太陽能及鋰離子電池在特殊場(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)

題目：太陽能及鋰離子電池在特殊場(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)緒論1.1課題研究背景每個(gè)時(shí)代都有每個(gè)時(shí)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(dòng)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。“智能”二字在生活中遍地可見，身邊的東西大多的都是智能的，因此，要與時(shí)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(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保等有點(diǎn)，不同于傳統(tǒng)照明，在材料上不耗材，結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單明了。然而時(shí)代的進(jìn)步帶來更多的能源需求，導(dǎo)致石油價(jià)格的不斷上漲，國(guó)際常規(guī)能源煤炭在國(guó)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(guó)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。可再生新型能源有許多，太陽能是其中一種最理想的，將來的大勢(shì)所趨則是會(huì)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(jì)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(jiǎn)單實(shí)用而又長(zhǎng)壽的太陽能路燈對(duì)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(guó)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(jì)和控制都過于簡(jiǎn)單，無法實(shí)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(yùn)用的最好。針對(duì)這一問題，本文從多個(gè)模塊對(duì)太陽能照明系統(tǒng)進(jìn)行了研究和分析，從而設(shè)計(jì)出了一款節(jié)能環(huán)保的智能照明系統(tǒng)。1.2國(guó)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(gè)地方，甚至各個(gè)國(guó)家。在中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展來看，近幾年的太陽能照明產(chǎn)品的整體市場(chǎng)安裝量在不斷提升將超過45%，在2015年其市場(chǎng)規(guī)模就達(dá)到了230億元，而且市場(chǎng)空間還在不斷擴(kuò)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(guó)戶外照明推廣的應(yīng)用中。在面對(duì)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(diǎn)，太陽能的優(yōu)勢(shì)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(guó)太陽能照明技術(shù)相對(duì)成熟，雖然國(guó)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(shí)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(guó)為何大規(guī)模推廣太陽能照明燈具呢?因?yàn)檎彰魇侨松钪斜夭豢缮俚?，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(guó)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(gè)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(guó)家也十分支持太陽能行業(yè)，太陽能既可以不浪費(fèi)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(guó)家的鼓勵(lì)，太陽能行業(yè)也會(huì)越來越有干勁，讓太陽能更好的發(fā)展起來。從長(zhǎng)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(guó)家[4]很受歡迎，國(guó)外對(duì)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(jià)格低廉的特點(diǎn)，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(guó)家和地區(qū)，多年以來都面臨著電力危機(jī)，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(guó)家和地區(qū)也開始推廣太陽能照明。這些國(guó)家由于地理位置特殊，一年中日照時(shí)長(zhǎng)高于其他地區(qū)，光照強(qiáng)度較為強(qiáng)烈，如果在設(shè)計(jì)路燈時(shí)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(huì)有較高的壽命，也將會(huì)給這些南非國(guó)家?guī)砀Ｒ簦∮纱丝梢?，無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)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(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、安全可靠、性價(jià)比高[5]，就會(huì)得到人們的好評(píng)與支持。1.3研究的目的和意義生活水平提升，人們的對(duì)身邊事物也有很大的要求，對(duì)家庭、公共場(chǎng)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(huì)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(shí)，動(dòng)動(dòng)你的大腦，沒準(zhǔn)能想到智能的東西，智能就在你的一個(gè)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(jiǎn)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(duì)東西的要求不高，實(shí)用、成本低，壽命長(zhǎng)，環(huán)保安全這四項(xiàng)是人們?cè)谙M(fèi)所看重的。由于太陽能發(fā)電照明系統(tǒng)其性價(jià)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(xiàng)大資源。本文設(shè)計(jì)一款集多個(gè)檢測(cè)功能于一體的太陽能及鋰離子電池在特殊場(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光照以及人體進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、自動(dòng)的功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)人及感受光照，及時(shí)自動(dòng)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(fèi)電源，電池壽命短的缺點(diǎn)，各個(gè)功能有機(jī)的結(jié)合在一起，更能及時(shí)、安全的解決問題。而且太陽能是清潔無污染的能源，在整個(gè)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?yàn)樗鼤?huì)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(huì)減少資源的浪費(fèi)，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(jì)2.1整體介紹51智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)-光照-熱釋-高亮-TP4056-升壓。整個(gè)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(gè)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?yàn)镾TC89C52芯片需要5V的電壓才能工作；4、光敏電阻模塊檢測(cè)光照的強(qiáng)弱，通過熱釋傳感器檢測(cè)是否有人出沒，如果白天則燈不亮，晚上有人時(shí)燈亮，晚上檢測(cè)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(jī)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(gè)大模塊組成，各部分之間相輔相成，要是哪個(gè)模塊出了故障，不僅本身模塊無作用，更是會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，導(dǎo)致功能無法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)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(jì)是應(yīng)用于特殊場(chǎng)所，特殊場(chǎng)所指戶外獨(dú)立公共廁所、露天陽臺(tái)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(gè)人體指示燈狀態(tài)檢測(cè)，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(huì)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(gè)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(gè)系統(tǒng)需要5V的電壓，因此需要一個(gè)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(shí)現(xiàn)整體的功能。太陽能電池板原理：太陽電池是一種對(duì)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(shí)，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(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的的實(shí)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(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個(gè)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(diǎn)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(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)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(diǎn)。太陽能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會(huì)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(jì)就是采用光—電直接轉(zhuǎn)換方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jià)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(jì)3.1主控電路使整個(gè)系統(tǒng)正常工作是主控電路的基礎(chǔ)，需要具有兩個(gè)條件，有工作時(shí)鐘而且系統(tǒng)能夠復(fù)位，時(shí)鐘是其工作的重要前提，單片機(jī)的每一個(gè)命令處理和操作都需要時(shí)鐘相應(yīng)的振蕩頻率。所以，單片機(jī)的工作的狀態(tài)都依賴于時(shí)鐘，其工作穩(wěn)定性與提供的時(shí)鐘有關(guān)系。單片機(jī)組成52系列[7]的最小系統(tǒng)的必要成分是單片機(jī)內(nèi)部都含有ROM/EPROM的存儲(chǔ)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(jī)核心電路反相放大電路組成STC89C52單片機(jī)的振蕩器，可通過該電路產(chǎn)生時(shí)鐘。時(shí)鐘分為內(nèi)部和外部?jī)刹糠纸M成。時(shí)序電路的其中一種是晶振電路單片機(jī)，只有為其提供一個(gè)脈沖信號(hào)才會(huì)使其正常運(yùn)行。在使用時(shí)鐘電路的MCS-51系列的內(nèi)部集成單片機(jī)時(shí)，只需要在其基礎(chǔ)之上外接一個(gè)電容和一個(gè)晶體振蕩器就能產(chǎn)生脈沖信號(hào)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(gè)恒定的值，不便于使用，而使用STC89C52處理速度較快，價(jià)格較為便宜，性價(jià)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(gè)管腳引出的電路功耗低、加密性強(qiáng)、抗干擾能力較強(qiáng)。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(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.1串行輸出口P3.5T1（計(jì)時(shí)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(huì)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(huì)自動(dòng)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(gè)中斷，才會(huì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)溫度進(jìn)行了檢測(cè)，對(duì)電池電量也進(jìn)行檢測(cè)。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(gè)電阻器。為何選擇TP4056充電管理芯片呢？是因?yàn)門P4065充電管理芯片的外部元件數(shù)目相對(duì)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(shí)，我們并不能知道它是否充滿電了，若是沒電它內(nèi)部會(huì)自動(dòng)充電，若是充滿了充電管理TP4056充電管理芯片內(nèi)部會(huì)自動(dòng)降低電流值，停止對(duì)電池充電，也可使它處于停機(jī)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(huì)降低。TP4056充電管理芯片兩個(gè)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(diǎn)如表3-2所示。表3-2TP4056充電管理芯片特點(diǎn)充電電流可編程且高達(dá)1000mA優(yōu)點(diǎn)無需MOSFET、檢測(cè)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(xiǎn)的情況下實(shí)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(shí)現(xiàn)與操作。本模塊外圍電路簡(jiǎn)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(cè)用。太陽能電池板不能直接給鋰離子電池充電，因?yàn)殇囯x子電池必須有個(gè)保護(hù)板或是其他器件來作穩(wěn)壓，不然電池在錯(cuò)誤的操作情況下，會(huì)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(shí)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(shí)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(xiǎn)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(shí)，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(shí)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(qiáng)是光敏電阻傳感器所需檢測(cè)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(duì)周圍光照進(jìn)行檢測(cè)，該模塊靈敏度可根據(jù)實(shí)際所需調(diào)節(jié)，對(duì)光的敏感性強(qiáng)，比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定，輸出信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度對(duì)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(huì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，光敏電阻將會(huì)得到極其廣泛的應(yīng)用。人眼與光敏電阻對(duì)光的響應(yīng)十分接近，感受光的敏感性強(qiáng)，因此，若是人眼可感受的可見光，則會(huì)引起光敏電阻的阻值變化。光控電路設(shè)計(jì)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(huì)使電路的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)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(cè)到的光照信息轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)即AO，模擬量信號(hào)接入LM393比較器后，即可與LM393比較器芯片2號(hào)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(hào)（即高低電平信號(hào)）。C1、C2為濾波電容，C1電容對(duì)電源進(jìn)行濾波，讓電源輸出更穩(wěn)定。C2電容對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，保證模擬信號(hào)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(hào)在與單片機(jī)引腳連接時(shí)電平信號(hào)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(cè)主要是利用人體紅外檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)，其實(shí)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(dòng)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(diǎn)。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(diǎn)：（1）在感應(yīng)范圍內(nèi)若出現(xiàn)人時(shí)則會(huì)輸出高電平，當(dāng)人離開感應(yīng)范圍就會(huì)按照設(shè)定的延時(shí)值延時(shí)之后自動(dòng)關(guān)閉高電平，輸出低電平，這是其全自動(dòng)感應(yīng)功能[11]。（2）體積小。（3）傳感器有一個(gè)感應(yīng)范圍，假設(shè)人長(zhǎng)時(shí)間在此活動(dòng)，傳感器便會(huì)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(shí)間的延時(shí)操作，過延時(shí)時(shí)間后便會(huì)輸出低電平。這種可重復(fù)觸發(fā)方式其原理是因?yàn)樵撃K會(huì)不斷的檢測(cè)不斷反饋，最終會(huì)以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起點(diǎn)。（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(duì)接各類電路時(shí)輸出高電平信號(hào)，使電路運(yùn)行方便。如圖3-13所示可以知道HC-SR505各個(gè)腳所對(duì)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(hào)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(dòng)，檢測(cè)到有人出現(xiàn)在感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)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(hào)指示燈，燈亮代表HC-SR505熱釋模塊檢測(cè)到有人，燈不亮，代表HC-SR505熱釋紅外傳感器模塊沒有檢測(cè)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(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)的概述本設(shè)計(jì)是要實(shí)現(xiàn)由光敏傳感器檢測(cè)光線的強(qiáng)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(cè)指示燈會(huì)亮10~20s，但不會(huì)將識(shí)別到人體的信號(hào)傳給單片機(jī)，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(shí)，由熱釋紅外傳感器模塊將識(shí)別人體的信號(hào)傳給單片機(jī)驅(qū)動(dòng)燈，燈就亮了。當(dāng)人走了，熱釋紅外傳感器檢測(cè)不到人體，將識(shí)別不到人體的信號(hào)傳給單片機(jī)驅(qū)動(dòng)燈，燈熄滅。圖4-1軟件流程圖4.2主程序的設(shè)計(jì)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(cuò)，又能事半功倍?？梢韵扰袛嘤腥藳]人；再判斷光線強(qiáng)弱；最后根據(jù)上面兩點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)燈的亮與滅。由此設(shè)計(jì)寫出以下程序： while(1)//主循環(huán) {if(manhot==1)led_hot=0;//人體檢測(cè)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(gè)檢測(cè)程序。5實(shí)物與調(diào)試5.1實(shí)物制作本設(shè)計(jì)太陽能及鋰離子電池在特殊場(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)現(xiàn)連接各個(gè)模塊功能的程序代碼，在程序代碼中采用模塊化設(shè)計(jì)思想，極大的降低了編寫程序的難度和開發(fā)時(shí)間。5.2調(diào)試與結(jié)果依據(jù)自己所設(shè)計(jì)的電路原理圖，焊接出實(shí)物后，在將所編程好的軟件程序燒錄到STC89C52單片機(jī)中。將鋰離子電池接上，進(jìn)行系統(tǒng)功能操作，觀察實(shí)物是否按照所要實(shí)現(xiàn)的功能運(yùn)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(gè)工程，建好工程后，點(diǎn)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(diǎn)擊軟件中編譯菜單，軟件會(huì)自動(dòng)對(duì)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(cuò)誤信息直接定位到錯(cuò)誤的地方和錯(cuò)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(dòng)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(cè)焊好的電路線是否出現(xiàn)線路虛焊或引腳被短路；5、測(cè)試元件是否在測(cè)試系統(tǒng)功能時(shí)操作不當(dāng)?shù)那闆r下被毀壞，若是壞了要及時(shí)更換；測(cè)試結(jié)果及結(jié)論：1、將太陽電池板對(duì)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(shí)亮藍(lán)色的燈；2、撥動(dòng)開關(guān)，是否能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)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(cè)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(cè)指示燈檢測(cè)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(cè)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(cè)指示燈檢測(cè)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(cè)試過程中，會(huì)因?yàn)樵?shù)，模塊間連接的切合性和測(cè)試步驟等其他因素都會(huì)影響最終的測(cè)試結(jié)果，在一定的程度上存在一定的誤差，為了降低實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)獲?。唤?jīng)過多次實(shí)驗(yàn)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(yàn)證自己的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際的偏差在哪里，學(xué)會(huì)自己尋找方法，會(huì)讓你對(duì)自己研究的東西了解的更深入，可以了解到各個(gè)模塊要是運(yùn)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(jì)設(shè)計(jì)了一款智能型的太陽能及鋰離子電池在特殊場(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)是基于對(duì)太陽能路燈及鋰離子電池的研究。以51單片機(jī)STC89C52為核心是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了太陽能電池板為鋰離子電池供電且通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)光的強(qiáng)弱及人體的檢測(cè)，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(jì)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(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)的組成，并對(duì)太陽能電池板、51單片機(jī)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(gè)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(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)的電路原理，完成了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的核心是51單片機(jī)最小系統(tǒng)，整理好整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能后，對(duì)51單片機(jī)進(jìn)行軟件編程，通過單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)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(shí)現(xiàn)燈的自動(dòng)開關(guān)，避免燈長(zhǎng)時(shí)間的開，浪費(fèi)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(duì)其進(jìn)行檢查，確保安全性即可。對(duì)于“智能化”，人們的追求一定會(huì)是永無止境的，從目前來看，對(duì)于智能照明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)用性提高、保證安全性，做到最基本功能的實(shí)現(xiàn)，是各個(gè)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(duì)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(shí)間及客觀條件的限制，太陽能及鋰離子電池在特殊場(chǎng)所的應(yīng)用設(shè)計(jì)雖然實(shí)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(duì)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(shí)間較為緊迫，以及自身對(duì)各個(gè)模塊的了解程度還是不夠，有待完善與加強(qiáng)。本文主要是針對(duì)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的發(fā)展，還有學(xué)習(xí)了使用到的各個(gè)元器件的相關(guān)知識(shí)及器件所組成的各個(gè)模塊，如何將各個(gè)模塊連接在一起，實(shí)現(xiàn)自己想實(shí)現(xiàn)的功能。在這個(gè)過程中，能夠發(fā)現(xiàn)其實(shí)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(huì)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(jì)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(huì)的知識(shí)，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(qǐng)教，從中獲取自己所想要的知識(shí)，遇到不會(huì)的東西沒事，只要你過后會(huì)，那也是屬于你自己的知識(shí)，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(huì)利用自己空閑的時(shí)間去學(xué)習(xí)本專業(yè)的各方面知識(shí)，就能把知識(shí)應(yīng)用到生活中。本次設(shè)計(jì)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(fèi)的資源，畢竟在這個(gè)日益短缺資源的時(shí)代里面，如果人們還是無節(jié)制地浪費(fèi)著資源，“溫室效應(yīng)”將會(huì)越來越嚴(yán)重，可能會(huì)影響到后面的生活。當(dāng)然在現(xiàn)如今的時(shí)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(gè)很重要的問題。因此，我們都要?jiǎng)觿?dòng)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(shí)代在進(jìn)步，我們也不能落后，要緊追時(shí)代的腳步，不依附舊時(shí)代的科技，要努力創(chuàng)造新時(shí)代的新科技。在未來的學(xué)習(xí)和工作上，自己將堅(jiān)持學(xué)習(xí)本專業(yè)知識(shí)，由淺入深，通過這次設(shè)計(jì)就學(xué)習(xí)到了很多，在今后將會(huì)接觸到各種各樣的設(shè)計(jì)，也會(huì)保持本次做設(shè)計(jì)的心態(tài)，認(rèn)真對(duì)待今后每一個(gè)設(shè)計(jì)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，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(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].照明工程學(xué)報(bào),2016,27(03)[2]程盼.太陽能LED智能照明系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附錄附錄1原理圖附錄2實(shí)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(shí)器計(jì)數(shù)voidInit_Timer0(void);voiduartSendStr(unsignedchar*s,unsignedcharlength);voidUART_Init(void);voiduartSendByte(unsignedchardat);voidmain(void){ Init_Timer0();//定時(shí)器0初始化 UART_Init(); led_gl=0;DelayMs(200);led_gl=1;//延時(shí)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(cè)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(shí)器中斷打開 TR0=1;//定時(shí)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