太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文.doc

陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄1.引言12.方案論證及選擇32.1方案一：采用分立元件設(shè)計(jì)32.2方案二：采用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)32.3方案選擇43. 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)53.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)53.2 顯示電路設(shè)計(jì)83.3 按鍵開(kāi)關(guān)電路93.4 太陽(yáng)能板模塊103.5 蓄電池管理模塊123.6 路燈控制模塊133.7 整體電路圖144.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)154.1 軟件設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)的功能154.2 系統(tǒng)流程圖154.2.1 ADC0832的子程序164.2.2 LCD1602子程序174.2.3 按鍵子程序184.3 系統(tǒng)源程序185.系統(tǒng)電路的搭建與調(diào)試195.1 系統(tǒng)軟件的仿真195.2系統(tǒng)硬件電路搭建195.3 系統(tǒng)硬件電路的調(diào)試205.4 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決結(jié)果226.總結(jié)與展望23致謝24參考文獻(xiàn)25附錄A 英文文獻(xiàn)原文26附錄B 英文文獻(xiàn)譯文31附錄C 系統(tǒng)源程序35附錄D 元器件清單40II陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1.引言 太陽(yáng)能LED路燈是一種新型的結(jié)合太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與LED技術(shù)的路燈。系統(tǒng)通過(guò)蓄電池將太陽(yáng)電池板產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)供負(fù)載在夜晚照明使用。 自哥本哈根氣候峰會(huì)召開(kāi)以來(lái)，環(huán)保節(jié)能的話題已經(jīng)成為當(dāng)今世界的熱點(diǎn)話題。節(jié)能減排已不僅是政府的一個(gè)行動(dòng)目標(biāo)，而且給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的收入，讓人們能得到一個(gè)較好的生存環(huán)境。當(dāng)今社會(huì)，人類面臨著經(jīng)濟(jì)和能源可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，其中，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： （1）能源的短缺。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，人類遲早要面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面。 （2）環(huán)境的污染。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，使大氣環(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)?；茉吹睦貌粌H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。 太陽(yáng)能作為一種可再生的新型能源，很早就被人們開(kāi)發(fā)和利用了。隨著科學(xué)和技術(shù)的迅速發(fā)展，世界能源危機(jī)的日益嚴(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(zhǎng)的需要，開(kāi)發(fā)和利用新能源，尤其是太陽(yáng)能越來(lái)越引起各國(guó)政府的重視。同時(shí)，以煤、石油等作為燃料油面臨嚴(yán)重的環(huán)境污染，再者人民生活水平的提高對(duì)能源的需求量越來(lái)越大，這就迫使政府和社會(huì)在大力發(fā)展常規(guī)能源的同時(shí)必須加大對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)和利用。為貫徹落實(shí)科學(xué) 發(fā)展觀，把節(jié)約資源作為基本國(guó)策，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與人口、資源、環(huán)境相互協(xié)調(diào)發(fā)展的要求。因而，可再生、無(wú)污染的太陽(yáng)能利用在世界各國(guó)崛起，世界光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和環(huán)境保護(hù)的需求，在可以預(yù)計(jì)的將來(lái)，光伏發(fā)電必將部分取代常規(guī)能源。由于光伏發(fā)電技術(shù)的逐漸成熟，成本不斷的下降，太陽(yáng)能的利用無(wú)處不在1。各種各樣的太陽(yáng)能電子產(chǎn)品發(fā)展非常迅速。太陽(yáng)能路燈是以太陽(yáng)光為能源，和傳統(tǒng)的路燈相比有以下一些優(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)能壁燈在惡劣的環(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)成本低廉：就產(chǎn)品本身價(jià)格和首次投入費(fèi)用而言，太陽(yáng)能路燈比普通路燈造價(jià)要高。若按使用壽命15年把運(yùn)行費(fèi)用和路燈維護(hù)費(fèi)用考慮進(jìn)去的話，太陽(yáng)能路燈在壽命周期內(nèi)所第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè)發(fā)生的總費(fèi)用要比普通路燈的總費(fèi)用要低。且規(guī)模越大，普通路燈安裝的相關(guān)費(fèi)用越高，如把電力增容費(fèi)用、架設(shè)電力變壓器、光源的功率因數(shù)補(bǔ)償耗能、電力電纜、遠(yuǎn)距離線路功率損耗及路燈開(kāi)啟控制系統(tǒng)和管理人員工資等相關(guān)費(fèi)用考慮進(jìn)去的話實(shí)際費(fèi)用要遠(yuǎn)大于預(yù)計(jì)費(fèi)用。(4)安全穩(wěn)定：運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，普通路燈明顯高于太陽(yáng)能壁燈，而且會(huì)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)而越來(lái)越高（電費(fèi)、人工等）。太陽(yáng)能路燈免維護(hù)，絕對(duì)安全，不會(huì)發(fā)生觸電事故且可通過(guò)改變控制方式來(lái)增強(qiáng)其穩(wěn)定性。(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。 除此之外，LED路燈還具有光線質(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。由于LED具有發(fā)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)2。近幾年，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)許多研究單位都對(duì)太陽(yáng)能路燈作了詳細(xì)的調(diào)查和研究。在發(fā)展思路的引導(dǎo)下，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量也不斷提高。太陽(yáng)能不僅擁有良好的經(jīng)濟(jì)前景，且隨其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，也將提供越來(lái)越多的就業(yè)機(jī)會(huì)。因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展前景十分廣闊，已經(jīng)引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視3。2.方案論證及選擇2.1方案一：采用分立元件設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)主要由電源、蓄電池過(guò)充和過(guò)放保護(hù)電路、紅外控制及光控電路以及燈具組成，總體框圖如圖2.1所示。圖2.1 太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的框圖 電源分為電池電源和220V市電經(jīng)AC-DC轉(zhuǎn)換電路后的穩(wěn)定電源。AC-DC轉(zhuǎn)換電路主要由變壓器及集成穩(wěn)壓管構(gòu)成。蓄電池過(guò)充保護(hù)電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的由穩(wěn)壓二極管、三極管及電阻構(gòu)成的電路，而在太陽(yáng)能板給電池充電時(shí)為防止電池對(duì)太陽(yáng)能板反向充電，需在太陽(yáng)能板和電池之間接一個(gè)二極管。蓄電池過(guò)放保護(hù)電路的主要元件為滯回比較器和繼電器。由滯回比較器來(lái)判斷電池是否達(dá)到過(guò)放狀態(tài)，由繼電器作為選擇開(kāi)關(guān)，來(lái)選擇用電池供電還是后備電源供電（電池在過(guò)充狀態(tài)時(shí)和陰雨天氣時(shí)）。紅外控制和光控電路主要組成部分是紅外探頭、數(shù)字電路及光敏電阻，而紅外控制部分可以集成一塊芯片，即BISS001芯片。燈具有照明燈具及演示時(shí)的指示燈。由于設(shè)計(jì)的是路燈，照明燈具需要足夠的亮度，可以選用LED指示燈用簡(jiǎn)單的發(fā)光二極管即可。2.2方案二：采用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn) 本方案設(shè)計(jì)中，主要的組成部分就是太陽(yáng)能電池板、充電管理系統(tǒng)、蓄電池、單片機(jī)的控制模塊、路燈。整體框圖如圖2.2。圖2.2 整體框圖此設(shè)計(jì)是由單片機(jī)作為核心控制器進(jìn)行控制的，太陽(yáng)能電池板將吸收到的太陽(yáng)光能經(jīng)過(guò)充電管理模塊給蓄電池充電，而蓄電池要持續(xù)不斷給單片機(jī)提供電源，讓它來(lái)檢測(cè)采集到的太陽(yáng)能電池板電壓值的大小。同時(shí)，蓄電池也要給負(fù)載供電。2.3方案選擇方案一的電路模塊比較復(fù)雜，是利用純模電電路在來(lái)完成的，實(shí)現(xiàn)相同的功能模塊下，需要更多的電路，故需更多的電路器件，制作成本就相對(duì)比較高。另一方面，電路的模塊比較多會(huì)增加控制電路的誤差，使電路最終不能達(dá)到預(yù)期的理想效果。而且，采用分立元件實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的智能化方面比較困難。方案二采用的是用STC89C52單片機(jī)作為核心控制器來(lái)控制蓄電池的充放電和路燈的亮滅。主要是通過(guò)光線的強(qiáng)弱以檢測(cè)太陽(yáng)能電池和蓄電池采集到的電壓的大小，從而傳輸給單片機(jī)來(lái)控制。在有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能并儲(chǔ)存在蓄電池中。蓄電池對(duì)路燈進(jìn)行供電，這個(gè)過(guò)程中，單片機(jī)一直在對(duì)蓄電池和太陽(yáng)能電池板的電壓進(jìn)行采樣分析，如果太陽(yáng)能采集到的電壓低于一定值時(shí)，單片機(jī)控制的繼電器將會(huì)做出相應(yīng)的動(dòng)作。在太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池充電的過(guò)程中，也設(shè)置了防反充和過(guò)充保護(hù)。方案二的電路模塊比較簡(jiǎn)單，易于維護(hù)和管理，且在蓄電池的充放電過(guò)程和路燈的開(kāi)關(guān)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，智能化。經(jīng)過(guò)綜合考慮，此次設(shè)計(jì)采用方案二。 3. 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)在本次方案的設(shè)計(jì)中，電路主要包含了太陽(yáng)能電池板，蓄電池管理模塊，單片機(jī)，路燈控制模塊，顯示模塊，按鍵模塊等。此設(shè)計(jì)是以ATMEL系列STC89S52單片機(jī)為控制核心的軟硬件結(jié)合，對(duì)太陽(yáng)能電池板和蓄電池進(jìn)行控制。太陽(yáng)能電池板將采集到的電壓傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析和處理。白天時(shí)，太陽(yáng)能電池板通過(guò)充電管理模塊給蓄電池充電并監(jiān)控充電的狀態(tài)。傍晚時(shí)，蓄電池給路燈進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)照明效果。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)中中，主要是由單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等組成。(1) 單片機(jī)AT系列和STC系列單片機(jī)的選擇：AT89C系列的單片機(jī)不能進(jìn)行在線編程，AT89S系列和STC系列都可以在線編程，而STC也可通過(guò)串口在線編程，而AT系列采用并口編程方式，相比之下，STC的編程方式更為簡(jiǎn)單也較普遍，所以選擇STC系列。 本次設(shè)計(jì)采用的是STC89C52單片機(jī)。該單片機(jī)是與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，具有速度高，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)4。 a) 主要特性如下：兼容MCS-51指令系統(tǒng) 8k可反復(fù)擦寫(1000次）Flash ROM 32個(gè)雙向I/O口 256x8bit的內(nèi)部RAM 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率0-24MHz 2個(gè)外部中斷源 6個(gè)中斷源 2個(gè)讀寫中斷口線 3級(jí)加密位 2個(gè)串行中斷 可編程UART串行通道 b) 單片機(jī)的引腳說(shuō)明：VCC：電源電壓輸入端。 GND：電源地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，即可利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口除了作為普通I/O口，還有第二功能： P3.0 RXD（串行輸入口）。 P3.1 TXD（串行輸出口）。 P3.2 /INT0（外部中斷0）。 P3.3 /INT1（外部中斷1）。P3.4 T0（T0定時(shí)器的外部計(jì)數(shù)輸入）。 P3.5 T1（T1定時(shí)器的外部計(jì)數(shù)輸入）。 P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通）。 P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀選通）。 P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。I/O口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。89C51的P0、P1、P2、P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口。除了P1口外P0、P2、P3口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：地址鎖存允許/編程脈沖信號(hào)端。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)，低電平有效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許。當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。在單片機(jī)外圍電路中需要一個(gè)復(fù)位電路和一個(gè)時(shí)鐘電路。（2）復(fù)位電路：系統(tǒng)上電時(shí)為單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，系統(tǒng)再撤消復(fù)位信號(hào)。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防止電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位5。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)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(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。手動(dòng)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(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)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(shí)間要求。 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(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)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(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下6。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(fā)”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。 （3）時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)引腳18和引腳19外接電容及晶振， STC89C52單片機(jī)的工作頻率在233MHz范圍之內(nèi)，單片機(jī)工作頻率取決于晶振XT的頻率，通常選用11.0592MHz晶振7。兩個(gè)小電容通常取值3pF，以保證振蕩器電路的穩(wěn)定性及快速性。 此設(shè)計(jì)中P0口做為輸出口用來(lái)驅(qū)動(dòng)LCD顯示，而P0口內(nèi)部又沒(méi)有上拉電阻，所以加上10K上拉電阻。圖3.1為最小系統(tǒng)電路圖。圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.2 顯示電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是LCD1602液晶屏顯示。LCD1602使用非常普遍，在生活中很多地方都能見(jiàn)到LCD1602液晶顯示屏，例如計(jì)算器，遙控器，家用電器等，它主要用來(lái)顯示數(shù)字，字母，專用字符和圖形，具有顯示質(zhì)量高、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)8。此外，LCD1602采用數(shù)字式接口，與單片機(jī)連線簡(jiǎn)單，故采用LCD1602來(lái)顯示。如圖3.2所示為液晶顯示器的管腳圖。圖3.2 LCD1602管腳圖引腳說(shuō)明如表3.1。表3.1 LCD1602引腳圖編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VCC電源地9D2Data 1/02VDD電源正極10D3Data 1/03VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data 1/04RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5Data 1/05R/W讀/寫選擇端（H/L)13D6Data 1/06E使能信號(hào)14D7Data 1/07D0Data 1/015BLA背光源正極8D1Data 1/016BLK背光源負(fù)極 液晶顯示器LCD1602與單片機(jī)STC89C52的接口由一組8位數(shù)據(jù)傳輸線和3根控制線完成。LCD1602的RS、RW、E分別由單片機(jī)的P1.2、P1.1、P1.0來(lái)控制，數(shù)據(jù)輸入口DB0DB7由P0.0P0.7傳輸數(shù)據(jù)，因?yàn)槭墙釉赑0口,所以要接上拉電阻。LCD1602與單片機(jī)的接口電路如圖3.3所示。圖3.3 LCD1602與單片機(jī)的接口電路3.3 按鍵開(kāi)關(guān)電路本次設(shè)計(jì)的按鍵有三個(gè)分別是KSET,K1，K2，分別與P3.1、P3.5、P3.7相接，KSET為設(shè)置鍵，K1、K2分別為加和減，用來(lái)設(shè)置預(yù)設(shè)電壓的切換值。圖3.4 按鍵開(kāi)關(guān)電路3.4 太陽(yáng)能板模塊太陽(yáng)能電池板模塊主要包含了太陽(yáng)能電池板、A/D轉(zhuǎn)換電路。(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，或送至蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)。在眾多太陽(yáng)能電池中比較普遍而且較實(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9。單晶硅太陽(yáng)能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定，適合在陰雨天比較多、陽(yáng)光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū)使用； 多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格比單晶硅低，適合在太陽(yáng)光充足、日照好的東西部地區(qū)使用； 非晶硅太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光照條件要求比較低，適合在室外陽(yáng)光不足的地區(qū)使用。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用的是輸出電壓為5V，輸出電流為1200mA的單晶太陽(yáng)能電池板，尺寸為3535。在光強(qiáng)較弱情況下短路電流也能達(dá)到140mA,滿足設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)在光照充足情況下也可以直接輸出穩(wěn)定的5V。太陽(yáng)能電池板通過(guò)充電管理模塊直接給蓄電池充電，同時(shí)給單片機(jī)提供實(shí)時(shí)電壓值。（2）A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換器即模數(shù)轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱ADC。通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件10。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用ADC0832模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，采用串行方式，對(duì)檢測(cè)電壓的緩慢變化比較有利，外圍電路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。將太陽(yáng)能電池采集到的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字的形式傳輸給單片機(jī)。下面進(jìn)行轉(zhuǎn)換器的接口說(shuō)明。 CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 芯片參考0電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）11。ADC0832與單片機(jī)管腳的接口電路如圖3.5所示。圖3.5 ADC0832與單片機(jī)管腳的接口電路圖 ADC0832的控制原理：ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，為了減少數(shù)據(jù)誤差，用雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，穩(wěn)定性能強(qiáng)、轉(zhuǎn)換速度快。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS端應(yīng)為高電平，芯片禁用。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，將CS使能端置于低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由CPU向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖， DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿之前DI端一定要置為高電平，表示啟始信號(hào)。其功能如表3.2所示。表3.2 ADC0832功能表數(shù)據(jù)地址通道SGL/DIFODD/SIGNCHOCH100+-01-+10+11+ 由上表可知：當(dāng)數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-。當(dāng)數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+。將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。3.5 蓄電池管理模塊蓄電池管理模塊中主要是蓄電池和充電管理系統(tǒng)兩部分。蓄電池主要是通過(guò)吸收太陽(yáng)能電池板的光能轉(zhuǎn)換成的電能，從而通過(guò)充電管理系統(tǒng)來(lái)給自身充電，同時(shí)也給單片機(jī)持續(xù)供電，在傍晚的時(shí)候也同樣給路燈放電。（1）蓄電池由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。鉛酸蓄電池有多種充電形式，主要可分為：恒流充電、恒壓充電、3階段最優(yōu)形式充電。一般來(lái)講，這種蓄電池充電時(shí)，應(yīng)外接直流電源（充電極或整流器），使正、負(fù)極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來(lái)的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)12。其過(guò)充電時(shí)間與充電速率有關(guān)，實(shí)際工作中可以根據(jù)電解液比重的變化來(lái)判斷鉛酸蓄電池的充電程度。鎳鎘（Ni-Cd）蓄電池的正極為氧化鎳，其負(fù)極為海綿狀金屬鎘，電解液多為氫氧化鉀，氫氧化鈉堿性水溶液。小型密封鎳鎘電池的結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，耐沖擊，震動(dòng)，成品電池自放電小，在使用上適合大電流放電，使用溫度范圍廣，零下40度到零上60度。鎳氫（Ni-H）蓄電池鎳氫電池的設(shè)計(jì)源于鎳鎘電池，但在改善鎳鎘電池的記憶效應(yīng)上，有極大的發(fā)展。其主要的改變，在于以儲(chǔ)氫合金取代負(fù)極原來(lái)使用的鎘13。因此鎳氫電池可以說(shuō)是材料革新的典型代表。鎳氫電池所造成的污染，會(huì)比含有鎘的鎳鎘電池小很多。蓄電池是太陽(yáng)能燈具的核心部件。它儲(chǔ)存并釋放電能。蓄電池容量的選擇一般滿足以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天太陽(yáng)能電池組件吸收的能量盡量存儲(chǔ)下來(lái)，同時(shí)還要能夠存儲(chǔ)滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過(guò)小不能夠滿足夜晚照明的需要，容量過(guò)大蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響壽命，造成浪費(fèi)。膠體蓄電池的特點(diǎn)： 深度放電后回充電性能強(qiáng)，甚至在放電后未及時(shí)補(bǔ)充電的情況下容量也能100得到回充； 循環(huán)使用壽命長(zhǎng)達(dá)810年，適合每天使用；適合用于較長(zhǎng)時(shí)間的放電使用； 工作環(huán)境溫度更高； 優(yōu)越的耐低溫性能； 適合在電力干線不穩(wěn)定的環(huán)境下使用； 無(wú)流動(dòng)的膠體電解液使電解液在電池內(nèi)部不產(chǎn)生分層現(xiàn)象； 自放電小，很小均衡充電； 內(nèi)阻低，充電接受能力強(qiáng)。所以綜合考慮，我會(huì)選擇膠體蓄電池。（2）充電管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，直接選取通過(guò)太陽(yáng)能板給蓄電池充電的專用充電管理模塊TP4056，它不僅能自動(dòng)檢測(cè)蓄電池的電壓值，而且能夠判斷蓄電池的飽和程度，充滿電時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，從而很好的防止了蓄電池的過(guò)充現(xiàn)象。該充電管理模塊的價(jià)格便宜，并設(shè)有兩個(gè)LED指示燈，開(kāi)始工作的時(shí)候，當(dāng)蓄電池開(kāi)始充電時(shí)，紅色指示燈亮；當(dāng)蓄電池停止充電時(shí)，藍(lán)色指示燈亮。圖3.6 充電管理系統(tǒng)實(shí)物圖3.6 路燈控制模塊 本次設(shè)計(jì)的路燈控制模塊中，主要包含了路燈和繼電器。（1）路燈 太陽(yáng)能路燈采用何種光源，是判斷太陽(yáng)能燈具能否正常使用的重要指標(biāo)，一般太陽(yáng)能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無(wú)極燈、LED光源。 低壓節(jié)能燈：功率小，光效較高，但使用壽命在2000小時(shí)左右，電壓低，燈管發(fā)黑，一般適合太陽(yáng)能草坪燈、庭院燈。 低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達(dá)200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價(jià)格貴，整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)高，采用較少14。 無(wú)極燈：功率小，光效較高。該燈在220V（純正弦波，頻率50赫茲）普通市電條件下使用，壽命可以達(dá)到5萬(wàn)小時(shí)，但在太陽(yáng)能燈具上使用壽命大大減少，與普通節(jié)能燈差不多（因?yàn)樘?yáng)能燈具都是方波逆變器，太陽(yáng)能電源220V輸出頻率、相位、電壓都是不能和普通市電相比的）。LED：LED燈光源壽命長(zhǎng)，可達(dá)100000小時(shí)，工作電壓低，不需要逆變器，光效較高，國(guó)產(chǎn)50Lm/w，進(jìn)口80Lm/w。隨著科技進(jìn)步，LED的性能將進(jìn)一步提高。所以，為了滿足本次設(shè)計(jì)達(dá)到最佳性能要求，選擇LED作為路燈的光源。（2）繼電器 繼電器是一種靠電磁感應(yīng)工作的自動(dòng)化電器開(kāi)關(guān)。其中包括：一，電流繼電器。二，電壓繼電器。三，熱繼電器。四，時(shí)間繼電器。五，速度繼電器15。繼電器的種類較多，其工作原理和結(jié)構(gòu)也各不相同。在此設(shè)計(jì)中，我們選擇的是電壓繼電器。通過(guò)電壓輸入信號(hào)的變化，而接通或斷開(kāi)控制電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 本設(shè)計(jì)方案中主要是用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)的控制，觸發(fā)電平必須是5V，是為了進(jìn)行智能切換，所以選用直流繼電器，JRC-21F一款觸點(diǎn)切換能力,體積小,性能優(yōu)良,價(jià)格便宜的低電平觸發(fā)的5V繼電器，可控制直流5V/2A，完全可以滿足此次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，JRC-21F故選擇繼電器對(duì)智能開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。繼電器在控制系統(tǒng)中的作用有兩點(diǎn)： 傳遞信號(hào)。它用觸電的轉(zhuǎn)換接通或斷開(kāi)電路以傳遞控制信號(hào)； 功率放大。使繼電器動(dòng)作的功率通常是非常小的，而被其觸點(diǎn)所控制電路的功率要大得多，因此繼電器電路必須有放大功率的作用，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制16。圖3.7為繼電器實(shí)物圖。圖3.7 繼電器實(shí)物圖圖3.8為繼電器接口電路圖。圖3.8 繼電器接口電路單片機(jī)P1.7口與繼電器電路相連，繼電器電路由1K電阻，PNP型三極管，二極管和繼電器組成，三極管在電路中的作用是放大，而放大的極限就是開(kāi)關(guān)，而此處就用到了三極管的開(kāi)關(guān)作用，通過(guò)放大單片機(jī)P1.7端口的信號(hào)，來(lái)控制繼電器吸合或張開(kāi)。3.7 整體電路圖圖3.9 整體設(shè)計(jì)電路圖4.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)的功能此次軟件設(shè)計(jì)主要是先對(duì)LCD1602、ADC0832、按鍵電路進(jìn)行初始化。然后通過(guò)將太陽(yáng)能電池板采集到的電壓值與我們所設(shè)定的預(yù)值相比較，從而來(lái)判斷此時(shí)的環(huán)境是在白天還是晚上，進(jìn)一步通過(guò)對(duì)繼電器的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)路燈的亮滅，達(dá)到照明功能。在此次系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)模塊:A/D轉(zhuǎn)換模塊和繼電器控制模塊。A/D轉(zhuǎn)換模塊主要是將采集回來(lái)的模電電壓樣本轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，編程中A/D轉(zhuǎn)換循環(huán)多次，然后去平均值以減小誤差。 繼電器控制模塊主要是根據(jù)采集回來(lái)的電壓信號(hào)通過(guò)單片機(jī)來(lái)判斷蓄電池是否需要充放電，然后給繼電器以控制信號(hào)。最后再根據(jù)繼電器的工作狀態(tài)判斷此時(shí)LED路燈是否需要照明。軟件的設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)的功能還是通過(guò)光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱來(lái)進(jìn)行電壓的采集，然后與預(yù)設(shè)電壓值相比，從而來(lái)控制路燈的亮滅。4.2 系統(tǒng)流程圖 圖4.1為系統(tǒng)軟件的大體流程圖。圖4.1 程序流程圖該軟件程序的設(shè)計(jì)首先是在整個(gè)系統(tǒng)正常工作的情況下，對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行電壓的采集和分析，根據(jù)給出的電壓臨界值4V與其相比較來(lái)判斷此時(shí)的環(huán)境是在白天還是夜晚，從而給出相應(yīng)的動(dòng)作命令來(lái)確定蓄電池此時(shí)是要充電還是給LED路燈供電。4.2.1 ADC0832的子程序 ADC0832子程序又包括初始化，寫ST位，寫SGL位，寫通道號(hào)位等內(nèi)容。程序如下：uchar RdAdc0832(bit Hx)uchar value0,value1,i; CS=1;CLK=0;DIO=1; CS=0;DIO=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /寫ST位CLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DIO=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/寫SGL位CLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DIO=Hx;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/寫通道號(hào)位CLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DIO=1;for(i=0;i8;i+)CLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();value0=1;if(DIO=1) value0|=0x01;else value0&=0xfe; for(i=0;i=1;if(DIO=1) value1|=0x80;else value1&=0x7f;CLK=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();CLK=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); CS=1;if(value0!=value1) P1&=0X7F;else P1|=0X80; return value0;4.2.2 LCD1602子程序LCD1602顯示器的子程序主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)信息的顯示，包括太陽(yáng)能板的電壓值和設(shè)定電壓值等信息，具體流程如圖4.2所示。圖4.2 LCD1602流程圖寫指令子函數(shù)：void write_com(uchar com)lcdwr=0; /lcdwr為讀寫控制端，lcdwr=0,這里可不寫lcdrs=0; /液晶rs接口為0時(shí),寫指令，rs為1時(shí)寫數(shù)據(jù)P0=com; /將要寫的指令賦給P0口，delay(5); /由1602讀寫操作時(shí)序圖，先將指令賦給P0口，延時(shí)后將使能lcden=1; / 端lcden置高，再延時(shí)一段時(shí)間，然后將lcden置低，這樣指令delay(5); / 就寫入到LCD了lcden=0;寫數(shù)據(jù)子函數(shù)：void write_data(uchar date)/與寫指令類似，這里lcdrs設(shè)為1lcdrs=1;P0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;4.2.3 按鍵子程序此次設(shè)計(jì)共有3個(gè)按鍵，通過(guò)掃描各個(gè)按鍵是否執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，來(lái)判斷設(shè)置是否完成。KSET=0時(shí)，進(jìn)入到設(shè)置模式，光標(biāo)在秒數(shù)字底下閃爍，此時(shí)判斷K1是否按下，若K1按下，數(shù)字加，若K2按下，數(shù)字減。如果再次按下KSET，則設(shè)置完畢。具體按鍵流程圖如圖4.3所示。圖4.3 按鍵流程圖4.3 系統(tǒng)源程序 系統(tǒng)軟件程序采用C語(yǔ)言編程，程序源代碼見(jiàn)附錄C。5.系統(tǒng)電路的搭建與調(diào)試系統(tǒng)電路的調(diào)試可以分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試兩個(gè)部分，在程序設(shè)計(jì)和硬件搭建好之后就可以進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試了，軟件調(diào)試主要是用Keill軟件對(duì)程序進(jìn)行編譯和調(diào)試，該軟件中包括C編輯器、宏編輯器、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。通過(guò)編輯、運(yùn)行，可以檢查出程序錯(cuò)誤。完成后進(jìn)行硬件調(diào)試，由于軟件仿真中的元器件和實(shí)物并不一定是相符的，而且好多實(shí)物在軟件仿真中都是沒(méi)有的，所以要進(jìn)一步對(duì)搭建好的硬件電路進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試電路的導(dǎo)通性，每個(gè)接口的功能是否都正常等等。5.1 系統(tǒng)軟件的仿真 軟件的調(diào)試首先要是軟件上設(shè)計(jì)電路圖，然后利用Keil軟件編寫程序，再進(jìn)行編譯、調(diào)試，然后導(dǎo)入proteus中進(jìn)行調(diào)試，系統(tǒng)軟件的仿真如圖5.1所示。圖5.1 軟件仿真圖5.2系統(tǒng)硬件電路搭建 系統(tǒng)硬件電路主要是由太陽(yáng)能電池板、蓄電池、單片機(jī)、充放電管理模塊、繼電器、LED燈具等組成，單片機(jī)控制輸出太陽(yáng)能電池板采集到的電壓，來(lái)檢測(cè)明暗程度，從而確定蓄電池是應(yīng)該給LED路燈供電還是需要充電。硬件電路如圖5.2所示。圖5.2 硬件電路的搭建圖中，左邊是一個(gè)5V的太陽(yáng)能電池板，主要是負(fù)責(zé)吸收太陽(yáng)光并且提供給蓄電池充電，同時(shí)檢測(cè)外界環(huán)境的電壓的大小值；中間是由單片機(jī)控制的核心部分，A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)對(duì)采集到的模電電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電壓值顯示在顯示器上。此時(shí)，設(shè)置的白天與傍晚的電壓臨界值是4V，通過(guò)對(duì)比就可以分析出外界環(huán)境是處于白天還是晚上了；右邊是一個(gè)蓄電池以及充電、放電管理模塊。白天時(shí)，采集到的電壓值一般會(huì)高于4V，此時(shí)繼電器斷開(kāi)，LED路燈不亮，太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電，晚上時(shí)，采集到的電壓值一般小于4V，此時(shí)繼電器閉合，蓄電池給LED路燈供電，蓄電池自身停止充電。5.3 系統(tǒng)硬件電路的調(diào)試 開(kāi)始調(diào)試之前應(yīng)該注意一下幾點(diǎn)： （1）檢查電源是否完好。 （2）單片機(jī)電源要連接正確，并且保證AT89C51的31號(hào)引腳接高電平。 (3) 如果使用P0口做I/O口，則要在P0口接上拉電阻。 （4）編輯一個(gè)簡(jiǎn)單程序，上電運(yùn)行，檢查單片機(jī)是否正常工作，復(fù)位電路是否正確。 在調(diào)試硬件電路時(shí)，首先調(diào)試的是蓄電池充電管理模塊，主要是調(diào)節(jié)滑變的阻值，使輸出電壓與蓄電池飽和電壓相當(dāng)，大概4.2V。接下來(lái)調(diào)試的是繼電器模塊，首先使用的繼電器驅(qū)動(dòng)是NPN型三極管，導(dǎo)致繼電器出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作指令，最后換成了PNP型三極管才正常工作。造成這個(gè)情況的主要原因是單片機(jī)I/O口默認(rèn)輸出狀態(tài)為高電平，所以一上電就會(huì)驅(qū)動(dòng)繼電器，不斷的發(fā)生錯(cuò)誤指令。后來(lái)在連續(xù)幾次的調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)繼電器在正常工作中連續(xù)跳動(dòng)，導(dǎo)致無(wú)法正常給LED路燈持續(xù)供電，最后發(fā)現(xiàn)是蓄電池在放電時(shí)的電壓不穩(wěn)定呢，出現(xiàn)陡降復(fù)升的現(xiàn)象。后來(lái)我們?cè)谛铍姵貎啥瞬⒙?lián)了一個(gè)大電容就解決了這個(gè)問(wèn)題。硬件的調(diào)試圖如圖5.3。圖5.3 傍晚硬件電路的調(diào)試 上圖5.3說(shuō)明了太陽(yáng)能電池板檢測(cè)到的光線強(qiáng)度較弱，也就是傍晚采集到的模電電壓值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓后約為2.7V，小于我們反復(fù)測(cè)試的白天與傍晚的臨界值4V。所以繼電器的開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)蓄電池就會(huì)持續(xù)給LED路燈供電，達(dá)到照亮的效果。 圖5.4 白天硬件電路的調(diào)試 上面兩個(gè)圖說(shuō)明了太陽(yáng)能電池板此時(shí)檢測(cè)到的光線強(qiáng)度較強(qiáng)，也就是白天采集到的模電電壓值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后的值約為4.2V，大于我們測(cè)試的白天與傍晚電壓的臨界值4V。此時(shí)，繼電器的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，LED路燈不亮，太陽(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)充電管理模塊給蓄電池進(jìn)行充電，充電管理模塊的充電指示燈亮。5.4 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題及解決結(jié)果在硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，開(kāi)始測(cè)試總會(huì)遇到的問(wèn)題就是在檢測(cè)到的電壓小于臨界值3V時(shí)，此時(shí)蓄電池應(yīng)該停止充電，給LED路燈供電，繼電器的開(kāi)關(guān)應(yīng)該閉合。然而繼電器的開(kāi)關(guān)總是在導(dǎo)通和閉合之間來(lái)回波動(dòng)，形成很大的聲響，造成LED路燈不能正常照亮。后來(lái)解決的方法是：將電壓的臨界值調(diào)高至4V，讓模擬的白天和夜晚的電壓值差距變大，就可以恢復(fù)正常了。6.總結(jié)與展望本次設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)，通過(guò)太陽(yáng)能電池板采集到的電壓值將其傳送給單片機(jī)進(jìn)行分析和處理，然后與我們所設(shè)定的臨界值相比較，從而通過(guò)充電管理系統(tǒng)內(nèi)部的功能來(lái)控制蓄電池的充電和放電，同時(shí)也給繼電器一個(gè)動(dòng)作命令來(lái)判斷開(kāi)和關(guān)，進(jìn)一步控制路燈的亮滅。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，基于STC89C52單片機(jī)控制的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的操作比較簡(jiǎn)單快速并且實(shí)時(shí)性強(qiáng),有利于提高太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也改善了蓄電池的工作狀態(tài)，提高了蓄電池的使用壽命。并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化控制。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從軟件部分的設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，提高了我的分析能力，并且讓我學(xué)會(huì)了使用畫圖工具，能夠很快的畫出所需要的電路圖。軟件設(shè)計(jì)要根據(jù)硬件電路的功能來(lái)編寫。通過(guò)Keil來(lái)完成程序的編程與測(cè)試。具體完成了整體電路的仿真，同時(shí)也對(duì)LCD1602、A/D0832、按鍵電路等和單片機(jī)相連的每個(gè)小模塊進(jìn)行了分析和測(cè)試，確保電路是通暢的。從設(shè)計(jì)硬件電路部分上來(lái)說(shuō)，主要完成了硬件電路的搭建，焊接，調(diào)試硬件電路，完成了整體的硬件實(shí)物。在對(duì)太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也遇到了很多的問(wèn)題，也是在一點(diǎn)點(diǎn)的調(diào)試過(guò)程中逐漸完善的。同時(shí)，此次設(shè)計(jì)也提高我的動(dòng)手能力，讓我也更多的參與到課本知識(shí)的實(shí)踐過(guò)程中。在后續(xù)的時(shí)間里，我希望可以通過(guò)時(shí)間控制和光控制相結(jié)合的方法來(lái)繼續(xù)這個(gè)設(shè)計(jì)課題并且完善它。這兩個(gè)相結(jié)合的控制方法可以更精確的判斷時(shí)間的早晚，尤其是在陰雨天也可以得到很好的控制，不至于造成路燈的不正常工作和資源的浪費(fèi)。 致謝我這次的設(shè)計(jì)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(duì)他們的熱心表示誠(chéng)摯的謝意。衷心的感謝我的指導(dǎo)老師薛老師在這幾個(gè)月來(lái)的指導(dǎo)與督促，從畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的選定，到資料收集，到開(kāi)題報(bào)告的寫作、論文的修改，到論文定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助，讓我也學(xué)到了很多知識(shí)。同時(shí)也要感謝我的同學(xué)們對(duì)我的幫助，讓我從原來(lái)對(duì)單片機(jī)一無(wú)所知到對(duì)單片機(jī)有所了解再到現(xiàn)在的會(huì)用C語(yǔ)言在keil軟件上編寫程序，讓我對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)從原來(lái)懼怕到現(xiàn)在從容查資料，設(shè)計(jì)電路，搭建電路，焊接電路，調(diào)試電路。真的學(xué)到了很多。時(shí)間過(guò)的很快，我即將揮別美麗的學(xué)校、可親的老師、一起有過(guò)歡笑淚水的同學(xué)，還有充實(shí)美好的四年大學(xué)生活，雖然依依不舍，但是對(duì)未來(lái)的路，我充滿了信心。最后，感謝在大學(xué)期間認(rèn)識(shí)的所有人，有你們伴隨，我的大學(xué)生活才更加豐富多彩！ 致謝人: 2015.6.5參考文獻(xiàn)1黃海宏，黃長(zhǎng)杰，王海欣著 太陽(yáng)能控制器設(shè)計(jì) J. 電子技術(shù)應(yīng)用，2006.2王為青. 單片機(jī)KEIL CX51應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)M.北京：人民郵電出版社，2007-2.3馮垛生.太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2009,160-166 4王君一，徐仁學(xué).太陽(yáng)能利用技術(shù).北京：金盾出版社，2008,16-35 5熊紹珍，朱美芳.太陽(yáng)能電池基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，2009. 6楊恒. 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