基于單片機(jī)的太陽能路燈控制系統(tǒng)方案

1、 PAGE50 / NUMPAGES50摘 要本項(xiàng)目基于AT89C52單片機(jī)，完成了基于單片機(jī)的太陽能路燈控制系統(tǒng)的要求。項(xiàng)目電路主要分為核心單片機(jī)、太陽能采集電路、蓄電池存儲(chǔ)與電壓檢測電路、紅外傳感器距離感應(yīng)電路、負(fù)載輸出控制與過流檢測電路、鍵盤電路、節(jié)能LED電路、串口通信電路、LCD顯示等模塊?，F(xiàn)已設(shè)計(jì)焊好整體電路，并深入調(diào)試取得成果；程序編寫結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強(qiáng)。項(xiàng)目中各狀態(tài)均由按鍵控制，并以12864 點(diǎn)陣LCD顯示，操作簡單，功能齊全，界面友好。關(guān)鍵詞：單片機(jī) ；負(fù)載輸出控制與檢測電路；太陽能采集電路；紅外感應(yīng) LED。目 錄HYPERLINK l _Toc272701051第一章緒

2、論 PAGEREF _Toc272701051 h 6HYPERLINK l _Toc2727010521.1 研究背景、目的與意義 PAGEREF _Toc272701052 h 6HYPERLINK l _Toc2727010531.1.1 新能源開發(fā)的必要性 PAGEREF _Toc272701053 h 6HYPERLINK l _Toc2727010541.1.2 太陽能利用的優(yōu)勢 PAGEREF _Toc272701054 h 6HYPERLINK l _Toc2727010551.1.3 太陽能LED路燈優(yōu)勢 PAGEREF _Toc272701055 h 8HYPERLINK

3、l _Toc2727010561.1.4 系統(tǒng)的拓展應(yīng)用 PAGEREF _Toc272701056 h 9HYPERLINK l _Toc2727010571.2 國外應(yīng)用現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc272701057 h 10HYPERLINK l _Toc2727010581.3 項(xiàng)目成員的組成、特長、分工與成員間相互協(xié)調(diào)配合的情況，導(dǎo)師指導(dǎo)情況 PAGEREF _Toc272701058 h 12HYPERLINK l _Toc272701059第二章項(xiàng)目完成情況與取得的創(chuàng)新成果 PAGEREF _Toc272701059 h 13HYPERLINK l _Toc2727010602

4、.1概述 PAGEREF _Toc272701060 h 13HYPERLINK l _Toc2727010612.2 系統(tǒng)電路研究報(bào)告 PAGEREF _Toc272701061 h 13HYPERLINK l _Toc2727010622.2.1系統(tǒng)模塊介紹 PAGEREF _Toc272701062 h 13HYPERLINK l _Toc2727010632.2.1.1AD電壓采樣模塊 PAGEREF _Toc272701063 h 13HYPERLINK l _Toc2727010642.2.1.2物體檢測模塊和環(huán)境明暗檢測模塊 PAGEREF _Toc272701064 h 16H

5、YPERLINK l _Toc2727010652.2.1.3LCD顯示模塊 PAGEREF _Toc272701065 h 17HYPERLINK l _Toc2727010662.2.1.4 鍵盤電路模塊 PAGEREF _Toc272701066 h 18HYPERLINK l _Toc2727010672.2.1.5 路燈控制模塊 PAGEREF _Toc272701067 h 19HYPERLINK l _Toc2727010682.2.1.7串口通信模塊 PAGEREF _Toc272701068 h 20HYPERLINK l _Toc2727010692.2.1.8USB通信模

6、塊 PAGEREF _Toc272701069 h 21HYPERLINK l _Toc2727010702.2.1.9時(shí)鐘模塊 PAGEREF _Toc272701070 h 21HYPERLINK l _Toc2727010712.2.1.10 電源模塊 PAGEREF _Toc272701071 h 22HYPERLINK l _Toc2727010722.2.1.11 過流保護(hù) PAGEREF _Toc272701072 h 22HYPERLINK l _Toc2727010732.2.1.12 太陽能電池組件與負(fù)載LED開關(guān)控制 PAGEREF _Toc272701073 h 23H

7、YPERLINK l _Toc2727010742.2.2本次系統(tǒng)電路搭建過程中的體會(huì) PAGEREF _Toc272701074 h 24HYPERLINK l _Toc2727010752.2.2.1 電路接地去噪問題 PAGEREF _Toc272701075 h 24HYPERLINK l _Toc2727010762.2.2.2布線注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc272701076 h 25HYPERLINK l _Toc2727010772.3系統(tǒng)軟件研究報(bào)告 PAGEREF _Toc272701077 h 26HYPERLINK l _Toc2727010782.3.1 軟件編

8、程要點(diǎn) PAGEREF _Toc272701078 h 26HYPERLINK l _Toc2727010792.3.2單片機(jī)軟件編程 PAGEREF _Toc272701079 h 26HYPERLINK l _Toc2727010802.3.2.1 程序主流程圖 PAGEREF _Toc272701080 h 26HYPERLINK l _Toc2727010812.3.2.2 按鍵功能規(guī)劃 PAGEREF _Toc272701081 h 27HYPERLINK l _Toc2727010822.3.2.3 AD轉(zhuǎn)換程序 PAGEREF _Toc272701082 h 28HYPERLIN

9、K l _Toc2727010832.3.2.4 蓄電池電壓檢測電路 PAGEREF _Toc272701083 h 29HYPERLINK l _Toc272701084第三章項(xiàng)目實(shí)施過程中的收獲和體會(huì) PAGEREF _Toc272701084 h 30HYPERLINK l _Toc2727010853.1 概述 PAGEREF _Toc272701085 h 30HYPERLINK l _Toc2727010863.2 收獲體會(huì) PAGEREF _Toc272701086 h 30HYPERLINK l _Toc272701087袁子晴：團(tuán)隊(duì)合作教會(huì)我成長 PAGEREF _Toc27

10、2701087 h 30HYPERLINK l _Toc272701088費(fèi)婷婷：團(tuán)隊(duì)智慧的碰撞 PAGEREF _Toc272701088 h 32HYPERLINK l _Toc272701089蓉：平凡也能追求卓越 PAGEREF _Toc272701089 h 34HYPERLINK l _Toc272701090周樂意：興趣激發(fā)創(chuàng)造的火花 PAGEREF _Toc272701090 h 37HYPERLINK l _Toc272701092結(jié)論 PAGEREF _Toc272701092 h 39HYPERLINK l _Toc272701091參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc27

11、2701091 h 40HYPERLINK l _Toc272701093致 PAGEREF _Toc272701093 h 41HYPERLINK l _Toc272701094附錄 PAGEREF _Toc272701094 h 42緒論1.1 研究背景、目的與意義由于全球性能源危機(jī)，世界普遍重視可再生能源的利用與研究。太陽能作為一種新興的綠色能源，以其永不枯竭、無污染等優(yōu)點(diǎn)，正得到迅速的推廣應(yīng)用。太陽能路燈以其不用專人管理和控制，安裝一次性投資無需日后電費(fèi)開支，無需架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜可以方便安裝在廣場、校園、公園以與不便于架設(shè)輸電線路的地方等多方面的優(yōu)點(diǎn)而越來越受到重視。1.1.

12、1 新能源開發(fā)的必要性跨入21世紀(jì)后，人類面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，如何能在能源有限和環(huán)境保護(hù)的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球的熱點(diǎn)問題。而能源問題更為突出，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。從長遠(yuǎn)來看，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)境污染。燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬

13、噸硫等有害物質(zhì)排入天空，是大氣環(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)。化石能源的利用不僅造成環(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1.1.2 太陽能利用的優(yōu)勢人類要解決能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。據(jù)預(yù)測，到本世紀(jì)中葉可再生能源在世界能源結(jié)構(gòu)中將占到50以上，包括太陽能在的可再生能源在本世紀(jì)將會(huì)以前所未有的速度發(fā)展，逐步成為人類社會(huì)基礎(chǔ)能源的重點(diǎn)。太陽能具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其開發(fā)利用必將在21世紀(jì)得到長足的發(fā)展，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)當(dāng)重任，成為21

14、世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源。我國幅員廣大，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，全國各地太陽年輻射總量達(dá)335837 中值為586。從全國太陽年輻射總量的分布來看，、南部、北部、西部、中部和西南部、東南部、東南部、島東部和西部以與省的西南部等廣區(qū)的太陽輻射總量很大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時(shí)間長。例如被人們稱為“日光城的市，1961年至1970年的平均值，年平均日照時(shí)間為30057h，相對日照為68，年平均晴天為1085天，陰天為98.8天，太陽總輻射為816，比全國其它省區(qū)和同緯度的地區(qū)都高。全國以和兩省的太陽年輻射總量最小，其中尤

15、以盆地為最，那里雨多、霧多，晴天較少。例如素有“霧都之稱的市，年平均日照時(shí)數(shù)僅為1 1522h，相對日照為26，年平均晴天為247天，陰天達(dá)2446天。其它地區(qū)的太陽年輻射總量居中。太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭的安全、環(huán)保新能源越來越受到重視。在這里我們就太陽能燈具和使用市電燈具的效果作實(shí)用對比。市電照明燈具安裝復(fù)雜：在市電照明燈具工程中有復(fù)雜的作業(yè)程序，首先要鋪設(shè)電纜，這里就要進(jìn)行電纜溝的開挖、鋪設(shè)暗管、管穿線、回填等大量基礎(chǔ)工程。然后進(jìn)行長時(shí)間的安裝調(diào)試，如任何一條線路有問題，則要大面積返工。而且地勢和線路要求復(fù)雜、人工和輔助材料成本高昂。太陽能照明燈安裝簡便：太陽能燈具安裝時(shí)，不用

16、鋪設(shè)復(fù)雜的線路，只要做一個(gè)水泥基座，然后用不銹鋼螺絲固定就可。市電照明燈具電費(fèi)高昂：市電照明燈具工作中有固定高昂的電費(fèi)，要長期不間斷對線路和其它配置進(jìn)行維護(hù)或更換，維護(hù)成本逐年遞增。太陽能照明燈具免電費(fèi)：太陽能照明燈具是一次性投入，無任何維護(hù)成本，三年可收回投資成本，長期受益。市電照明燈具有安全隱患：市電照明燈具由于在施工質(zhì)量、景觀工程的改造、材料老化、供電不正常、水電氣管道的沖突等方面帶來諸多安全隱患。太陽能照明沒有安全隱患：太陽能燈具是超低壓產(chǎn)品，運(yùn)行安全可靠。太陽能燈照明的其它優(yōu)勢：綠色環(huán)保，能為高尚生態(tài)小區(qū)的開發(fā)和推廣增加新的賣點(diǎn)；可持續(xù)降低物業(yè)管理成本，減少業(yè)主公共分?jǐn)偛糠值馁M(fèi)用。綜

17、上對比所述，太陽能照明之安全無隱患、節(jié)能無消耗、綠色環(huán)保、安裝簡便、自動(dòng)控制免維護(hù)等固有的特性將為樓盤的銷售、市政工程的建設(shè)直接帶來明顯可利用的優(yōu)勢。1.1.3 太陽能LED路燈優(yōu)勢隨著可持續(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(shí)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(shí)整合了這兩者的優(yōu)勢。LED(LightEmitting Diode，發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體發(fā)光器件，不依靠燈絲發(fā)熱來發(fā)光，而是依靠材料中的正負(fù)電荷復(fù)合來發(fā)光，能量轉(zhuǎn)化效率非

18、常高。具有高效、節(jié)能、壽命長、免維護(hù)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的光源功耗比較大，而且大多在高壓下工作，使用升壓逆變環(huán)節(jié)又降低了能源利用率，而LED采用低壓直流供電，安全而且光源控制成本低。LED的響應(yīng)時(shí)間一般只有幾納秒至幾十納秒，使頻繁開關(guān)，調(diào)節(jié)明暗成為可能。而且LED作為全固態(tài)發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎、發(fā)熱量低、無熱輻射、是冷光源、不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)，廢棄物可回收、沒有污染。太陽能路燈以太為能源，不需要鋪設(shè)復(fù)雜的管線，安全節(jié)能無污染?；趩纹瑱C(jī)的太陽能控制系統(tǒng)很好地把太陽能光伏技術(shù)與單片機(jī)智能控制技術(shù)結(jié)合了起來。而且具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。1.節(jié)能環(huán)保:據(jù)

19、統(tǒng)計(jì)，所有路燈改為太陽能路燈可以節(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)表明太陽能路燈每年可以減少7740萬噸二氧化碳就相當(dāng)于節(jié)省了310億美元的二氧化碳減量成本！2. 可靠耐用：太陽能路燈在惡劣的環(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，太陽能電池組件可以發(fā)電25年或更長的時(shí)間。 3.安裝組件積木化：安裝靈活方便，便于用戶根據(jù)自己的需要選擇和調(diào)整太陽能路燈的容量大小。 4.安全：太陽能路燈不使用易燃燃料，而且不像交流電那樣聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，導(dǎo)致在雷擊

20、等情況下經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高壓浪涌，對設(shè)備安全造成威脅，只要設(shè)計(jì)和安裝適當(dāng)，系統(tǒng)具有很高的安全性。5.自主供電：離網(wǎng)運(yùn)行的太陽能路燈具有供電的自主性、靈活性。但是太陽能LED路燈的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅這些。一般人認(rèn)為，節(jié)能燈可節(jié)能4/5是偉大的創(chuàng)舉，但LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4，這是固體光源偉大的革新。除此之外，LED還具有光線質(zhì)量高，基本上無輻射，可靠耐用，維護(hù)費(fèi)用極為低廉等優(yōu)勢，屬于典型的綠色照明光源。超高亮LED的研制成功，大降低了太陽能燈具使用成本，使之達(dá)到或接近工頻交流電照明系統(tǒng)初裝的成本報(bào)價(jià)，并且具有保護(hù)環(huán)境、安裝簡便、操作安全、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。由于LED具有的光效率高，發(fā)熱量低等優(yōu)勢，已經(jīng)越來

21、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。太陽能與LED相結(jié)合的技術(shù)運(yùn)用在路燈領(lǐng)域完全符合“綠色，節(jié)能，低成本”的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念。而且針對現(xiàn)階段太陽能LED路燈研究遭遇技術(shù)“瓶頸”而處于“花香”卻難“滿園綻放”的尷尬境地的情況，我們這個(gè)課題具有很大的研究價(jià)值，而從上面一系列的分析中也不難看出這個(gè)課題本身所具有的潛在價(jià)值更是無法估量的。1.1.4 系統(tǒng)的拓展應(yīng)用 基于單片機(jī)的太陽能控制系統(tǒng)不僅可以利用在路燈應(yīng)用，其設(shè)計(jì)思路與其技術(shù)還可以廣泛使用到電池控制器，逆變控制器，汽車等領(lǐng)域，對相關(guān)科學(xué)具有推動(dòng)作用并且有很大拓展價(jià)值。 1.用于基于AVR單片機(jī)的太陽能電池控制器的研制 太陽能電池

22、發(fā)電是基于“光生伏特效應(yīng)”原理，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用充電效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)化為電能。具有永久性、清潔性和靈活性大的優(yōu)點(diǎn)，是其他能源無法比擬的。2.用于太陽能逆變控制器的研制 采用高性能單片機(jī)、低損耗MOSFET全數(shù)字化控制方案的太陽能逆變控制器，不僅可靠性好、效率高，而且具有針對蓄電池過充、過放、逆變輸出過載等異常情況的多種保護(hù)措施；價(jià)格低廉，功能齊全，具有廣闊的市場空間大力推廣使用后，必將創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 3.用于太陽能車一體化智能化的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)該構(gòu)想將太陽能車電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和單片機(jī)控制的強(qiáng)大功能相結(jié)合，用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)有現(xiàn)代理念的一體化、智能化監(jiān)控，給太陽能車這個(gè)“綠

23、色汽車”注入了“智能集成化”的強(qiáng)大動(dòng)力。1.2 國外應(yīng)用現(xiàn)狀在國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，太陽能產(chǎn)業(yè)從無到有、從小到大發(fā)展起來。國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)”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，如太陽能熱水器、太陽能光伏電池技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。歐洲各國都在開辟通向持久能源的通道，影響他們決策的主要因素是環(huán)境保護(hù)、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)和能源供應(yīng)的安全可靠，可再生能源技術(shù)在這些方面有著較大優(yōu)勢。它對環(huán)境的影響最小、可替代部分常規(guī)能源、增加能源供應(yīng)的安全性和可靠性。它要求較大的設(shè)備投資、創(chuàng)造了

24、更多的就業(yè)機(jī)會(huì)、有助于經(jīng)濟(jì)增長2。在歐洲大部分地區(qū)，環(huán)保的思路推動(dòng)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(dòng)太陽能研究開發(fā)、發(fā)展和銷售活動(dòng)的主要因素。盡管受到常規(guī)能源的低價(jià)影響，在歐洲很多國家中，太陽能裝置市場仍然持續(xù)增長。雖然太陽能公司的數(shù)量在減少，但保留下來的公司都趨向于更具規(guī)模、更能抵御市場的波動(dòng)。在某些國家實(shí)行的電力公司私有化，可能提高他們將太陽能裝置推向市場的興趣。在奧地利等國，自己動(dòng)手建造集熱器的活動(dòng)，促進(jìn)了太陽能裝置的主動(dòng)發(fā)展。挪威已安裝70000多套小型光伏

25、裝置，每年安裝約5000套，大多數(shù)裝置是為偏遠(yuǎn)小鎮(zhèn)、山區(qū)和沿海地帶度假旅社供電。芬蘭人每年也購買幾千套小型(40100W)光伏裝置，用于消夏小屋。國家石油公司Neste對進(jìn)一步開發(fā)太陽能發(fā)電有著強(qiáng)烈的興趣，重點(diǎn)為建筑物薄膜光伏組件、蓄電池和成套裝置。此外，有些國家在高性能太陽能發(fā)電窗、太陽能熱水器、儲(chǔ)能裝置、透明隔熱材料、日光照明和與建筑物結(jié)合的光伏裝置等產(chǎn)品的商業(yè)化方面進(jìn)行努力。法國的太陽能設(shè)計(jì)師們，正在用“綠色設(shè)計(jì)”原則代替“太陽能”設(shè)計(jì)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(jì)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

26、?，F(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(gè)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(gè)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

27、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。近年來，隨著我國城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和建設(shè)水平的不斷提高，我國城市的路燈總數(shù)以每年約20%的平均速度遞增，全國數(shù)千萬盞路燈的節(jié)電問題已引起政府部門的關(guān)注。在能源日趨緊、電力供應(yīng)持續(xù)緊的今天，低效、高耗的傳統(tǒng)城市照明已成為節(jié)能降耗的重要領(lǐng)域。為此，建設(shè)部和發(fā)改委明確提出城市道路照明要向“高效、節(jié)能、環(huán)保、健康”的“綠色照明”方向發(fā)展。隨著太陽能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能路燈以環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢成為城市道路照明行業(yè)的新寵，市場潛力巨大。我國太陽能路燈首先在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)使用，市于2005年在崇明島建成風(fēng)光互補(bǔ)道路照明工程。在我國西部，

28、非主干道太陽能路燈、太陽能庭院燈漸成規(guī)模，太陽能資源相對豐富的省自2006年以來已在等地安裝太陽能路燈超過200套；在奧運(yùn)會(huì)主要場館與其相關(guān)場所，太陽能路燈得到普遍應(yīng)用。然而，業(yè)人士也指出，由于存在成本、技術(shù)等諸多問題，現(xiàn)階段推廣太陽能路燈遇到“瓶頸”困擾?？傮w而言，太陽能路燈在我國城市道路照明行業(yè)中仍處于“花香”卻難“滿園綻放”的尷尬處境。1.3 項(xiàng)目成員的組成、特長、分工與成員間相互協(xié)調(diào)配合的情況，導(dǎo)師指導(dǎo)情況小組五人均為大學(xué)電子信息學(xué)院08級(jí)的學(xué)生，現(xiàn)已升入大二，其中在今年的獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定中，有國家獎(jiǎng)學(xué)金一人，勵(lì)志獎(jiǎng)學(xué)金兩人，社會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金一人（相當(dāng)于甲等），乙等獎(jiǎng)學(xué)金一人，其中四人專業(yè)成績排名

29、在年組前20；具備低頻電子線路，C、C+編程，以與微積分、線性代數(shù)、大學(xué)基礎(chǔ)物理、電路分析等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中，不僅有精通編程語言，曾在全國數(shù)學(xué)、物理競賽中獲獎(jiǎng)的同學(xué)，也有在英語方面有較深造詣的同學(xué)，還有善于溝通、組織、協(xié)調(diào)的同學(xué)?？梢哉f，正是大家不同的特點(diǎn)使得這個(gè)團(tuán)隊(duì)充滿活力、潛力與今后的爆發(fā)力，各盡其長，為這項(xiàng)研究做出自己的貢獻(xiàn)。我們詳細(xì)分工，按硬件、軟件分為兩組同時(shí)進(jìn)行研究，于此同時(shí)又按核心單片機(jī)、負(fù)載輸出控制與檢測電路、采集電路、鍵盤電路、LED電路等攻關(guān)任務(wù)分給每一個(gè)人，這樣做到在相互交流合作的同時(shí)又各有專攻，大大提高了科研的效率。我們以小組形式每周定期地就科研進(jìn)程方面進(jìn)行小

30、組討論，并且與時(shí)開組員會(huì)議，總結(jié)完成情況，討論后期工作。同時(shí)，我們還時(shí)常和導(dǎo)師聯(lián)系交流方案，研究討論在項(xiàng)目進(jìn)展過程中遇到的一些問題。導(dǎo)師燕待人和藹，嚴(yán)格要求，在我們遇到困難的時(shí)候耐心指導(dǎo)，在項(xiàng)目上她給了我們極大的幫助與支持。項(xiàng)目完成情況與取得的創(chuàng)新成果2.1概述從2009年9月至今，我們在導(dǎo)師耐心專業(yè)的指導(dǎo)下，積極努力地去實(shí)施該項(xiàng)目，逐漸掌握了一套科學(xué)的研究方法，項(xiàng)目已基本完成了預(yù)期要求。項(xiàng)目初期，我們在圖書館查閱大量文獻(xiàn)資料，自主地積累專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，最后向?qū)熃涣魅〗?jīng)并制定方案；項(xiàng)目中期，我們詳細(xì)分工，按硬件、軟件分為兩組同時(shí)進(jìn)行研究，于此同時(shí)又按核心單片機(jī)、太陽能采集電路、蓄電池存儲(chǔ)與電壓

31、檢測電路、紅外傳感器距離感應(yīng)電路、負(fù)載輸出控制與過流檢測電路、鍵盤電路、節(jié)能LED電路、LCD顯示等模塊等攻關(guān)任務(wù)分給每一個(gè)人，這樣做到在相互交流合作的同時(shí)又各有專攻，大大提高了科研的效率；項(xiàng)目后期，在電路各模塊以與軟件流程初步編寫都基本成型的情況下，開展了深入調(diào)試。項(xiàng)目進(jìn)行到最后，我們已取得了如下的成果：硬件方面完成了AT89C52單片機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)的整體搭建、負(fù)載輸出控制與檢測電路、鍵盤電路、LED電路、LCD顯示的各個(gè)組件的設(shè)計(jì)，并對AT89C52單片機(jī)有了系統(tǒng)、深刻的認(rèn)識(shí)；軟件的編寫完畢，并應(yīng)用于電路調(diào)試，調(diào)試基本成功，得到預(yù)期成果。2.2 系統(tǒng)電路研究報(bào)告本模擬系統(tǒng)以AT89C52為核心

32、，主要以AD電壓采樣模塊、過流保護(hù)模塊、USB通信模塊、LCD顯示模塊、路燈控制模塊、按鍵模塊、環(huán)境明暗檢測模塊和物體檢測等眾多模塊組成。系統(tǒng)模塊介紹AD電壓采樣模塊通過消除電源以與外圍電路中的噪聲源，將會(huì)大幅度的改進(jìn)數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)中的防噪性能在AD0809的電源和接地排針間具有足夠高的本地高頻去耦，可以更好的使用工作系統(tǒng)，但是芯片的不同電源總線間可能存在噪聲耦合。除了本地去耦外，還可以在單個(gè)電源總線上添加濾波電路。A/D誤差影響ADC信噪比的因素：理想ADC的噪聲由其固有的量化誤差產(chǎn)生。但實(shí)際使用的ADC是非理想器件，它的實(shí)際轉(zhuǎn)換曲線與理想轉(zhuǎn)換曲線之間存在偏差，表現(xiàn)為多種誤差，如零點(diǎn)誤差、滿度

33、誤差、增益誤差、積分非線性誤差I(lǐng)NL、微分非線性誤差DNL等。另外，還有各種噪聲，如熱噪聲、孔徑抖動(dòng)。而ADC的外圍電路同樣會(huì)帶來噪聲，如ADC輸入級(jí)電路的熱噪聲、電源/地線上的雜波、空間電磁波干擾、外接時(shí)鐘的不穩(wěn)定性（導(dǎo)致ADC各采樣時(shí)鐘沿出現(xiàn)時(shí)刻不確定，帶來孔徑抖動(dòng)）等，可以把它們都等效為ADC的上述兩種部噪聲。對于理想的ADC，在奈奎斯特帶寬的噪聲電壓有效值可表示為。其表示最低位碼的權(quán)值，即ADC的量化電壓，該值與輸入信號(hào)的幅度與頻率無關(guān)。對于一個(gè)滿度的正弦波輸入信號(hào)，理論上的信噪比（SNR）可表示為式中，N是ADC的位數(shù)，fs是采樣頻率，B是模擬輸入信號(hào)的帶寬。上式第三項(xiàng)表示增加采樣頻

34、率（過采樣）可提高信噪比。實(shí)際上ADC的誤差表現(xiàn)為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)非線性誤差，并且動(dòng)態(tài)誤差隨輸入信號(hào)壓擺率的增加而變大。因此實(shí)際測量的信噪比要比理論上的小一些。ADC輸出電路：ADC的模擬輸入與數(shù)據(jù)輸出之間存在少量的寄生電容，ADC數(shù)據(jù)輸出線上的噪聲會(huì)通過這些寄生電容耦合到模擬輸出端，導(dǎo)致ADC的SNR和有效位數(shù)ENOB下降。為解決這一問題，可在ADC數(shù)據(jù)輸出端接一鎖存器。為減小ADC電源的波動(dòng)，應(yīng)盡量降低ADC輸出端的負(fù)載電容和輸出電流。在ADC數(shù)據(jù)輸出端接一鎖存器可避免將其直接連在數(shù)據(jù)總線上，有效限制了其輸出端的負(fù)載電容；在ADC每一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端都串聯(lián)一個(gè)電阻，可限制其輸出電流。ADC0809是

35、CMOS工藝，采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，28引腳雙列直插式封裝，片除A/D裝換部分外還有多路模擬開關(guān)部分，多路開關(guān)有8路模擬量輸入，最多允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809工作原理ADC0809通過使用模擬開關(guān)切換，可以分時(shí)處理8路模擬量輸入信號(hào)。在某一時(shí)刻，模擬開關(guān)只能與一路模擬量通道接通，對該通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)?shù)刂锋i存信號(hào)ALE為高電平時(shí)，ADDA、ADDB、ADDC三條線上的數(shù)據(jù)送入ADC0809部的地址鎖存器中，經(jīng)過譯碼器譯碼后選中某一通道。當(dāng)ALE0時(shí)，地址鎖存器處于鎖存狀態(tài)，模擬開關(guān)始終與剛才選中的圖2.2.1 ADC0809時(shí)序輸入通

36、道接通。選道的模擬量到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器并未對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端START出現(xiàn)下降沿并延遲一段時(shí)間后才啟動(dòng)芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，START的上升沿復(fù)位ADC0809。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果(8位數(shù)字量)送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器，此時(shí)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒有現(xiàn)在DB0DB7八條數(shù)字量輸出線上，單片機(jī)不能獲取。單片機(jī)要想讀到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須使ADC0809的允許輸出控制端OE為高電平，打開三態(tài)輸了鎖存器。圖2-12中EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)。在A/D轉(zhuǎn)換期間，EOC維持低電平，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC變成高電平。ADC0809的START端收到下降沿后，并

37、不立即進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而是延遲10s后，才開始A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)ADC0809用于單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，若單片機(jī)采用6MHz的晶振，則ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)可以由單片機(jī)的ALE經(jīng)過一個(gè)二分頻電路獲取，這時(shí)ADC0809的時(shí)鐘頻率為500KHz，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為130s1。ADC0809應(yīng)用ADC0809與單片機(jī)的連接可以采用查詢方式，也可采用中斷方式。圖2-13為中斷方式連接的電路圖，由于ADC0809片有三態(tài)輸出鎖存器，因此可直接與單片機(jī)接口。圖2.2.2 ADC0809與單片機(jī)連接這里由P2.7和聯(lián)合控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)端(START)和ALE端，P2口的低三位地址線加到ADC0809的ADDA、ADD

38、B、ADDC端，用于控制選通模擬輸入通道。啟動(dòng)ADC0809的工作過程是：先送通道號(hào)地址到ADDA、ADDB、ADDC，由ALE信號(hào)鎖存通道號(hào)地址，后讓START有效，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生信號(hào)，使ALE、START有效，鎖存通道號(hào)并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。中斷服務(wù)程序中，產(chǎn)生信號(hào)，使OE端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)便讀入到單片機(jī)中。物體檢測模塊和環(huán)境明暗檢測模塊圖2.2.3 檢測明暗模塊信號(hào)采集模塊包括物體檢測模塊和環(huán)境明暗檢測模塊，兩者功能如下：物體檢測模塊：采用紅外傳感器檢測移動(dòng)的物體時(shí)，感應(yīng)的電壓變化大，靈敏度比較高，經(jīng)比較電路容易產(chǎn)生高

39、低電平，適宜用于移動(dòng)物體的檢測，原理圖如上。該模塊需要檢測小車的移動(dòng)，并根據(jù)小車的移動(dòng)進(jìn)行路燈開關(guān)的自動(dòng)控制?；诖四康牟捎眉t外傳感器進(jìn)行檢測，當(dāng)傳感器檢測到小車時(shí)，傳感器給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，然后單片機(jī)對路燈進(jìn)行合理控制，達(dá)到題目要求。環(huán)境明暗檢測模塊：該模塊需要檢測環(huán)境光的變化，根據(jù)環(huán)境光的明暗進(jìn)行路燈開關(guān)的自動(dòng)控制?；诖艘蟛捎糜晒饷綦娮杞M成的分壓電路進(jìn)行檢測。光敏電阻器又稱光導(dǎo)管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。在不同的光強(qiáng)下，光敏電阻的電阻值會(huì)發(fā)生明顯變化，光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光

40、通過檢測不同光強(qiáng)下電阻值的變化量來控制路燈的開和關(guān)2。LCD顯示模塊液晶是一種介于液體與固體之間的熱力學(xué)的中間穩(wěn)定相，其特點(diǎn)是在一定的溫度圍既有液體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性，分子兩頭有極性。液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Display)的驅(qū)動(dòng)方式由電極引線的選擇方式確定，一般有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和時(shí)分驅(qū)動(dòng)兩種，由于直流電壓驅(qū)動(dòng)LCD會(huì)使液晶體產(chǎn)生電解和電極老化，從而大大降低LCD的使用壽命，所以驅(qū)動(dòng)方式多采用交流電壓驅(qū)動(dòng)。由于現(xiàn)有的液晶顯示器通常都集成了液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用時(shí)直接對液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片操作即可，這里對于液晶的驅(qū)動(dòng)方式就不做過多的介紹。通常使用的LCD有兩種，一

41、種是字符型液晶顯示器，一種是點(diǎn)陣式液晶顯示器。字符型LCD能夠顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等192鐘ASCII碼對應(yīng)的字符，而點(diǎn)陣式液晶顯示器除了能夠顯示字符外還能夠顯示中文和圖形。本體統(tǒng)采用點(diǎn)陣式液晶顯示器。利用點(diǎn)陣式液晶顯示器可以實(shí)現(xiàn)中文的操作和提示界面，增強(qiáng)人機(jī)交互性，同時(shí)圖形顯示的引入也對設(shè)備的顯示性能有極大的改善。當(dāng)然，點(diǎn)陣式液晶的操作和控制也相應(yīng)的比字符型液晶的復(fù)雜一些3。圖2.2.3 LCD128*64顯示路燈控制模塊2.2.1.4 鍵盤電路模塊矩陣鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，一個(gè)4*4的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有16個(gè)按鍵的鍵盤，很明顯，在按

42、鍵數(shù)量較多的場合，矩陣鍵盤比獨(dú)立鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口。矩陣鍵盤的工作原理：按鍵設(shè)置在行列交點(diǎn)上，行列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無按鍵抖動(dòng)時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線如果為低，則行線電平為低；列線電平如果為高，則行線電平亦為高。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣按鍵是否被按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵共用，各按鍵均影響改鍵所在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號(hào)配合起來并且做適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置。通過矩陣按鍵對系統(tǒng)進(jìn)行一定的設(shè)置。本太陽能路燈控制系統(tǒng)通過

43、鍵盤設(shè)定。設(shè)計(jì)為8個(gè)按鍵，鍵盤結(jié)構(gòu)如圖3-21所示?？筛鶕?jù)實(shí)時(shí)需求選擇LED太陽能路燈是處于何種工作模式，若選擇時(shí)控模式，可通過SET按鍵，選擇UP、DOWN、LIFT、RIGHT設(shè)定路燈系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)、分，按ENTER確認(rèn)，以保存設(shè)定的信息。鍵盤電路設(shè)計(jì)如下圖所示，為了便于設(shè)定且有直觀的人機(jī)操作界面，按鍵相對偏多4。圖2.2.4 矩陣鍵盤2.2.1.5 路燈控制模塊該模塊采用節(jié)能的1W LED燈，當(dāng)電路出現(xiàn)故障時(shí)，單片機(jī)通過AD采集電路采樣點(diǎn)的電壓變化量后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 圖2.2.5 路燈控制電路2.2.1.6 聲光報(bào)警模塊采用聲光報(bào)警外接電路模塊，當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），蜂鳴器發(fā)出聲光

44、報(bào)警信號(hào)，同時(shí)報(bào)警指示燈也會(huì)點(diǎn)亮5。圖2.2.6 聲光報(bào)警電路串口通信模塊max232是由儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v+10v，max232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路 24。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。電路連接圖如下圖所示6。圖2.2.7 串口通信與其電平轉(zhuǎn)換USB通信模塊USB就是通用串行總線，具有高速傳輸、熱拔插、即插即用

45、、配易于擴(kuò)展與產(chǎn)品成本低等特點(diǎn)。是一種適應(yīng)低、中、高速的PC機(jī)外結(jié)總線，而且它還支持最多127個(gè)外設(shè)的同時(shí)串聯(lián)，目前成為PC機(jī)與外部通信的主流接口 圖2.2.8 USB通信模塊時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，即部方式和外部方式。部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體做定時(shí)元件，部反相放大自激振蕩，產(chǎn)生時(shí)鐘。時(shí)鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，即若石英頻率為6MHz，則時(shí)鐘頻率為3MHz。外部方式：可以通過XTAL1和XTAL2接入外部時(shí)鐘7。我們采用外部方式。圖2.2.9 時(shí)鐘模塊2.2.1.10 電源模塊 采集的太陽能儲(chǔ)存在蓄電池，將蓄電池的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的+5V直流電源8。圖2.2

46、.10 電源模塊2.2.1.11 過流保護(hù)我們設(shè)計(jì)的負(fù)載輸出有獨(dú)立的控制和檢測，具有完善的過流、短路保護(hù)措施,電路原理如圖一所示。設(shè)計(jì)了兩級(jí)保護(hù)：第一級(jí)采用了由R7(0.01 康銅絲)以與運(yùn)放LM358、比較器LM393等器件組成的過流、短路檢測電路，配合單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換與外部中斷響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)負(fù)載過流與短路保護(hù)，是一種硬件+軟件的方式，LM358的輸出送A/D轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)輸入端IN0口，用作過流信號(hào)識(shí)別，當(dāng)電流超過額定電流20并維持30 s以上時(shí)，確認(rèn)為過流；短路電流整定為10 A，響應(yīng)時(shí)間為毫秒數(shù)量級(jí)。第二級(jí)采用了電子保險(xiǎn)絲保護(hù)，當(dāng)流經(jīng)電子保險(xiǎn)絲的電流驟然增加時(shí)，溫度隨之上升。其電阻大大增加

47、，工作電流大大降低，達(dá)到保護(hù)電路目的，響應(yīng)時(shí)間為秒數(shù)量級(jí)，過流撤消或短路恢復(fù)后電子保險(xiǎn)絲恢復(fù)成低阻抗導(dǎo)體，無須任何人為更換或維修。系統(tǒng)采用了兩級(jí)保護(hù)措施后，預(yù)計(jì)在長達(dá)數(shù)小時(shí)的負(fù)載短路后控制器都不會(huì)出現(xiàn)電路燒毀現(xiàn)象，能有效解決用傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲只能對電路進(jìn)行一次性保護(hù)以與一旦器件燒毀必須人為更換的問題，同短路后需手動(dòng)復(fù)位或斷電后重新開啟的系統(tǒng)相比，也具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。簡化了太陽能路燈控制器維護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性能9。圖2.2.11 負(fù)載輸出控制與檢測電路2.2.1.12 太陽能電池組件與負(fù)載LED開關(guān)控制單片機(jī)檢測蓄電池電壓，防止過放。低于最低限值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出斷開電池開關(guān)信號(hào)。當(dāng)BAT-switch

48、1為高電位時(shí)，經(jīng)過非門變?yōu)榈碗娢唬怦罟ぷ?，右?cè)電阻輸入信號(hào)為高電位，Q9工作，輸出高電位，Mosfet開通。反之，當(dāng)BAT-switch1為低電位時(shí)，經(jīng)過非門變?yōu)楦唠娢唬怦畈还ぷ?，右?cè)電阻輸入信號(hào)為低電位，Q11工作，輸出低電位，Mosfet管關(guān)斷20，如圖3-15所示。圖2.2.12 蓄電池過放控制單片機(jī)檢測LED負(fù)載電壓，LED分為兩組，每組可提供9W功率，一起工作可提供18W功率。根據(jù)時(shí)段不同，有選擇的開啟1組或2組以此滿足功率需求，且在一定時(shí)段可節(jié)省能源。通過切斷一組LED可控制負(fù)載輸出為18w還是9w。原理同上21。電氣原理圖如圖3-16所示。圖2.2.13 負(fù)載LED開關(guān)控制2

49、.2.2本次系統(tǒng)電路搭建過程中的體會(huì)2.2.2.1 接地問題是電路去噪關(guān)鍵任何一個(gè)電路系統(tǒng)，都會(huì)涉與到接地問題，實(shí)際上，接地是極其重要的設(shè)計(jì)考慮?？梢允褂脙煞N不同的方法：一、使用拆分接地，其中包括模擬接地和數(shù)字接地，連接在一個(gè)點(diǎn)上；二、使用一個(gè)整體接地。使用拆分法接地可以很方便的獲得最佳防噪性能。但可能遇到RFI/EMI問題。盡管使用單個(gè)接地板難以獲得優(yōu)良的設(shè)計(jì)，但可以更容易地把RFI/EMI問題最小化，因此本系統(tǒng)均使用單一接地方法。電路中不希望任何數(shù)字回路電流沿直線流動(dòng)從而流過甚至接近其它模擬元件，特別是處理低電平信號(hào)和ADC的元件。接地電流流經(jīng)低電阻，可能導(dǎo)致在接地中出現(xiàn)一些噪聲變化。如果

50、來自模擬元件的接地電流從模擬部件返回電流遵循一樣的路徑，則模擬信號(hào)中的噪聲將會(huì)增加，并且將顯示在放大器和ADC中。如果決定使用兩個(gè)接地板，則數(shù)字和模擬接地排針應(yīng)該具有一樣的電位。大多數(shù)數(shù)據(jù)表示他們應(yīng)該為100mV，后者有時(shí)為50mV或250mV，但實(shí)際上它們應(yīng)具有一樣的電位。電路系統(tǒng)中不應(yīng)該使用單個(gè)通孔將它們連接至接地板。應(yīng)該將它們單獨(dú)連接，盡量分開，距離盡可能為2到3厘米，原因是通路一般對于1到1.5nH的指令產(chǎn)生電感。該nH級(jí)電感是通過高速數(shù)字邊緣率出現(xiàn)的大阻抗，這樣的阻抗足以使數(shù)字信號(hào)在通路上產(chǎn)生噪聲，該噪聲可以耦合至模擬接地，因此在ADC的輸入端產(chǎn)生模擬噪聲。因此應(yīng)盡量避免在一樣位置的

51、接地板中布置模擬地和數(shù)字地插針，但是一定要確保模擬和數(shù)字接地插針應(yīng)該有一樣的電位，更重要的是，需要把數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)器回路排針與其它接地排針分隔開。我們盡量在所有IC器件的電源輸入出采用一個(gè)0.1uF的瓷片電容和一個(gè)100uF的電解電容并聯(lián)接地，形成一個(gè)電荷池，有效地抑制了IC對電源的影響。電容連線靠近電源并盡量短粗，一般我們直接用焊錫連接。模塊與模塊之間的信號(hào)用同軸線，可以有效地屏蔽信號(hào)，防止信號(hào)與外部串?dāng)_。布線時(shí)我們總結(jié)的注意事項(xiàng)（1）布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。（2）布線時(shí)，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。（3）對于單片機(jī)閑置的I/O口，不要懸空，

52、要接地或接電源。其它IC的閑置 端在不改變系統(tǒng) 邏輯的情況下接地或接電源。 （4）在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字 電路。（5）IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。（6）立項(xiàng)小細(xì)節(jié)收獲干擾的耦合2.3系統(tǒng)軟件研究報(bào)告與本設(shè)計(jì)方案的硬件電路對應(yīng)的軟件程序包括：主程序、定時(shí)中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、外部中斷子程序與鍵盤處理子程序、LCD顯示、負(fù)載管理子程序。單片機(jī)的軟件編程以Keil編譯器的Windows集成開發(fā)環(huán)境vision4作為開發(fā)平臺(tái)，主要采用C51高級(jí)語言編寫。2.3.1 軟件編程要點(diǎn)1) 本系統(tǒng)采用較少的按鍵實(shí)現(xiàn)了諸多功能，如負(fù)載工作模式的設(shè)置、負(fù)載

53、工作時(shí)間的設(shè)定、自檢功能等，為防止誤操作采取了一些措施。這種方法實(shí)際上是一鍵多用的一種嘗試，還可以推廣到更復(fù)雜的人機(jī)對話的設(shè)計(jì)。其思路可參見按鍵處理流程圖。2) 鍵盤在定時(shí)中斷服務(wù)程序中讀取，用中斷間隔時(shí)間實(shí)現(xiàn)鍵盤的去抖，不必編寫另外的延時(shí)程序，提高了CPU的利用效率。鍵盤值存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在主程序中讀數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的容，執(zhí)行鍵盤功能散轉(zhuǎn)子程序。3) 環(huán)境光線(閃電、禮花燃放)對太陽能電池板的采樣電壓有明顯影響，故在白天、黃昏的識(shí)別時(shí)。要進(jìn)行軟件延時(shí)，一般控制在23 min。4) 外部中斷為高優(yōu)先級(jí)中斷，編制子程序?qū)崿F(xiàn)負(fù)載過流、短路保護(hù)時(shí)，要充分考慮到負(fù)載啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生數(shù)倍于額定電流的沖擊電流沖擊

54、電流維持時(shí)間在3ms5 ms，應(yīng)在軟件上采取措施，避免短路與負(fù)載開啟的誤判。確定負(fù)載過流、短路后，切斷負(fù)載輸出。負(fù)載切斷后，每隔一段時(shí)間，如20 s，應(yīng)試接通負(fù)載開關(guān)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)過流、短路信號(hào)已消除，則恢復(fù)負(fù)載的輸出。否則負(fù)載開關(guān)仍然保持?jǐn)嚅_。5) 為保護(hù)負(fù)載(燈具)，蓄電池過放保護(hù)恢復(fù)時(shí)應(yīng)用軟件設(shè)置一個(gè)回差電壓，這樣負(fù)載開關(guān)不會(huì)出現(xiàn)顫抖現(xiàn)象，有利于延長燈具的使用壽命。2.3.2單片機(jī)軟件編程2.3.2.1 程序主流程圖主程序主要完成按鍵判斷與按鍵操作、定時(shí)器自動(dòng)引發(fā)電流檢測。以與對按鍵的操作，和電流檢測過放的響應(yīng)等，是程序的主體部分。用定時(shí)器定期檢測負(fù)載是否過流，自動(dòng)檢測比手動(dòng)按鍵更方便易行。程

55、序中以定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了看門狗的功能，使程序可用性、可靠性均加強(qiáng)。主流程圖如下：圖2.3.1 程序主流程圖2.3.2.2 按鍵功能規(guī)劃鍵盤個(gè)功能如下圖，模擬最常用按鍵方式：當(dāng)按Set鍵時(shí)開始輸入距離數(shù)據(jù)，09分別對應(yīng)十個(gè)數(shù)字輸入Backspace表示退格，Enter鍵輸入距離數(shù)據(jù)并在LCD上顯示，經(jīng)距離判斷，作相應(yīng)響應(yīng)。F1鍵，用于設(shè)置狀態(tài)的識(shí)別； F2鍵，用于自檢，根據(jù)程序流程，分別實(shí)現(xiàn)不同功能。圖2.2.2 按鍵功能2.3.2.3 AD轉(zhuǎn)換程序AD轉(zhuǎn)換中，先使通道有效，即將P1.6置高，AD方可采集到信號(hào)，然后AD轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，將EOC信號(hào)接在端，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢即引起中斷，將電流采集出來，并進(jìn)行

56、相應(yīng)操作。圖2.2.3 A/D子程序流程圖2.3.2.4 蓄電池電壓檢測電路此程序我們也曾研究，但究于時(shí)間關(guān)系，沒來得與調(diào)試出來。圖2.2.4 蓄電池電壓檢測電路第三章 項(xiàng)目實(shí)施過程中的收獲和體會(huì)3.1 概述科研，我們不僅從中學(xué)到了科學(xué)的研究方法擴(kuò)寬了知識(shí)面，還從導(dǎo)師的身上學(xué)習(xí)體會(huì)到那種嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的作風(fēng)和謙虛實(shí)干的學(xué)術(shù)精神。相信這在今后定是我們的一筆無價(jià)的財(cái)富！3.2 收獲體會(huì)袁子晴：團(tuán)隊(duì)合作教會(huì)我成長歷時(shí)接近一年的科研立項(xiàng)終于即將宣告結(jié)束。作為隊(duì)長，看著我們費(fèi)心設(shè)計(jì)，辛苦焊出來的模擬太陽能LED路燈控制系統(tǒng)的電路板，我心里不禁油然升起一陣鋪天蓋地的欣慰與高興。這個(gè)過程中我們經(jīng)歷得太多磨難，喜悅

57、，憂傷，高興，也學(xué)習(xí)到了太多了以前沒有接觸到的東西。首先，讓我感慨的是我的領(lǐng)導(dǎo)能力得到了很大的鍛煉。作為一個(gè)隊(duì)長，就要做到考慮事情周全細(xì)密。例如，你一定要安排好時(shí)間和日程，使科研能有條不紊地進(jìn)行，而且還要了解隊(duì)員的強(qiáng)項(xiàng)以便合理的安排工作與任務(wù)，保持高效率的同時(shí)使資源得到合理利用，不僅如此，兼顧隊(duì)員的情緒也是很重要的一方面，隊(duì)員相處久了總會(huì)不可避免地因?yàn)楣ぷ骰蛘咭庖姺制绲确N種原因發(fā)生一些分歧，這時(shí)，調(diào)節(jié)組關(guān)系成了重中之重，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)合作對一個(gè)小組來說是至關(guān)重要的。組隊(duì)之后，我就得一直和實(shí)驗(yàn)室的老師與學(xué)長們保持聯(lián)系，隨時(shí)跟進(jìn)前期工作的進(jìn)度，或者讓他們傳給我一些相關(guān)的資料，然后我再傳給隊(duì)員們，并且督促

58、他們進(jìn)行學(xué)習(xí)；或者跟導(dǎo)師與學(xué)長進(jìn)行溝通，了解我們要做項(xiàng)目的狀況。一直以來，我做事情都是大大咧咧，因此一開始的時(shí)候，的確有很多事情考慮地不是很周密，這樣有時(shí)就會(huì)給自己帶來一些困難，需要在某個(gè)時(shí)刻做出一些選擇，或者給隊(duì)里帶來一些不必要的麻煩。對此，我認(rèn)真地反思過，想想以前或現(xiàn)在的同學(xué)遇到這種情況是如何完美解決的，漸漸的，我考慮事情周到了，紕漏也出得少了，這不僅讓我自己得到了很多鍛煉，同時(shí)也使隊(duì)里的事情變得越來越有條理。其次，作為隊(duì)長，需要有強(qiáng)烈的責(zé)任感。不僅自己平時(shí)需要做好自己份的工作，更重要的是安排好每一階段的日程以與確保工作的進(jìn)度，對每一階段的成果我盡量都做到親自檢查，以確保完成的質(zhì)量，因此責(zé)

59、任心也越來越強(qiáng)。而且我明白既然我選擇了當(dāng)這個(gè)隊(duì)長，既然我選擇了組織隊(duì)員聚在一起進(jìn)行這個(gè)科研立項(xiàng)，我就要擔(dān)負(fù)起自己的那份責(zé)任，因此，身為隊(duì)長的我就不僅要以身作則，并且要時(shí)刻提醒隊(duì)員們，要盡量做到最好，讓我們的付出不留遺憾。第三，這次實(shí)踐的確也鍛煉了我的應(yīng)變能力。雖然前期已經(jīng)制定了良好的安排計(jì)劃，但是，我也必須根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況進(jìn)行適時(shí)的調(diào)整安排。這就需要根據(jù)我們項(xiàng)目完成的進(jìn)度、導(dǎo)師的指導(dǎo)建議，學(xué)長的經(jīng)驗(yàn)意見來進(jìn)行合理調(diào)整。最后真正完成所有任務(wù)的時(shí)候，得到大家的認(rèn)同，這時(shí)，所有的苦楚都會(huì)化作飛舞的歡快。而最大的感受莫過于科研中設(shè)計(jì)、焊接和調(diào)試電路給我?guī)淼纳钏剂?。上大學(xué)之前，我們已經(jīng)經(jīng)歷過了12年的應(yīng)

60、試教育，每天都只拿著筆，對著題目，用復(fù)雜的公式算過來算過去，具體這些東西有什么實(shí)際用處，我們考慮得少之又少。到了大學(xué)之后，這種情況有所改善，我們開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)課本搭建電路，焊接，調(diào)試，對課本上的知識(shí)進(jìn)行鞏固和應(yīng)用。但是這些實(shí)驗(yàn)都只是課本上規(guī)定和設(shè)計(jì)好了的實(shí)驗(yàn)，甚至于每一步都已經(jīng)有跡可循，完全不需要太多的自主設(shè)計(jì)能力，于是，對于很多同學(xué)來說，做實(shí)驗(yàn)只不過是完成一項(xiàng)任務(wù)，而且是很輕松的任務(wù)。這種實(shí)驗(yàn)雖然給了我們一些動(dòng)手的機(jī)會(huì)，但它的作用更多是將我們帶入自主實(shí)驗(yàn)殿堂的一個(gè)引導(dǎo)，而真正自主實(shí)驗(yàn)的能力是這些引導(dǎo)所不能完成的。這次，從模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到最后成品的完成，我們都是完全自主的。