hot=0;//人體檢測指示燈 elseled_hot=1; if((ligh==1)&&(manhot==1))//晚上有人 {led_gl=0;} //開燈 else {led_gl=1;} //關(guān)燈 DelayMs(100); }此程序是當(dāng)有人在且在是晚上基礎(chǔ)上則亮燈，若是白天有人或沒人則燈滅，一直循環(huán)這個檢測程序。5實物與調(diào)試5.1實物制作本設(shè)計太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)構(gòu)成，硬件系統(tǒng)包括六大模塊，主要由太陽能電池板、51單片機主控模塊、鋰離子電池充電模塊、USB-5V升壓模塊、光敏電阻傳感器模塊、熱釋紅外感應(yīng)模塊組成。軟件系統(tǒng)主要實現(xiàn)連接各個模塊功能的程序代碼，在程序代碼中采用模塊化設(shè)計思想，極大的降低了編寫程序的難度和開發(fā)時間。5.2調(diào)試與結(jié)果依據(jù)自己所設(shè)計的電路原理圖，焊接出實物后，在將所編程好的軟件程序燒錄到STC89C52單片機中。將鋰離子電池接上，進(jìn)行系統(tǒng)功能操作，觀察實物是否按照所要實現(xiàn)的功能運行。若功能正常則不需要進(jìn)行調(diào)試工作，否則則需要進(jìn)行調(diào)試工作。調(diào)試方法有以下2種：軟件調(diào)試步驟如下：(1)打開Keil4軟件，在里面先創(chuàng)建一個工程，建好工程后，點擊軟件菜單欄中的“PROJECT”，寫入需要建立的工程名字后保存；然后器件選擇“Atmel”目錄下的“STC89C52”。（2）新建用戶源文件：在工程文件中新建編譯文件，可以在里面書寫和調(diào)試軟件代碼，軟件建立完畢后保存名稱為.c的文件，新文件創(chuàng)建完成。（3）程序編譯和調(diào)試：點擊軟件中編譯菜單，軟件會自動對編譯的代碼進(jìn)行檢查，編譯框下面窗口顯示編譯后的結(jié)果信息，若出現(xiàn)有error，可以通過提示錯誤信息直接定位到錯誤的地方和錯誤代碼類型，更改后繼續(xù)編譯修改，一直到編譯完全正確結(jié)束。硬件調(diào)試步驟如下：1、檢查各部件是否松動和安裝正確；2、檢查電路板電路焊接是否正確；3、在焊接元件前用萬用表檢查元件是否有損壞；4、用萬用表檢測焊好的電路線是否出現(xiàn)線路虛焊或引腳被短路；5、測試元件是否在測試系統(tǒng)功能時操作不當(dāng)?shù)那闆r下被毀壞，若是壞了要及時更換；測試結(jié)果及結(jié)論：1、將太陽電池板對準(zhǔn)太陽光線，TP4056鋰電池充電芯片上的狀態(tài)指示燈是否亮紅色，亮紅燈說明充電功能正常，充滿電時亮藍(lán)色的燈；2、撥動開關(guān)，是否能實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的供電斷，是則說明系統(tǒng)整體較為穩(wěn)定；3、遮住光敏傳感器（模擬黑夜），當(dāng)人靠近，熱釋紅外傳感器感應(yīng)到人體，人體檢測指示燈亮起，高亮燈發(fā)光；當(dāng)人走后，熱釋紅外傳感器感應(yīng)不到人體，人體檢測指示燈檢測不到人10~20s后熄滅，高亮燈不發(fā)光；如果與所敘述的一致，則電路程序正確。4、不遮住光敏傳感器（模擬白天），當(dāng)人靠近，熱釋紅外傳感器感應(yīng)到人體，人體檢測指示燈亮起，高亮燈不發(fā)光；當(dāng)人走后，熱釋紅外傳感器感應(yīng)不到人體，人體檢測指示燈檢測不到人10~20s后熄滅，高亮燈不發(fā)光；如果與所敘述的一致，則電路程序正確。在測試過程中，會因為元件參數(shù)，模塊間連接的切合性和測試步驟等其他因素都會影響最終的測試結(jié)果，在一定的程度上存在一定的誤差，為了降低實驗中的誤差，主要有三種方法。通過去網(wǎng)站、圖書館查找相關(guān)資料獲??；通過一定的理論推導(dǎo)和仿真實驗獲??；經(jīng)過多次實驗結(jié)果分析然后獲取。以上列出的只是主要三種方法，當(dāng)然還有其他方法可以驗證自己的測試結(jié)果與實際的偏差在哪里，學(xué)會自己尋找方法，會讓你對自己研究的東西了解的更深入，可以了解到各個模塊要是運用在其他地方有什么不同之處，這些都是一種學(xué)習(xí)。6結(jié)論與展望6.1結(jié)論本設(shè)計設(shè)計了一款智能型的太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計是基于對太陽能路燈及鋰離子電池的研究。以51單片機STC89C52為核心是該系統(tǒng)的設(shè)計，不僅實現(xiàn)了太陽能電池板為鋰離子電池供電且通過單片機控制實現(xiàn)對光的強弱及人體的檢測，充分利用太陽能這一資源，不僅節(jié)能、智能，更是環(huán)保。本設(shè)計主要完成的工作有：詳細(xì)介紹了太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計的組成，并對太陽能電池板、51單片機主控模塊、鋰離子電池充電模塊、USB-5V升壓模塊、光敏電阻傳感器模塊、熱釋紅外感應(yīng)模塊各個模塊進(jìn)行研究。本系統(tǒng)分析了太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計的電路原理，完成了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。本設(shè)計的核心是51單片機最小系統(tǒng)，整理好整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能后，對51單片機進(jìn)行軟件編程，通過單片機控制整個系統(tǒng)，進(jìn)而實現(xiàn)功能。本系統(tǒng)通過光敏傳感器模塊及熱釋紅外傳感器模塊實現(xiàn)燈的自動開關(guān)，避免燈長時間的開，浪費資源，而且用太陽能板給鋰離子電池充電，比較方便，不需要人為來發(fā)電，只要定期對其進(jìn)行檢查，確保安全性即可。對于“智能化”，人們的追求一定會是永無止境的，從目前來看，對于智能照明產(chǎn)品的設(shè)計還不夠完善。雖然人的想象的想象力是豐富多彩的，但要將其真正的做出來，還是需要一定的技術(shù)。短時間內(nèi)是沒辦法做出更加智能化的照明產(chǎn)品，但是將能做的產(chǎn)品的功能實用性提高、保證安全性，做到最基本功能的實現(xiàn)，是各個企業(yè)所需要努力保持的。生活中處處可見智能產(chǎn)品，說明智能已經(jīng)與我們生活密不可分了，當(dāng)然只有使用的好的智能產(chǎn)品才有意義，要不沒有存在的意義。綜上所述，智能化不是空談，是能讓大家用了感覺好，對于資源的使用得當(dāng)，才是真正意義上的智能。6.2展望由于時間及客觀條件的限制，太陽能及鋰離子電池在特殊場所的應(yīng)用設(shè)計雖然實現(xiàn)大致的功能，但還是存在一些問題需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。對太陽能電池板性能和鋰離子電池特性的研究還需要做進(jìn)一步的深入了解，進(jìn)一步完善和改進(jìn)電路性能，提高電能的利用率。由于課題研究的時間較為緊迫，以及自身對各個模塊的了解程度還是不夠，有待完善與加強。本文主要是針對太陽能及鋰離子電池進(jìn)行了詳細(xì)的研究，了解關(guān)于太陽能LED照明燈在國內(nèi)外市場的發(fā)展，還有學(xué)習(xí)了使用到的各個元器件的相關(guān)知識及器件所組成的各個模塊，如何將各個模塊連接在一起，實現(xiàn)自己想實現(xiàn)的功能。在這個過程中，能夠發(fā)現(xiàn)其實在太陽能照明領(lǐng)域中還是存在著很大的發(fā)展空間，等著更多的人去思考和發(fā)掘。要相信在不久的將來，可能會有更多使用太陽能的智能型產(chǎn)品出現(xiàn)在市面上供大家選擇購買和使用，讓生活變得越來越便利。本次設(shè)計在工藝制作方面的過程中，遇到一些讓人困惑的問題，但是這并不能讓人放棄，反而激發(fā)人的求知欲。遇到不會的知識，就通過在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，去圖書館翻找書本或是向身邊的老師或同學(xué)請教，從中獲取自己所想要的知識，遇到不會的東西沒事，只要你過后會，那也是屬于你自己的知識，能夠發(fā)現(xiàn)自己在專業(yè)上存在的不足，也是一種進(jìn)步。學(xué)會利用自己空閑的時間去學(xué)習(xí)本專業(yè)的各方面知識，就能把知識應(yīng)用到生活中。本次設(shè)計在節(jié)能上做出了很大的突出，就是能夠在生活中節(jié)約不必要浪費的資源，畢竟在這個日益短缺資源的時代里面，如果人們還是無節(jié)制地浪費著資源，“溫室效應(yīng)”將會越來越嚴(yán)重，可能會影響到后面的生活。當(dāng)然在現(xiàn)如今的時代中，人們已經(jīng)越來越離不開智能化的設(shè)備，如何讓這些智能化的設(shè)備變得更加便利，且不危害現(xiàn)有的能源，充分利用可再生資源，甚至可以延減少資源的使用成了一個很重要的問題。因此，我們都要動動自己的大腦，智能不一定是大物件，小物件的智能也是一種創(chuàng)新，時代在進(jìn)步，我們也不能落后，要緊追時代的腳步，不依附舊時代的科技，要努力創(chuàng)造新時代的新科技。在未來的學(xué)習(xí)和工作上，自己將堅持學(xué)習(xí)本專業(yè)知識，由淺入深，通過這次設(shè)計就學(xué)習(xí)到了很多，在今后將會接觸到各種各樣的設(shè)計，也會保持本次做設(shè)計的心態(tài)，認(rèn)真對待今后每一個設(shè)計，不斷積累經(jīng)驗，相信經(jīng)過努力學(xué)習(xí)及不斷地磨煉，一定能熟能生巧。參考文獻(xiàn)[1]趙鵬,郭敏.太陽能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].照明工程學(xué)報,2016,27(03)[2]程盼.太陽能LED智能照明系統(tǒng)研究[D].陜西科技大學(xué),2015[3]嚴(yán)海榮,柳東云,宇陽麗,龍期勇,吳玲玲.太陽能智能照明系統(tǒng)設(shè)計[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2017(09):182~183[4]尼瑪平措.淺談太陽能路燈的工作原理及其在西藏的推廣利用[J].科技展望,2014(19)[5]黃梓龍.淺談智能式LED太陽能路燈控制器的設(shè)計[J].科技與創(chuàng)新,2018(03):128~129[6]張亮.光伏系統(tǒng)中鋰電池智能管理系統(tǒng)設(shè)計[D].揚州大學(xué),2012[7]李國輝.智能型LED太陽能路燈控制系統(tǒng)[D].天津科技大學(xué),2015[8]林劍輝.鋰電池線性充電管理芯片的研究與優(yōu)化[D].華中科技大學(xué),2007[9]楊成慧,王書志,何佑星,殷鳳偉.一種基于STC89C52的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2016(06)[10]羅濤,王曉娜,宋世德.光敏傳感器智能尋光小車的設(shè)計與制作[J/OL].實驗科學(xué)與技術(shù):1~5[2019-04-21][11]王天鳳.基于單片機的人體紅外感應(yīng)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].中國新通信,2017,19(22)[12]孫天意,薛松,趙婧含,伯德杰,余新宇.太陽能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2018(14):176~177[13]江賓,宋國華,張廣庚.太陽能LED路燈系統(tǒng)的設(shè)計[J].南通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2016,15(1)[14]張銀蒲.太陽能路燈監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].儀器儀表與分析監(jiān)測,2015(02)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附錄附錄1原理圖附錄2實物圖附錄3源程序#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include"delay.h"sbitligh=P1^0;sbitled_gl=P2^1;sbitled_hot=P1^4;sbitmanhot=P1^2;unsignedlongtime_20ms=0; //定時器計數(shù)voidInit_Timer0(void);voiduartSendStr(unsignedchar*s,unsignedcharlength);voidUART_Init(void);voiduartSendByte(unsignedchardat);voidmain(void){ Init_Timer0();//定時器0初始化 UART_Init(); led_gl=0;DelayMs(200);led_gl=1;//延時有助于穩(wěn)定 uartSendStr("redayok!!",10); while(1)//主循環(huán) { if(manhot==1)led_hot=0;//人體檢測指示燈 elseled_hot=1; if((ligh==1)&&(manhot==1))//晚上有人 {led_gl=0;} //開燈 else {led_gl=1;} //關(guān)燈 DelayMs(100); }}voidInit_Timer0(void){ TMOD|=0x01; TH0=(65536-20000)/256; //重新賦值20ms TL0=(65536-20000)%256; EA=1;//總中斷打開 ET0=1;//定時器中斷打開 TR0=1;//定時器開關(guān)打開}voidTimer0_isr(void)interrupt1{ TH0=(65536-20000)/256; //重新賦值20ms TL0=(65536-20000)%256; time_20ms++; if(time_20ms%30==0) { }}voidUART_Init(void){SCON=0x50; //SCON:模式1,8-bitUART,使能接收TMOD|=0x20;//TMOD:timer1,mode2,8-bit重裝TH1=0xFD;//TH1:重裝值9600波特率晶振