基于單片機的太陽能路燈控制器設計

1、北京化工大學北方學院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY20 屆本科生畢業(yè)設計（論文）學院 學生姓名 專業(yè) 學號 班級 指導教師 誠信申明本人申明：我所呈交的本科畢業(yè)設計（論文）是本人在導師指導下對四年專業(yè)知識而進行的研究工作及全面的總結。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中創(chuàng)新處不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學北方學院或其它教育機構的學位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設計（論文）的同學對本課題所做的任何貢獻均已在文中做了明確的說明并表示了謝意

2、。本人簽名： 年 月 日基于單片機的太陽能路燈控制器設計摘要隨著世界能源危機的加劇，各國都在尋求解決能源危機的辦法，太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、環(huán)保的新能源越來越受到重視，近年來，太陽能路燈在國內許多城市的應用方興未艾，其良好的技術經(jīng)濟性得到了一致的認可。對太陽能路燈控制系統(tǒng)的研究，能把太陽能資源的利用率增加，并且可以在節(jié)約能源方面起到作用。本文設計一個太陽能路燈控制器，使用STC89C52單片機為核心控制器，使用光敏電阻檢測是白天還是黑夜，使用咪頭檢測聲音實現(xiàn)聲控，使用用人體紅外感應模塊檢測是否有人通過。當白天光線較強時，單片機控制LED路燈不打開，當夜晚或陰雨天光線較弱時，

3、LED路燈打開，單片機通過控制輸出PWM的占空比來實現(xiàn)LED路燈燈光強弱的調節(jié)：當無聲音或者無人經(jīng)過路燈時，路燈發(fā)弱光以達到一定的照明目的，若有聲音或者有人通過則發(fā)強光，實現(xiàn)照明，同時更好地實現(xiàn)節(jié)能的目的，太陽能路燈控制器的輸入電源可以通過市電變壓整流獲取也可以從太陽能電池板獲取，并可實現(xiàn)自動切換。關鍵詞：單片機； 光控；聲控；人體檢測；PWM；The Design of solarstreet lampcontroller based on MCUAbstractAs the world energy crisis intensifies,countries are seekingto so

4、lve the energy crisismeasures,solar energy as an inexhaustiblebe inexhaustible,safety,environmental protectionof thenew energyhas been paid more and more attention,in recent years,the solar street lights inmanycitydomestic applicationFang XingAI,its goodtechnical economygotunanimous approval.Study o

5、n thesolarstreet lamp control system,can makeuse of solar energy resourcesto increase the rate,and canplay a rolein energy saving.In this paper,the design of asolar street lamp controller,usingSTC89C52 MCU as the core controller,the use ofphotosensitive resistancedetection isday or night,using themi

6、crophonesound detectionof achieving sound,usinginfrared human bodyinduction moduledetects whethersomeone through.When the daylightis strong,the SCM controlLED lamps do notopen,when the nightor on cloudy dayswhen the light is weak,LED Streetopened,the microcontroller through thecontroloutput of the P

7、WMduty cycle to achievethe regulation of LEDstreet lamplamplight: whenno soundornoafter astreet lamp,street lamphairweak lightto achievelightingpurpose,ifa voiceoris madebymanrealize lighting,glare,andbetter achievethe purpose of energy saving,the input power supplyof solar street lamp controllercan

8、accesscan also beobtained fromthe solar battery boardthrough the city ofelectrictransformer rectifier,and can realize theautomatic switching.Key words: Single chip microcomputer;light;voice;human detection;PWM;目錄前言1第1章課題研究背景與價值3第1.1節(jié)選題的意義與價值3第1.2節(jié)研究綜述4第1.3節(jié)課題的研究意義與目的4第1.4節(jié)研究范圍與內容5第1.5節(jié)研究視角與方法5第2章 基于

9、單片機太陽能路燈控制器的概況8第2.1節(jié)太陽能路燈控制器的概念8第2.2節(jié)太陽能路燈控制器的基本情況8第3章系統(tǒng)設計方案10第3.1節(jié)系統(tǒng)設計的任務10第3.2節(jié)硬件設計方案10第4章系統(tǒng)總體方案及元器件介紹13第4.1節(jié)單片機介紹13第4.2節(jié)熱釋電紅外傳感器介紹18第4.3節(jié)光敏電阻介紹20第4.4節(jié)聲音檢測模塊介紹20第4.5節(jié)單片機晶振電路原理及作用22第4.6節(jié)PWM控制技術介紹23第5章硬件電路的設計及原理24第5.1節(jié)單片機系統(tǒng)24第5.2節(jié)電源電路及作用26第5.3節(jié)光強度檢測電路及作用27第5.4節(jié)熱式紅外傳感器電路及作用28第5.5節(jié)聲音檢測電路及作用29第5.6節(jié)PWM控

10、制技術及路燈驅動電路30第5.7節(jié)電路設計軟件功能介紹31第6章系統(tǒng)軟件設計33第6.1節(jié)系統(tǒng)程序流程圖及主程序33第6.2節(jié)定時器子程序及作用37第6.3節(jié)PWM生成程序設計及作用38前言世界經(jīng)濟飛速發(fā)展，需要更多的能源作為支撐，而石油、煤炭、天然氣等常規(guī)能源隨著開采的不斷加劇，總量急劇減少，供需矛盾十分明顯，越來越多的地方因為用電量日益劇增，負荷加大，已不堪承擔，在夏天出現(xiàn)經(jīng)常性的拉閘停電現(xiàn)象，嚴重影響了居民生活水平，影響了經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，國家雖然加大力氣，整頓小煤窯，合理開采煤炭、大力發(fā)展坑頭電站、優(yōu)先發(fā)展風力發(fā)電、太陽能光伏系統(tǒng)，采取了一系列的措施，但是和經(jīng)濟飛速發(fā)展對能源的需求，

11、尤其是對電能的需求，仍然極不配套。一方面加大力度反戰(zhàn)火電、水電的同時，大力發(fā)展風力、潮汐能發(fā)電、太陽能發(fā)電等，盡可能的生產(chǎn)出更多的電能供經(jīng)濟飛速發(fā)展的需求。另一方面要大力提倡節(jié)約電能，因為生產(chǎn)畢竟是有限的，而節(jié)約可以起到意想不到的作用。同時隨著各種能源尤其是石油、煤炭的大量消耗，大量的二氧化硫、氮氧化合物和二氧化碳排放到空氣中，嚴重污染環(huán)境，給人類賴以生存的環(huán)境帶來了滅絕性大災難。大量的人因為呼吸了有害氣體或者食用了含有有害氣體的食物而引發(fā)了各式各樣的疾病。人類正面臨從未有過的生態(tài)和環(huán)境問題。隨著我國經(jīng)濟的快速增長，能源需求大幅增加，能源供需矛盾突出。尤其是近兩年，全國用電量及電負荷增加較快，

12、去年以來已有三分之一的?。▍^(qū)、市）出現(xiàn)了不同程度的缺電甚至拉閘限電現(xiàn)象，嚴重影響經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活水平提高。能源是人類社會賴以生存發(fā)展的重要資源。全球人口增長和經(jīng)濟增長對能源的需求日益增加，長期過量開采煤炭、石油、天然氣這些常規(guī)能源，致使其儲量減少。劇聯(lián)合國等官方資料估計，地殼中剩下的石油還可以開采35年、天然氣40年、煤炭110年，人類面臨何等的能源的壓力，同時，由于長期使用煤炭和石油等污染的能源，所導致的環(huán)境和生態(tài)問題，已嚴重威脅人類自身的生存。因為大量消耗能源尤其是火力電能而引發(fā)的環(huán)境污染問題日趨加劇，全球氣候變暖，南極冰川融化、溫室效應加劇等等。節(jié)約潛力大是我國目前照明用電最明顯的

13、一個特色。因為用電效率很低，浪費又比較嚴重，所以有很大的節(jié)約空間。倡導全民節(jié)約用電，可以有效的減少環(huán)境污染，保護環(huán)境，有利于人民生活水平的穩(wěn)步提升。我國目前倡導的節(jié)能方案均能達到20%左右的節(jié)能目標，而本文提出的節(jié)能總體方案節(jié)能效果可高達40%，全國一盤棋，40%是什么概念，按照2005年統(tǒng)計結果，每年路燈照明用電總費用為200億元左右，那么40%就是80億元人民幣。各地政府逐漸加大城市道路照明新改建的力度，根據(jù)中國市政工程協(xié)會城市道路照明專業(yè)委員會對718個城市路燈管理單位統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自2004年底以來總投資約260億元人民幣，其中新改建路燈約投資100億元左右，凈增路燈500余萬盞。到200

14、7年底718個城市照明設施已達1372萬盞，比2004年統(tǒng)計數(shù)凈增33.9%。有45%以上城市道路裝燈率達100%；62%以上城市公共區(qū)域裝燈率達95%；100%城市亮燈率達97%以上的驕人成就，照亮了城市、沒話了環(huán)境，得到了城市市民的好評。根據(jù)路燈設施不完全調查統(tǒng)計，三年來路燈總盞數(shù)從920盞增加到1372萬盞,增加了33.9%，而路燈總功率2004年為161.7萬Kw，2007年為197萬Kw，缺只增長了18.26%。這說明路燈總盞數(shù)增長，總功率沒有同比增長，照明總功耗電量卻在下降。到目前為止，節(jié)能型光源電器的采用量已占整個路燈光源電器用量的80.6%，抵效高耗的白熾燈、高壓汞燈逐步被高光

15、低耗能的節(jié)能燈、高壓鈉燈所取代。在道路照明的燈具選用上，嚴格按功能為主裝飾為輔的原則，光源電器選擇以節(jié)能型產(chǎn)品為主，如變功率整流器、降壓、降流節(jié)電控制器、智能型分時段控制和無線三遙監(jiān)控系統(tǒng)等新技術、新材料等得到了廣泛應用。此次設計的是一種體積很小，結構化較為簡單，安全性能和可靠性能很高，功能較為齊全的太陽能路燈控制器，具有很高的經(jīng)濟利益與市場價值。第1章課題研究背景與價值路燈照明控制系統(tǒng)是一項復雜、多樣的系統(tǒng)工程，其照明燈具有白熾燈、高壓汞燈、熒光燈、高壓鈉燈、金鹵燈、無極燈、霓虹燈、LED燈等；其能源誘惑力發(fā)電、水利發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐能發(fā)電、核能等；其控制方式有手動、光控、鐘空

16、、幾種回路控制、GPRS遠程控制等；涉及到計算機、軟件、通信、電力、材料、制造、數(shù)學等多學科尖端技術的交叉應用，近年來隨著各地路燈照明控制系統(tǒng)的大面積推廣應用，每天要消耗大量的電能，其能耗問題日益引起社會的重點關注。研究一種節(jié)能的高效的自動化程度高的路燈控制器具有重要的理論研究意義和實際應用價值。第1.1節(jié)選題的意義與價值1.1.1 理論意義與價值隨著世界能源危機的加劇，各國都在尋求解決能源危機的辦法，太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、環(huán)保的新能源越來越受到重視，近年來，太陽能路燈在國內許多城市的應用方興未艾，其良好的技術經(jīng)濟性得到了一致的認可。對太陽能路燈控制系統(tǒng)的研究，能把太陽能

17、資源的利用率增加，并且可以在節(jié)約能源方面起到作用。太陽能路燈控制器是一個復雜的自動化控制設備，其研究涉及到計算機、軟件、通信、電力、材料、制造、數(shù)學等，是一個多學科的融合，體現(xiàn)了多學科尖端技術的交叉應用。1.1.2 實踐意義與價值我國每年路燈照明大約要消耗200億元左右的人民幣，而且隨著城市建設的快速發(fā)展，每年仍然以很快的速度在急劇增長。日益增加的財政開支使得許多城市都不約而同的開始采用隔盞開燈的方法來節(jié)省電費。由于要實現(xiàn)隔盞開燈，在施工的時候就必須先分好電纜的抽頭，分好組來實現(xiàn)分組控制，無形之中增加了施工的難度和施工成本。好多地方通過這種方法省了部分電費，卻又引發(fā)了一些道路交通安全事故的發(fā)生

18、，許多地方因為在道路上形成了許多照明盲點，而引發(fā)不少的交通事故。這些國外早就不用的節(jié)能方法，距離我們要實現(xiàn)的按需照明目標，還要遙遠的多。太陽能是一種取之不盡用之不竭的綠色能源，利用太陽能完成為道路照明系統(tǒng)體提供能源，是一種節(jié)能環(huán)保措施，設計太陽能路燈控制器實現(xiàn)了路燈的自動控制，進一步提高能源的利用率，是今后照明系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，具有很高的實踐意義與使用價值、第1.2節(jié)研究綜述我國在20世紀年代開始研究太陽能電池，于1971年首次成功應用于我國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星。此后，光伏發(fā)電就不斷摸索中發(fā)展。國內路燈控制從1988年便開始快速發(fā)展起來，不斷的前進，從開始的單純的亮度到現(xiàn)在的美觀、有序、實用、節(jié)

19、能的多方面去發(fā)展?？刂飘斨械南到y(tǒng)完善程度和控制的自動化不斷改進，科技含量不斷提高。中國的光伏技術經(jīng)過了50年的努力，已經(jīng)具有一定的水平和基礎，但是與世界先進國家相比仍有不小的差距。發(fā)達國家早在20世紀80年代中期己陸續(xù)開始建立了城市路燈集中監(jiān)控系統(tǒng)，隨著計算機技術以及通信技術的發(fā)展，發(fā)達圈家的城市路燈管理大都具備了計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，這些系統(tǒng)有的相對獨立，有的已融入龐大的市政公共設施網(wǎng)絡系統(tǒng)。美國于1973年首先制定了政府光伏發(fā)電發(fā)展計劃，明確了近、中、遠期的發(fā)展戰(zhàn)略目標；日本于1974年開始執(zhí)行“陽光計劃”，投資5億美元，迅速發(fā)展成為世界太陽能電池的生產(chǎn)大國。自上世紀80年代以來，其他發(fā)達國家，

20、如德國、英國、法國、意大利、西班牙、瑞士、芬蘭等，也紛紛制定了光伏發(fā)展計劃，并投入了大量資金進行技術開發(fā)和加速工業(yè)化進程。第1.3節(jié)課題的研究意義與目的針對目前我國內外路燈控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀：燈具以高壓鈉燈占900、LED占8、其他占2；能源消耗以電能占85、太陽能占10、其他占5；控制系統(tǒng)以手動、光控、鐘控占70，集中回路控制占25，GPRS占5；能耗高、監(jiān)控不便。提出了符合國情的太陽能路燈照明控制系統(tǒng)低碳節(jié)能總體解決方案：針對以電能消耗為主占照明燈具90的高壓鈉燈采用單燈調光節(jié)能控制系統(tǒng)，對現(xiàn)有的市區(qū)照明調光節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)進行改進，采用STC89C52單片機為控制核心，外圍輔助光檢測模塊、聲音檢

21、測模塊、紅外人體感應模塊，采用PWM技術，實現(xiàn)太陽能路燈自動控制器設計，。當白天光線較強時，單片機控制LED路燈不打開，當夜晚或陰雨天光線較弱時，LED路燈打開，單片機通過控制輸出PWM的占空比來實現(xiàn)LED路燈燈光強弱的調節(jié)：當無聲音或者無人經(jīng)過路燈時，路燈發(fā)弱光以達到一定的照明目的，若有聲音或者有人通過則發(fā)強光，實現(xiàn)照明，同時更好地實現(xiàn)節(jié)能的目的，太陽能路燈控制器的輸入電源可以通過市電變壓整流獲取也可以從太陽能電池板獲取，并可實現(xiàn)自動切換。對于新建的市政照明基礎設施，大力發(fā)展新興能源太陽能和節(jié)能燈具LED相結合的太陽能LED，實現(xiàn)0污染的最終低碳節(jié)能目標。第1.4節(jié)研究范圍與內容太陽能路燈控

22、制器設計包括三個方面：（1）智能化設計 太陽能路燈控制器所選用的智能化控制系統(tǒng)，自動完成光線檢測，聲音檢測與紅外人體檢測，根據(jù)外界環(huán)境做出判斷，實現(xiàn)路燈的自動通斷，采用PWM調制技術，具備路燈光亮度自動調節(jié)能力。（2）模塊化設計模塊化設計是一種先進的設計理念，太陽能路燈控制器即采用模塊化設計方法，系統(tǒng)分為控制模塊與傳感器檢測模塊，采用了模塊化設計，方便安裝、調試與維修。（3）穩(wěn)定性設計 太陽能路燈控制器能夠高效穩(wěn)定的運行，電源是一個關鍵因素。太陽能路燈控制器電源有兩部分組成，一是交流電整流濾波穩(wěn)壓獲取，一是太陽能電池板獲取，優(yōu)先使用太陽能電池板輸出直流電，在太陽能電池板電壓下降時自動切換到交流

23、電，保證了控制器的正常運行，提高了設備的穩(wěn)定性。第1.5節(jié)研究視角與方法1.5.1 研究視角太陽能路燈控制器的研究視角就是研究控制器的內容和匹配條件，可以從從技術 、經(jīng)濟、工程等多個方面進行調查和分析，并對項目建成以后可能取得的各方面效益進行多方面的計算和預測，從而可以對這項控制器的研發(fā)進行投資評估和如何才能制造的意見進行采納，這樣為項目的策劃提供了一種全面的分析規(guī)劃。這種研究方法的預見性、科學性、公正性和可靠性都比較全面?？刂破餮芯繄蟾媸窃贈Q定制造項目之前具有權威性意義的材料，是在投資策劃太陽能路燈控制器項目之前，是比較科學的對項目的全方位經(jīng)濟分析的有效方法，在投資管理的過程中，可行性研究就

24、是對建造項目有關的各方面因素進行調研和分析以及預測建成后的經(jīng)濟效益。1.5.2 研究方法方案一：時控技術就是在路燈照明控制柜里面安裝一個時鐘控制器，根據(jù)提前設定好的開關燈時間來控制路燈相關供電回路的開關。相關文獻指出了在一些電子電路中引入時鐘控制器的必要性，同時介紹了時鐘控制器的工作原理和設計方法。應用于嵌入式控制系統(tǒng)的16位時鐘控制器的工業(yè)核設計，采用了JTAG可測試性設計電路，采用時鐘控制方式分散式控制路燈較人工控制方式提高了效率，其缺點是遇到陰天、節(jié)假日、領導視察、接待外賓等特殊情況需要修改開關燈時問時，就需要工作人員去到每一個配電柜人工設置時鐘控制器，費時費力。夏天和冬天日出時間的不斷

25、變化對開關燈時間設置的影響也十分突出。方案二：隨后出現(xiàn)了路燈集中式節(jié)能柜技術，基于ATmega64單片機的智能路燈節(jié)電器節(jié)電的工作原理一起控制方式就是其中主要代表。集中式節(jié)能柜，實際上就是一個穩(wěn)壓變壓器，低檔一點的就是幾個抽頭，后半夜線路電壓上升了就降一檔，有的產(chǎn)品為了追求節(jié)電效率，不管三七二十一先把電壓降了再說，結果燈都不亮了。先進一點的就有個粗糙一點的穩(wěn)壓功能，到后半夜，降電壓降到190V，很多線路老化的地方末端的燈就熄滅了。一個變壓器，輸入是交流220V，輸出可有很多種電壓，看你的需要定制，集中式節(jié)電器，就是一臺大的變壓器，只不過兩邊的電壓差不多，輸入220V，輸出可能是210V，或者有

26、很多組，210V、200V、190V。城市照明的供電線路有一個特點，就是前半夜電壓低，后半夜電壓高，這個與市民對照明的需求剛好是相反的，這就出現(xiàn)了，我不用那么亮的時候，燈特別地亮，集中式節(jié)電器就是抓住了這個特點，吃的是電壓差造成的能源浪費。這種技術的節(jié)能率是20左右，但是缺陷是相當嚴重的，主要表現(xiàn)如下：很多產(chǎn)品(可以說幾乎所有的集中式節(jié)能柜)是通過降壓10、20V來實現(xiàn)節(jié)電的，前半夜電壓很低，繼續(xù)降壓，路燈照度就更低了，有時候整片地不亮，給路燈維護人員造成許多不必要的麻煩，超過一半的工程案例會出現(xiàn)這樣的情況。所以，很多已經(jīng)上了集中式節(jié)能柜的路燈所就把其“旁路”，所謂旁路，就是輸入輸出直通，節(jié)能

27、柜就成了一個昂貴的接線盒。所以做這種項目，會給隨后做高端的節(jié)能項目造成不必要的麻煩。集中式節(jié)能柜的其它缺陷：集中式節(jié)能柜主要有兩種調壓技術，其一：采用觸頭連續(xù)調壓，這種比較貴，有一定的自動穩(wěn)壓功能，設備有自動控制模式，根據(jù)設置在不同的時段輸出不同的電壓，外部電壓的變化會引起設備自動平衡，這種模式壽命較短，主要取決于觸頭壽命，大電流會導致觸頭滑動時發(fā)生電弧，導致氧化。其二：就是換檔模式，也就是變壓器有幾個抽頭，分別對應不同電壓，這種結構簡單，產(chǎn)品很少出問題，缺陷是不能自動穩(wěn)壓，換檔時產(chǎn)生電流停頓，持續(xù)不好會導致滅燈。這是以降低用戶的照明質量來節(jié)省電能。通過降低電壓來節(jié)能，其實電力局早就憤憤不平，

28、城市照明大部分就用的是專用變壓器，專用變壓器一般是十千伏轉220V的，考慮到社會負荷變化導致線路電壓變化，為了避免熄燈，電力局專門將電壓調整到230V左右輸出，略高于民用電，如果需要減壓來進行節(jié)能，讓電力局來調整一下箱變(很多箱變有輸出電壓微調裝置)即可。方案三：以單片機為控制核心，采用光控技術，在路燈照明控制中心的室外安裝一臺有光敏元件組成的光度傳感器，隨時檢測室外的光的強度，當光強度低于某一個提前設定的值時，就強行打開所有的路；當光強度高于某一個提前設定的值時，就強行關掉所有的路燈，同時配合咪頭檢測聲音實現(xiàn)聲控，使用用人體紅外感應模塊檢測是否有人通過。當白天光線較強時，單片機控制LED路燈

29、不打開，當夜晚或陰雨天光線較弱時，LED路燈打開，單片機通過控制輸出PWM的占空比來實現(xiàn)LED路燈燈光強弱的調節(jié)：當無聲音或者無人經(jīng)過路燈時，路燈發(fā)弱光以達到一定的照明目的，若有聲音或者有人通過則發(fā)強光，實現(xiàn)照明，同時更好地實現(xiàn)節(jié)能的目的，太陽能路燈控制器的輸入電源可以通過市電變壓整流獲取也可以從太陽能電池板獲取，并可實現(xiàn)自動切換。全面的比較著三種方案，方案三的設計考慮的比較全面，所采用的設備都是比較普遍的，并且整個系統(tǒng)的工程造價也不高，有很高的使用價值還有廣闊的發(fā)展前途。第2章 基于單片機太陽能路燈控制器的概況本章介紹了太陽能路燈控制器的概念和太陽能路燈控制器當今的狀況，為本設計提供了良好的

30、應用價值，下面我們來詳細了解一下。第2.1節(jié)太陽能路燈控制器的概念太陽能路燈控制器是普通路燈控制器概念的拓展，是根據(jù)節(jié)能環(huán)保的要求對普通路燈升級與完善。太陽能路燈控制器是指：使用太陽能電池板作為普通路燈的電源，白天太陽能電池板吸收太陽能并存儲，夜間為路燈供電；同時具備自動控制功能，使用光敏元件檢測光線的強弱，作為路燈開啟關閉的條件，配合聲音檢測模塊與紅外人體檢測模塊，使用PWM技術完成對路燈亮度的調節(jié)，是一個高效節(jié)能環(huán)保的照明系統(tǒng)自控設備。當今社會、科技的不斷發(fā)展和進步以及人們生活水平的逐步提高，路燈不再僅僅是分離人與外界接觸的物體，而是美觀和科技的一種象征。太陽能路燈控制器來到了人們的平常生

31、活同時太陽能路燈控制器也成為體現(xiàn)建筑物智能化水平重要的標準之一。它具有快捷、方便、美觀、自動化程度高等優(yōu)點，同樣使人類的使用和管理更加的方便快捷，大大增加了其可靠性能。它的出現(xiàn)更讓人們明白了數(shù)字化時代的發(fā)展將使是人們的生活發(fā)生質的改變?？刂葡到y(tǒng)是太陽能路燈控制器的精華所在，也是衡量太陽能路燈控制器設計水平的重要體現(xiàn)，同時太陽能路燈控制器系統(tǒng)將會逐漸向大型化和智能數(shù)字化的方向迅速發(fā)展。第2.2節(jié)太陽能路燈控制器的基本情況縱觀當今市場的情況，歐州、日本、本土品牌都已經(jīng)在市場上取得一定的份額，并確立了各自在市場中的定位及發(fā)展模式。而各種規(guī)模的太陽能生產(chǎn)銷售廠商則更以數(shù)百計。中國已成為全球太陽能路燈控

32、制器最大市場及生產(chǎn)制造中心，太陽能路燈控制器的發(fā)展前景十分可觀，全球的太陽能路燈控制器廠商都試圖在中國謀求發(fā)展。市場競爭日趨激烈。 由于使用地點的不同對太陽能路燈控制器的設計安裝也有著不同的要求，所以生產(chǎn)商傾向于采用對用戶直銷或者與有安裝設計能力的系統(tǒng)集成商合作進行商業(yè)銷售。外資品牌與內資品牌相比更注重品牌形象的建設和宣傳，內資企業(yè)則更注重產(chǎn)銷量的提升。一些內資企業(yè)除生產(chǎn)自有品牌產(chǎn)品外，還代理銷售或貼牌生產(chǎn)外資品牌的產(chǎn)品，銷售模式更加多元化。在日趨激烈的競爭中，各企業(yè)都針對自身特點采用各種方法擴大市場份額。其中比較普遍的一種方式是對生產(chǎn)以及下游銷售渠道進行產(chǎn)業(yè)鏈整合。太陽能路燈控制器最為常見的

33、光控形式，使用光敏元件檢測光線強度，判斷白天還是黑夜，作為開啟或者關閉路燈的條件；同時配合聲音檢測與紅外人體檢測模塊。光敏元件檢測為黑夜時，當有聲音或者人靠近時，將開啟路燈，通過PWM技術控制路燈緩慢變亮，實現(xiàn)照明。由于現(xiàn)代化的太陽能路燈控制器可以實現(xiàn)無人看管，并且可以節(jié)約能源。隨著技術的的不斷增進, 各種智能化控制系統(tǒng)將逐漸進入太陽能路燈控制器的應用中去。第3章系統(tǒng)設計方案本章主要講解了本設計的設計方理念和設計方案，詳細介紹了太陽能路燈控制器主要完成的任務。第3.1節(jié)系統(tǒng)設計的任務設計（論文）的主要任務及目標：本文設計一個太陽能路燈控制器，使用STC89C52單片機為核心控制器，使用光敏電阻

34、檢測是白天還是黑夜，用聲音檢測模塊檢測是否有聲音，用人體紅外感應模塊檢測是否有人通過。當白天光線較強時，單片機控制LED路燈不打開，當夜晚或陰雨天光線較弱時，LED路燈打開，單片機通過控制輸出PWM的占空比來實現(xiàn)LED路燈燈光強弱的調節(jié)：當無聲音或者無人經(jīng)過路燈時，路燈發(fā)弱光以達到一定的照明目的，若有聲音或者有人通過則發(fā)強光，待聲音消失或者人走遠后，路燈減弱為弱光照明，以更好地實現(xiàn)節(jié)能的目的 。圖3.1設計原理框圖圖第3.2節(jié)硬件設計方案3.2.1 單片機選擇STC89C52是南京宏晶科技有限公司自主研發(fā)的高性能51系列單片機，是較傳統(tǒng)的89C51單片機的增強版本。他是低能耗的高性能8位處理器

35、，具有8K可編程Flash 存儲器。使用宏晶科技公司密度很高不易失性存儲器制作，可以和工業(yè)上的C51 產(chǎn)品指令和引腳兼容。片上FLASH系統(tǒng)存儲器在系統(tǒng)中可以編輯程序，適合平常的編程器。在芯片上，有靈活的八位CPU 并且在系統(tǒng)中可以編程FLASH，使得STC89C52為許多的嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活度高有效度高的方案1。3.2.2 光敏檢測模塊選擇光敏檢測模塊選用的是光敏電阻，光敏電阻又稱光敏電阻器或光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運

36、動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。利用光敏電阻阻值隨光強度變化的特性來檢測光線強度，將光強度信號變?yōu)殡妷盒盘枺ㄟ^與比較器設置電壓比較輸出電平變化，完成光強度檢測。3.2.3 聲音檢測選擇聲音檢測使用駐極體電容式咪頭，咪頭是將聲音信號轉換為電信號的能量轉換器件，是和喇叭正好相反的一個器件（電聲）。是聲音設備的兩個終端，咪頭是輸入，喇叭是輸出。又名麥克風，話筒，傳聲器，咪膽等。對于一個駐極體咪頭，內部存在一個由振膜，墊片和極板組成的電容器，因為膜片上充有電荷，并且是一個塑料膜，因此當膜片受到聲壓強的作用，膜片要產(chǎn)生振動，從而改變了膜片與極板之間的距離，從

37、而改變了電容器兩個極板之間的距離，產(chǎn)生了一個d的變化，電容器必然要產(chǎn)生一個C的變化，由于C的變化，充電電荷又是固定不變的，因此必然產(chǎn)生一個V的變化，這樣完成了一個由聲信號到電信號的轉換。3.2.4 紅外人體檢測模塊選擇探測模塊是選用的紅外探測器，材料是高熱電系數(shù)材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷等制成。尺寸為兩平方微米左右的元件。把一到兩個探測元健壯如一個探測器中，而且探測元件之間必須串聯(lián)起來，這樣可以防止由于溫度上升產(chǎn)生的干擾。要使探測器的靈敏度和探測距離增大，可以選擇在探測器上安裝菲涅爾透鏡。透鏡的材料是由透明的塑料制作而成，把透鏡分成無數(shù)個等分并分為上下兩個部分?？梢詫⑼哥R和放大電路相互配合使用，可

38、以將探測到的信號放大數(shù)倍，并且探測距離也可以增加到幾米甚至幾十米，這樣使用效果會更好。3.2.5 LED驅動模塊選擇點亮LED需要較大電流，通常單片機直接輸出無法驅動LED，因此需要功率管來放大單片機輸出電流完成對LED的驅動。功率管選用三極管，三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導體器件，其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號，也用作無觸點開關。晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)

39、，排列方式有PNP和NPN兩種，課題選用PNP三極管。3.2.6 電源模塊選擇電源有兩部分組成，兩部分同時存在，獨立工作。一部分由取自交流電，通過變壓器降壓，整流橋整流，電容濾波后使用線性穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓后給控制器供電；另一部分來自太陽能電池板，課題中采用電池盒串聯(lián)電池代替太陽能電池板，這樣便于設計的演示并且經(jīng)濟實惠，在大道設計要求的情況下，節(jié)約了設計成本。第4章系統(tǒng)總體方案及元器件介紹此章節(jié)主要介紹了系統(tǒng)硬件的選擇和各元器件的資料和功能，下面我們來詳細了解一下。第4.1節(jié)單片機介紹4.1.1 單片機的發(fā)展及運用什么是單片機？在半導體硅片上集成：CPU、RAM、中斷系統(tǒng)、ROM、定時器、I/O、系

40、統(tǒng)時鐘電路以及系統(tǒng)總線的微型計算機，因為具有了微信計算機的功能和屬性，所以又稱為單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機自從出現(xiàn)以來，性能上在逐漸的提高和完善，它不僅能夠滿足很多場合的應用需求，而且具有集成度高、功能強、速度快、體積小、使用方便、性能可靠、等特點。從單片機結構來說，既有單CPU系統(tǒng)，又有雙CPU系統(tǒng)；從通信總線來說，既有RS-232串行總線，又有CAN現(xiàn)場總線；從開發(fā)語言來說，所有系統(tǒng)均以ASM 52和S52兩種語言分別實現(xiàn)2。單片機的發(fā)展歷史大概分為三個階段：（1）第一階段（1976年-1978年）：初期單片機微處理階段。此時期的單片機已有八位中央處理器，并行 I/O 口、八位時

41、序同步計數(shù)器，尋址范圍 4KB，這個階段的單片機并沒有串行口應用； （2）第二階段（1978年-1982年）：中級單片機的微處理機階段，這個階段的單片機已經(jīng)有了I/O口，已經(jīng)有了多級中斷處理系統(tǒng)，十五位的時序同步技術器，數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器容量增大，尋址范圍可達64KB；（3）第三階段（1982年-至今）：就是十六位單片機的微處理階段。這次設計的中央處理部分使用的是STC89C52單片機, STC89C52所采用8052核的ISP（在可編程芯片中，最高工作的時鐘頻率為80MHz，片內含8K Bytes可反復的擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C5

42、1引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有了系統(tǒng)可編程的特性，并且配合PC端的控制程序就可以將用戶的程序燒進單片機里面，可以省去了購買通用編程器的時間，并且運行速度更加得快3。STC89C52單片機的特點4：（1）增強型1T 流水線/精簡指令集結構8051 CPU；（2）電壓：3.4V-5.5V/ 2.0V-3.8V；（3）頻率范圍：0-35 MHz，就等同為普通8051的0420MHz。（4）使用者的應用程序的空間 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K字節(jié)；（5）集成512 字節(jié)RAM在單片機上；（6）通用I/O 口（27/23個）；（

43、7）ISP（系統(tǒng)中可編程）/IAP（應用中可編程），不需要專用編程器的編輯；（8）EEPROM的可使用功能；（9）看門狗功能；（10）可在內部集成MAX810 專用的復位電路；（11）時鐘源：外部的高精度晶體/ 時鐘，內部R/C 振蕩器。（12）有2個16 位定時器/ 計數(shù)器；（13）外部中斷2 路；（14）(UART) 通用的異步串行口；（15）溫度的使用范圍：0 -75/ -40 -+85；STC89C52單片機管腳如圖4.1所示。圖 4.1 STC89C52單片機管腳圖4.1.2 STC89C52單片機管腳說明單片機的管腳說明5如表4.1所示。表4.1單片機的管腳說明管腳管腳編號說明LQ

44、FP44PDIP40PLCC44P0.0P0.7373039324336P0：口即可作為輸入/輸出口，也可作為地址/數(shù)據(jù)復用總線使用。P0口作為輸入/輸出口時，P0是一個8位準雙向口，上電復位后處于開漏模式。P0口內部無上拉電阻，所以作I/O口必須外接10K4.7K的上拉電阻。當P0作為地址/數(shù)據(jù)復用總線使用時，是低8位地址線A0A7，數(shù)據(jù)線的D0D7，此時不需要在外部接上上拉電阻。P1.0/T24012P1.0標準I/O口 PROTI0T2定時器/計數(shù)器2的外部輸入P1.1/T2EX4123P1.1標準I/O口 PORT11T2EX定時器/計數(shù)器2捕捉/重裝方式的觸發(fā)控制 P1.24234標

45、準I/O口 PORT12P1.34345標準I/O口 PORT13P1.44456標準I/O口 PORT14P1.5167標準I/O口 PORT15P1.6278標準I/O口 PORT16P1.7389標準I/O口 PORT17P2.0P2.7182521282431Port2:P2口內部需要上拉電阻，作為輸入/輸出口，可作為高8位地址總線使用。當P2口是為輸入/輸出口時，P2是一個8位的準雙向口。續(xù)表管腳管腳編號說明LQFP44PDIP40PLCC44 P3.0/RxD51011P3.0標準I/O口 PORT30RxD串口1數(shù)據(jù)接收端P3.1/TxD71113P3.1標準I/O口 PORT3

46、1TxD串口1數(shù)據(jù)發(fā)送端3.2/INT081214P3.2標準I/O口 PORT32INT0外部中斷0,下降沿中斷或低電壓中斷P3.3/INT191315P3.3標準I/O口 PORT33INT1外部中斷1,下降沿中斷或低電壓中斷P3.4/T0101416P3.4標準I/O口 PORT34T0定時器/計數(shù)器0的外部輸入P3.5/T1111517P3.5標準I/O口 PORT35T1定時器/計數(shù)器1的外部輸入P3.6/WR121618P3.6標準I/O口 PORT36WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖P3.7/RD131719P3.7標準I/O口 PORT37RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖P4.01723P4.

47、0標準I/O口 PORT40P4.12834P4.1標準I/O口 PORT41P4.2/INT3391P4.2標準I/O PORT42INT3外部中斷3，下降沿中斷或低電平續(xù)表管腳管腳編號說明LQFP44PDIP40PLCC44P4.3/INT2612P4.3標準I/O 口PORT43INT2外部中斷2，下降沿中斷或低電平中斷P4.4/PSEN262932P4.4標準I/O口 PORT44PSEN外部程序存儲器選通信號輸出引腳P4.5/ALE273033P4.5標準I/O口 PORT45ALE地址鎖存允許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳P4.6/EA293135P4.6標準I/O口 PORT46

48、EA內外存儲器選擇引腳RST4910RST復位腳XTAL1151921內部時鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個引腳。當直接使用外部時鐘源時，此引腳是外部時鐘源的輸入端XTAL2141820內部時鐘電路反相放大器的輸出端，接外部晶振的另一端。當直接使用外部時鐘源時，此引腳可浮空，此時XTAL2實際將XTAL1輸入的時鐘進行輸出。VCC384044電源正極Gnd162022電源負極，接地4.1.3 主要特征STC89C52的特征主要如下6：(1)與MCS-51 兼容；(2)4K的可編程的閃爍存儲器； (3)壽命：1000寫/擦循環(huán) * 數(shù)據(jù)儲存的時間：10年；(4)全靜態(tài)工作：0Hz-24H

49、z * 三級程序存儲器鎖定；(5)128*8位內部RAM * 32可編程I/O線；(6)兩個十六位的定時器和計數(shù)器；(7)有5個中斷源管腳；(8)可編程串行通道； (9)低功耗閑置和掉電模式；(10)單片機內振蕩器和時鐘電路；STC89C52內部結構7如圖4.2所示。圖4.2 STC89C52內部結構圖第4.2節(jié)熱釋電紅外傳感器介紹4.2.1 紅外探測技術的發(fā)展紅外檢測技術有很多非常優(yōu)越的性能，尤其是穩(wěn)定性和靈敏度還有抗干擾性能上具有很好的效果。很長的時間里都是監(jiān)測領域重點的研究項目。熱釋紅外傳感器有廣泛的物理學基礎，與在大氣中的輻射的傳播特性有關。隨著科學的不斷進步，特別是近年來紅外線發(fā)光技

50、術和紅外線探測技術已經(jīng)獲得了較快的發(fā)展，高效率、低電壓、體積小的器件在不斷的出現(xiàn)，為微型紅外傳感器的研發(fā)制造了優(yōu)良的條件。紅外傳感器是具有輻射能轉換功能的元器件，它的原理里就是將收到的紅外輻射轉換為形式的能量后顯示出來。根據(jù)能量轉化的方式, 可以將紅外傳感器分為熱釋探測器和光子探測器兩種形式8。 4.2.2 熱釋紅外傳感器的簡介（1）熱釋電紅外傳感器簡介紅外傳感器的材料主要是高熱電系數(shù)材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷等制成，尺寸為兩平方微米左右的探測元件。將一到兩個探測元件安裝到一個探測器中，而且要將兩個探測元件極性相反的串聯(lián)，這樣可以防止由于溫度升高所產(chǎn)生的干擾。如果需要提高紅外傳感器的靈敏度和探測的

51、距離，可以將菲涅爾透鏡安裝在紅外傳感器的上面。透鏡的材料使用的是透明塑料制作而成，可以將材料分成無數(shù)個等分安裝在透鏡的上下兩端，將透鏡制作成具有特殊性質的光學透鏡，將透鏡和電路的放大功能配合起來使用，可以將探測到的信號放大數(shù)倍，這樣探測器的探測范圍可以擴大到十米到十幾米的距離9。（2）紅外探測器的優(yōu)點和缺點優(yōu)點：自身不發(fā)出任何性質的輻射，器件功率很小，隱藏性能很好。性價比較高。 缺點：防干擾性能不好，容易受到外界熱源和光源的干擾。探測器的穿透性能不好，人收到的紅外線容易被擋住，探頭不容易接受。當人體和外界的溫度相接近時，靈敏度就會下降，甚至會造成短時間的失靈。PIR管腳分配（3）紅外傳感器的防

52、干擾性能10.防小動物干擾：將探測器安裝到適合的高度，對于在路面行走的動物，一般情況是不會產(chǎn)生報警；.抗電磁干擾：探測器的抵抗電磁波干擾的性能符合使用者的要求，人們使用的手機和電子設備的干擾是不會引起干擾的；.抗燈光干擾：熱式電紅外傳感器在正常靈敏度的范圍內，探測器受到三米以外的鹵素燈透過玻璃照射，不會發(fā)生干擾現(xiàn)象。探測器與探測到的人體移動的速度也是有關系的。探測器對平行移動的反應是最不靈敏的,但是對于橫切移動是最為靈敏的。在現(xiàn)場選擇適合的安裝位置是求得最佳探測靈敏度、避免紅外探頭誤報的最為重要的一個環(huán)節(jié)。紅外傳感器原理11。如圖4.3所示。圖4.3熱式電紅外傳感器原理圖第4.3節(jié)光敏電阻介紹

53、4.3.1 光敏電阻簡介光敏電阻器是利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。4.3.2 光敏電阻功能光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.40.76）m的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。第4.4節(jié)聲音檢測模塊介紹4.4.1 步進電機簡述步進電機是將電脈沖轉化為位移的執(zhí)行器件。通俗一點講：當電機接收到一個脈沖信號時，就會控制電機按照事先設置好的轉動角度轉動。你可以運用調解脈沖信號來調節(jié)轉動角