【基于51單片機(jī)太陽能風(fēng)能風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器設(shè)計(jì)10000字（論文）】

目錄TOC\o"1-3"\h\u15210第一章緒論 321205

1.1課題背景及其意義

3142751.2

國內(nèi)外的研究狀況

4122491.3本文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排 56561第二章方案的設(shè)計(jì)與論證 6210192.1控制方案的確定 6172582.2控制方式的選擇 6273222.2.1單片機(jī)芯片的選擇 6247732.2.2電池模塊的選擇 624988第三章硬件電路的設(shè)計(jì) 83493.1系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 865883.1.1系統(tǒng)功能分析 836903.1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 8186683.2模塊電路的設(shè)計(jì) 866403.2.1STC89C52單片機(jī)核心系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 817203.2.2高亮LED燈照明電路設(shè)計(jì) 12155103.2.3光照檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì) 1349373.2.4二擋撥動(dòng)開關(guān)模式選擇電路設(shè)計(jì) 1580573.2.5太陽能/風(fēng)能發(fā)電電路設(shè)計(jì) 1678023.2.6TP4056鋰電池充電板電路設(shè)計(jì) 17310933.2.7DC-DC升壓模塊(0.9V~5V)升5V600MA電路設(shè)計(jì) 1922654第四章軟件設(shè)計(jì) 21173204.1編程語言選擇 2183904.2keil軟件設(shè)計(jì)思想 21182534.3程序流程圖 213335第五章系統(tǒng)焊接與調(diào)試 23304875.1電路焊接 2345045.2系統(tǒng)調(diào)試 24227075.2.1系統(tǒng)程序調(diào)試 2475425.2.2硬件測(cè)試 24100185.3實(shí)物測(cè)試 2523808參考文獻(xiàn) 27緒論

1.1課題背景及其意義

20世紀(jì)末二十一世紀(jì)初，各國意識(shí)到基于煤炭、石油等不可再生能源的能源危機(jī)，開始著手尋求新型能源，各類能源相繼被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是太陽能與風(fēng)力，雖然這些能源轉(zhuǎn)換的效率并不高，但是其儲(chǔ)備量大，清潔，可再生，繼而被應(yīng)用于各個(gè)場所，應(yīng)用于各類發(fā)電，并且太陽能在在為人造衛(wèi)星提供能源方面利用的比較廣。太陽能是太陽內(nèi)部或是太陽表面的黑子連續(xù)不斷的核聚變產(chǎn)生的能量，并且地球上的能量無不是間接或者是直接來自太陽能，植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能從而存儲(chǔ)起來，而人類常用的煤碳，石油與天然氣等化石能源也是由遠(yuǎn)古時(shí)代的植物經(jīng)過化學(xué)演變而成。此外，水勢(shì)能與風(fēng)能也是由太陽能產(chǎn)生的。太陽能的存儲(chǔ)量非常豐富，但是又因?yàn)槠涿芏冗^小且分散，不同緯度的太陽能密度不同。地球軌道上平均太陽能輻射強(qiáng)度為1.369W/m2,赤道的周長則為40000KM，從而可以計(jì)算出地球所接收的太陽能達(dá)173000TW。在海平面的標(biāo)準(zhǔn)太陽能輻射強(qiáng)度峰值為1KW/m2，地球表面的每一點(diǎn)24H內(nèi)的平均太陽能輻射強(qiáng)度為0.2KW/m2，相當(dāng)于102000TW。太陽能總量是地球人類所利用能源的很多倍，但是因其缺點(diǎn)，現(xiàn)階段因技術(shù)，無法得到很好的利用。盡管太陽輻射到大氣層的能量僅為其總能量的22億分之1，但是也有173000TW，一秒鐘輻射到地球表面的能量相當(dāng)于500萬噸煤炭。這樣大的能源儲(chǔ)備，對(duì)于太陽能的應(yīng)用有著非常好的前景。對(duì)于太陽能路燈來說，還是有這相當(dāng)廣闊的前景。經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，但在總體上和國外相比仍然有一些差距：我國的光伏發(fā)電的生產(chǎn)規(guī)模較?。还夥l(fā)電的技術(shù)水平較低；光伏電池的使用效率及封裝水平都與國外存在差距；我國的光伏發(fā)電的產(chǎn)出成本高；光伏發(fā)電的材料性能與國外有一定的差距，而且部分只能采用進(jìn)口材料；此外，我國西部以及東部沿海地區(qū)，除了光照能源還有較高的風(fēng)能開發(fā)能源，該兩者都是綠色無污染能源。兩者的市場培育和發(fā)展遲緩，缺乏培育和開拓的支持政策、措施。面對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展，從現(xiàn)有常規(guī)能源向清潔、可再生的新能源過渡已提到議事上來了。因?yàn)樾履茉词且劳懈咝录夹g(shù)的發(fā)展，開辟持久可再生能源的道路，以滿足人類不斷增長的能源需求，并保護(hù)地球的潔凈。利用太陽能發(fā)電，既不需要燃料，也沒有煙塵和灰渣，不污染環(huán)境，非常清潔。特別是太陽能電池組件，使用壽命可達(dá)20年以上，性能穩(wěn)定，同時(shí)維護(hù)費(fèi)用較低。1.2

國內(nèi)外的研究狀況

太陽能路燈是以太陽光為能源，白天太陽電池板給蓄電池充電，夜晚，蓄電池驅(qū)動(dòng)LED照明。太陽能路燈現(xiàn)階段的造價(jià)要比傳統(tǒng)的路燈造價(jià)高上20%以上，但是太陽能路燈的日后的總費(fèi)用可以和傳統(tǒng)路燈的費(fèi)用拉平，太陽能路燈之所以不能夠普及還存在以下兩點(diǎn)困難：一、蓄電池需要定期更換；二、太陽能路燈的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的太陽能路燈不同，一般的電工不會(huì)修理，維修困難。但是相對(duì)于傳統(tǒng)路燈來說，太陽能路燈無需復(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，可任意調(diào)整燈具的布局，安全節(jié)能無污染，無需人工操作工作穩(wěn)定可靠，節(jié)省電費(fèi)。就是因?yàn)樘柲苈窡粲猩鲜龅膬?yōu)點(diǎn)，目前也得到了一定范圍內(nèi)的推廣，目前已經(jīng)初步應(yīng)用于校園、家庭等。但是也因?yàn)樘柟獾拿芏缺容^分散，所以太陽能路燈在原有的基礎(chǔ)上，添加風(fēng)能組成新型的路燈，利用風(fēng)能與太陽光能互補(bǔ)，這樣就可以減小蓄電池的容量，并且可以在一定程度上可以解決連續(xù)陰雨天氣對(duì)太陽能路燈的影響。還有一種方式就是，太陽能路燈采用雙模供電（市電—蓄電池）的方式進(jìn)行供電，若是采取這樣的解決方式，太陽能路燈的鋪設(shè)費(fèi)用就急劇增加。但是，這樣可以做為一種改進(jìn)傳統(tǒng)路燈的方法，利用原有的管線設(shè)備，增加太陽能路燈的基礎(chǔ)器件進(jìn)行改進(jìn)，以降低路燈損耗。太陽能路燈發(fā)展到現(xiàn)在，太陽能的利用并不高，所以太陽能路燈爭先開始研制太陽能路燈控制器，以達(dá)到節(jié)省能源等作用。目前，傳統(tǒng)的太陽能路燈控制器在一定程度上是提高太陽能路燈組件的使用壽命與能源的使用效率。在提高太陽能路燈組件壽命上，蓄電池的使用壽命有限，并且相對(duì)較貴，所以需要采用更加有效的方式對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)，在充電電路與放電路上就需要更多的處理研究。如何更加合理且有效的節(jié)省能源也是目前的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)樘柟獾姆植济芏容^小，且太陽光的光強(qiáng)且受環(huán)境的因素的影響比較大，所以轉(zhuǎn)換的能源需要更加合理的分配與利用。在目前節(jié)省能源方面上，在程序定時(shí)調(diào)節(jié)功率的方法，但是此類方法雖然可靠，也節(jié)約了很大部分的能源，但是其靈活程度比較差。今后，這一問題必將使用傳感器與微型處理系統(tǒng)代替，以適應(yīng)多樣變化的工作環(huán)境。由于太陽能電池板受現(xiàn)階段技術(shù)的限制，其轉(zhuǎn)換效率無法得到很大程度的提高，所以，太陽能控制器的另一個(gè)大的發(fā)展方向必定為如何提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率方面。1.3本文的主要研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排.主要介紹本設(shè)計(jì)的課題背景及國內(nèi)外研究狀況；.主要說明系統(tǒng)方案的選擇；第3章.主要介紹硬件電路的組成及使用方法；第4章.主要介紹軟件設(shè)計(jì)；第5章.主要介紹硬件調(diào)試；第二章方案的設(shè)計(jì)與論證2.1控制方案的確定本設(shè)計(jì)由STC89C52單片機(jī)電路+太陽能電池板電路+風(fēng)機(jī)電路+鋰電池充電保護(hù)電路+升壓電路+穩(wěn)壓電路+光敏電阻電路+4位高亮LED燈電路+2檔撥動(dòng)開關(guān)電路+電源電路設(shè)計(jì)而成。

2.2控制方式的選擇2.2.1單片機(jī)芯片的選擇方案一采用可編程邏輯器件CPLD作為控制器，CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、I/O資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復(fù)雜的邏輯功能，對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮，最終放棄了此方案。方案二采用ST公司的STC89C52單片機(jī)作為主控制器，STC89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。該單片機(jī)功耗低、接口豐富，成本低廉，完全能滿足本設(shè)計(jì)要求。方案三采用單片機(jī)芯片控制MSP430單片機(jī)是美國德州儀器（TI）推出的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器（MixedSignalProcessor），主要是針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”混合信號(hào)處理的解決方案。MSP430F149是一個(gè)16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機(jī)，具有可靠性高、功耗低、擴(kuò)展靈活、體積小、價(jià)格低和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、專用設(shè)備智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，有效地提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。然而其成本太高，故舍棄。故選擇方案二。2.2.2電池模塊的選擇方案一蓄電池(StorageBattery)是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，是按可再充電設(shè)計(jì)的電池，通過可逆的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)再充電，通常是指鉛酸蓄電池，它是電池中的一種，屬于二次電池。鉛蓄電池在使用一段時(shí)間后要補(bǔ)充硫酸，使電解質(zhì)保持含有22～28％的稀硫酸。方案二鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。其性能穩(wěn)定，使用比較安全。選擇方案二。硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)功能分析本設(shè)計(jì)由STC89C52單片機(jī)電路+太陽能電池板電路+風(fēng)機(jī)電路+鋰電池充電保護(hù)電路+升壓電路+穩(wěn)壓電路+光敏電阻電路+4位高亮LED燈電路+2檔撥動(dòng)開關(guān)電路+電源電路設(shè)計(jì)而成。1、采用風(fēng)機(jī)和太陽能電池板給鋰電池充電，具有充電保護(hù)電路和穩(wěn)壓電路。2、鋰電池升壓到5V給單片機(jī)和附屬電路供電。3、路燈用4個(gè)高亮LED燈模擬。4、路燈控制分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，手動(dòng)模式下可以自由的開燈或者關(guān)燈，自動(dòng)模式下通過光敏電阻根據(jù)光照強(qiáng)度自動(dòng)控制燈的開和關(guān)。3.1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)具體框圖如下圖所示：系統(tǒng)原理框圖3.2模塊電路的設(shè)計(jì)3.2.1STC89C52單片機(jī)核心系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。一、STC89C52主要特性如下：（1）8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；（2）512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；（3）內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間;（4）可直接使用串口下載。二、STC89C52主要參數(shù)如下：（1）增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；（2）工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）；（3）工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；（4）用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)；（5）片上集成512字節(jié)RAM；（6）通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻；（7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；（8）具有EEPROM功能；（9）共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2；（10）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；（11）通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART；（12）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）；（13）PDIP封裝。三、STC89C52單片機(jī)相關(guān)引腳說明：（1）VCC：供電電壓。（2）GND：接地。（3）P3.0RXD（串行輸入口）（4）P3.1TXD（串行輸出口）（5）P3.2/INT0（外部中斷0）（6）P3.3/INT1（外部中斷1）（7）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）（8）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）（9）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）（10）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）（11）RST：復(fù)位輸入。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。（12）ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(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，置位無效。（13）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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)。（14）/EA/VPP：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）。（15）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（16）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。單片機(jī)引腳圖如下圖所示：STC89C52單片機(jī)引腳圖四、STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)說明：STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和電源電路。擁有這三部分電路后，單片機(jī)即可正常工作。單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如下圖所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖VCC和GND為單片機(jī)的電源引腳，為單片機(jī)提供電源：復(fù)位電路由按鍵S1、電解電容EC1和電阻R1組成。具有手動(dòng)按鍵復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位功能。系統(tǒng)上電復(fù)位按鍵接口采集到兩個(gè)高端信號(hào)后進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，就是非自動(dòng)的按鍵復(fù)位；系統(tǒng)檢測(cè)到的電壓由低電平上升到高電平的一段時(shí)間后，在這段時(shí)間過后，系統(tǒng)通過電阻與接地之間形成一條通路，然后自動(dòng)把高電平進(jìn)行拉低，使得單片機(jī)從高電位變?yōu)榈碗娢?，從而就是給單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位即上電復(fù)位。時(shí)鐘電路由晶振Y1、瓷片電容C1和C2組成。有控制芯片的數(shù)字電路正常工作是少不了TIME(時(shí)鐘)電路的，我們需要時(shí)鐘電路自動(dòng)發(fā)出系統(tǒng)時(shí)間，讓控制芯片正常工作。給控制芯片正常工作的時(shí)鐘信號(hào)，一般把這種工作方式稱為“拍”，以至于讓整個(gè)控制系統(tǒng)能正常工作，由于要保證控制系統(tǒng)能正常工作，提高他的工作能力，我們經(jīng)常用11.0592MHZ晶振和30PF的電容進(jìn)行組合，電容為了幫助晶振起振的，滿足了數(shù)字控制器上電以后可以正常工作。JD1為單片機(jī)的下載接口。3.2.2高亮LED燈照明電路設(shè)計(jì)超高亮LED是比一般LED發(fā)光二極管的亮度高近百倍的新型LED，其外殼是無色透明樹脂封裝，其發(fā)光體本身就能發(fā)出某一波長的光，從而呈現(xiàn)出某一種顏色。在本設(shè)計(jì)中，選擇白色高亮LED燈作為照明燈使用。一、白色高亮LED燈的優(yōu)點(diǎn)。（1）壽命長，可靠耐用，維護(hù)費(fèi)用極為低廉，可連續(xù)使用105h，比普通白熾燈泡長100倍；（2）高效率，其發(fā)光效率可達(dá)80%～90%，LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4；（3）點(diǎn)亮速度快。在本設(shè)計(jì)中，LED燈均為高亮LED燈，通過三極管驅(qū)動(dòng)LED燈的亮滅，電阻為限流電阻，保護(hù)三極管。當(dāng)單片機(jī)的控制引腳為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)，高亮LED燈亮。否則，高亮LED燈不亮。高亮LED燈照明電路原理圖如下圖所示。高亮LED燈照明電路原理圖3.2.3光照檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇光照傳感器模塊對(duì)光照進(jìn)行檢測(cè)。一、傳感器參數(shù)（1）可以檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度和光強(qiáng)（2）靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)）（3）工作電壓3.3V-5V（4）輸出形式a模擬量電壓輸出，b數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）（5）電源指示燈（紅色）和數(shù)字開關(guān)量輸出指示燈（綠色）（6）比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定二、接口說明（4線制）（2）VCC外接3.3V-5V（2）GND外接GND（3）DO小板數(shù)字量輸出接口（0和1）（4）AO小板模擬量輸出接口三、使用說明（1）光敏電阻模塊對(duì)環(huán)境光強(qiáng)最敏感，一般用來檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度和光強(qiáng)。（2）模塊在無光條件或者光強(qiáng)達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO口輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光強(qiáng)超過設(shè)定閾值時(shí)，模塊D0輸出低電平；（3）小板數(shù)字量輸出D0可以與單片機(jī)直接相連，通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平，由此來檢測(cè)環(huán)境的光強(qiáng)改變；（4）小板數(shù)字量輸出DO可以直接驅(qū)動(dòng)本店繼電器模塊，由此可以組成一個(gè)光電開關(guān)；5小板模擬量輸出AO可以和AD模塊相連，通過AD轉(zhuǎn)換，可以獲得環(huán)境光強(qiáng)更精準(zhǔn)的數(shù)值；模塊接口原理圖如下圖所示。光照傳感器接口原理圖模塊內(nèi)部具體電路圖如下圖所示。光照傳感器傳感器原理圖圖模塊實(shí)物圖如下圖所示。光照傳感器傳感器實(shí)物圖3.2.4二擋撥動(dòng)開關(guān)模式選擇電路設(shè)計(jì)通過撥動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的切換，電阻為上拉電阻。當(dāng)二檔撥動(dòng)開關(guān)撥下去時(shí)，單片機(jī)控制引腳為低電平。當(dāng)二檔撥動(dòng)開關(guān)撥上去時(shí)，單片機(jī)控制引腳為高電平。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的完美切換。其電路圖如下圖所示。撥動(dòng)開關(guān)模式選擇原理圖3.2.5太陽能/風(fēng)能發(fā)電電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中選擇9V的太陽能電池板和5V的風(fēng)能發(fā)電機(jī)作為發(fā)電元件，太陽能發(fā)電后經(jīng)過L7805CV芯片穩(wěn)壓后，將發(fā)電后的電壓穩(wěn)在5V，然后，在經(jīng)過TP4056模塊給鋰電池進(jìn)行充放電，同時(shí)因?yàn)殇囯姵氐碾妷簽?.7V-4.2V，而本設(shè)計(jì)的單片機(jī)等電路均為5V供電，所以用升壓模塊將3.7V的電壓升到5V來給設(shè)備供電。本系統(tǒng)選擇的太陽能電池板為多晶硅9V220ma，玻璃層壓太陽能電池板9V2W。工作時(shí)間：有充足的陽光的照耀就可以正常使用，非存電產(chǎn)品，電量即發(fā)即用。使用壽命：正常情況下，一般可以使用20-25年。實(shí)物圖如下圖所示。太陽能電池板實(shí)物圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用的是5V輸出的，其實(shí)物圖下如圖所示。風(fēng)機(jī)圖具體電路圖如下：充電管理及升壓圖3.2.6TP4056鋰電池充電板電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇TP4056模塊對(duì)3.7V鋰電池進(jìn)行充放電保護(hù)。TP4056是一款完整的單節(jié)鋰離子電池采用恒定電流/恒定電壓線性充電器。其底部帶有散熱片的SOP8/MSOP8封裝與較少的外部元件數(shù)目使得TP4056成為便攜式應(yīng)用的理想選擇。TP4056可以適合USB電源和適配器電源工作。由于采用了內(nèi)部PMOSFET架構(gòu)，加上防倒充電路，所以不需要外部隔離二極管。熱反饋可對(duì)充電電流進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對(duì)芯片溫度加以限制。充電電壓固定于4.2V，而充電電流可通過一個(gè)電阻器進(jìn)行外部設(shè)置。當(dāng)充電電流在達(dá)到最終浮充電壓之后降至設(shè)定值1/10時(shí)，TP4056將自動(dòng)終止充電循環(huán)。當(dāng)輸入電壓（交流適配器或USB電源）被拿掉時(shí)，TP4056自動(dòng)進(jìn)入一個(gè)低電流狀態(tài)，將電池漏電流降至2uA以下。TP4056在有電源時(shí)也可置于停機(jī)模式，以而將供電電流降至55uA。TP4056的其他特點(diǎn)包括電池溫度檢測(cè)、欠壓閉鎖、自動(dòng)再充電和兩個(gè)用于指示充電、結(jié)束的LED狀態(tài)引腳。一、模塊特點(diǎn)（1）高達(dá)1000mA的可編程充電電流（2）無需MOSFET、檢測(cè)電阻器或隔離二極管（3）用于單節(jié)鋰離子電池、采用SOP封裝的完整（4）·恒定電流/恒定電壓操作，并具有可在無過熱（5）危險(xiǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)充電速率最大化的熱調(diào)節(jié)二、模塊功能（1）精度達(dá)到±1%的4.2V預(yù)設(shè)充電電壓（2）用于電池電量檢測(cè)的充電電流監(jiān)控器輸出（3）自動(dòng)再充電（4）充電狀態(tài)雙輸出、無電池和故障狀態(tài)顯示（5）C/10充電終止（6）待機(jī)模式下的供電電流為55uA（7）2.9V涓流充電器件版本（8）軟啟動(dòng)限制了浪涌電流（9）電池溫度監(jiān)測(cè)功能（9）采用8引腳SOP-PP/MSP-PP封裝。三、模塊絕對(duì)最大額定值（1）輸入電源電壓（VCC）：-0.3V～8V（2）PROG：-0.3V～VCC+0.3V（3）BAT：-0.3V～7V（4）TEMP：-0.3V～10V（5）CE：-0.3V～10V（6）BAT短路持續(xù)時(shí)間：連續(xù)（7）BAT引腳電流：1200mA（8）PROG引腳電流：1200uA（9）最大結(jié)溫：145℃（10）工作環(huán)境溫度范圍：-40℃～85℃（11）貯存溫度范圍：-65℃～125℃（12）引腳溫度（焊接時(shí)間10秒）：260℃四、本模塊特點(diǎn)：（1）板載TP4056鋰電充電管理芯片（2）板載MINIUSB頭，可以直接鏈接電腦USB口充電（3）本充電板也可以通過(IN+與IN-)排針供電（4）預(yù)留TEMP排針接口，可以作為鋰電池溫度檢測(cè)用（5）輸入電壓：4V-8V，輸出最大充電電流：1000mA（6）充電時(shí)D1指示燈亮，充電完成D2指示燈亮模塊接口原理圖如下圖所示。傳感器接口電路原理圖模塊實(shí)物圖如下圖所示。模塊實(shí)物圖3.2.7DC-DC升壓模塊(0.9V~5V)升5V600MA電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇DC-DC升壓模塊實(shí)現(xiàn)3.7V鋰電池的升壓，升壓到5V，給系統(tǒng)供電。模塊參數(shù)本模塊采用高性能進(jìn)口芯片，性能優(yōu)于一般的模塊。輸入0.9V～5V任意直流電壓，均可穩(wěn)定輸出5V直流電壓，用單節(jié)AA電池供電即可輸出高達(dá)200~300MA的電流，兩節(jié)AA電池供電即可輸出500～600MA的電流，可為您的手機(jī)、相機(jī)、單片機(jī)及數(shù)碼產(chǎn)品供電工業(yè)級(jí)溫度范圍：-40℃+85℃轉(zhuǎn)換效率高，最高達(dá)96%帶USB母座，用途廣泛超小體積（PCB板25mm*18mm），用安裝于各種小型設(shè)備里帶工作指示燈模塊接口原理圖如下圖所示。傳感器接口電路原理圖模塊實(shí)物圖如下圖所示。模塊實(shí)物圖軟件設(shè)計(jì)4.1編程語言選擇由于整個(gè)程序比較復(fù)雜，且計(jì)算量較大，用到了較多的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，所以程序的編寫采用了C語言。對(duì)于大多數(shù)51系列的單片機(jī)，使用C語言這樣的高級(jí)語言與使用匯編語言相比具有如下優(yōu)點(diǎn):不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理，編程時(shí)不需要考慮存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)。指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性?？墒褂门c人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)。與使用匯編語言相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短。C語言的庫文件提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的例程。通過C語言可實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加到新程序中。（8）C語言可移植性好且非常普及，C語言編譯器幾乎適用于所有的目標(biāo)系統(tǒng)，己完成的項(xiàng)目可以很容易的轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境中與匯編語言相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用4.2keil軟件設(shè)計(jì)思想KEIL軟件是單片機(jī)開發(fā)者廣泛使用的開發(fā)工具的，簡單的單片內(nèi)形都是使用這種開發(fā)軟件的，可以降低開發(fā)周期，從而減少很多成本，因此廣泛受到開發(fā)者的歡迎和使用。在使用匯編語言,然后用KEIL軟件開發(fā),實(shí)現(xiàn)更深刻的。KEIL軟件提供了一個(gè)豐富的使用環(huán)境和調(diào)用的子程序，在全體的打開窗口中。還有一個(gè)重要因素就是。我們多看看編程器是如何生存程序序言的，使得使用者可以體會(huì)到其中的樂趣的，感覺到此KEIL軟件會(huì)非常的好用的，越來越受到廣大使用者的歡迎的。其中追要由它大多數(shù)代碼都是集成的，調(diào)用很方便的，那些初學(xué)者也會(huì)感覺很好用的，起點(diǎn)水平不需要太高的。在開發(fā)大型軟件,以更好地反映高語言的優(yōu)勢(shì)。以下的細(xì)節(jié)KEIL軟件開發(fā)系統(tǒng)和使用的各個(gè)部分的功能。4.3程序流程圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用keil軟件編寫與調(diào)試程序，程序語言采取易讀性和移植性更高的C語言編寫。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如下圖所示。系統(tǒng)運(yùn)行流程系統(tǒng)焊接與調(diào)試5.1電路焊接手工焊接是常用原始的焊接方法，目前大量工廠焊接的生產(chǎn)基本上不采用原始方法了，但是普通元器件的修理、系統(tǒng)測(cè)試中經(jīng)常使用原始的手工焊接。重要的是如焊接本質(zhì)上出現(xiàn)問題，則會(huì)影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的，可以這么說，焊接的會(huì)導(dǎo)致這個(gè)控制系統(tǒng)可不可以用的。手工焊接主要有如下四步組成的：第一步開始焊接：需要把需要焊接的地方打掃干凈，主要去處油跡和灰塵,然后把需要焊接的元器件的兩個(gè)角向一定的方向掰一掰,注意不能把元器件的腳相交在一起了，這樣會(huì)影響焊接的。接下來讓電烙鐵頭碰到需要焊接的元器件腳下，放上焊錫絲。此處需要注意的是，不能讓烙鐵頭碰到其它元器件的腳了，要不然會(huì)把兩個(gè)元器件焊接在一起了。第二步給焊接升溫：當(dāng)在完成第一步以后，接下來就是加熱焊錫絲了，主要是將燒熱的電烙鐵放在器件管腳旁邊，慢慢融化焊錫絲，需要注意電洛鐵的溫度和加熱時(shí)間，若時(shí)間過長，很有可能焊壞面包板焊盤的，一般建議電洛鐵溫度調(diào)整在400。C左右，加熱2秒鐘左右，例外也要根據(jù)器件種類作出具體區(qū)別的。在焊接過程中，當(dāng)需要把焊接好的元器件卸下來，則也需要給焊接處進(jìn)行加熱的，主要操作是首先在焊接處補(bǔ)好焊錫絲，使焊點(diǎn)是圓潤的，然后用電洛鐵在焊接處進(jìn)行加熱，在加熱的過程中就可以直接把元器件卸下來了，此時(shí)一定要主要時(shí)間，要不然也會(huì)損壞焊盤的第三部清理焊接面：當(dāng)在完成第二步時(shí)，有的時(shí)候會(huì)觀察到焊接的不完美或者擔(dān)心出現(xiàn)虛焊情況，這時(shí)候需要進(jìn)行修改的。主要是兩種情況的，第一種是焊錫不夠，焊接點(diǎn)不圓潤，這時(shí)需要給焊接處補(bǔ)焊錫，此時(shí)需要注意的是焊錫量不能補(bǔ)多，要不然容易連接到其它期間的引腳的。第二種是焊錫過多，這時(shí)候可以用電洛鐵放在焊接處來回的滑動(dòng)，會(huì)把多余的焊錫帶走的，若不行，只能使用吸錫器了。第四部檢查焊點(diǎn)：當(dāng)完成以上三步了，最后就需要整體觀察了，主要是觀看焊接點(diǎn)是不是圓滿、亮度好、緊固，有沒有與其它管腳相連在一起了。5.2系統(tǒng)調(diào)試整體系統(tǒng)上電調(diào)試前，大概觀察下焊接的系統(tǒng)還存在問題，例如還有很顯眼的斷裂，正負(fù)極接反以及相連、虛焊、等問題，然后用萬用表檢測(cè)一下，電源正負(fù)極之間是否短路等嚴(yán)重的電源問題，最終保證系統(tǒng)沒有問題。5.2.1系統(tǒng)程序調(diào)試(1)在Keil4軟件中先創(chuàng)建一個(gè)工程：單擊菜單欄中的“工程”，輸入新建工程名，并保存；然后器件選擇“Atmel”目錄下的“AT89C52”。（2）新建用戶源文件：在新建的空白文本中編寫程序源代碼，編碼完成保存文件并文件拓展名“***.c”，新文件創(chuàng)建完成。（3）程序編譯和調(diào)試：單擊編譯按鈕，系統(tǒng)會(huì)對(duì)文件進(jìn)行運(yùn)行，在輸出窗口中可看到提示信息，如下圖中有一個(gè)error，按提示找出錯(cuò)誤并改正，直到提示沒有錯(cuò)誤提示為止，如下圖所示。提示信息無錯(cuò)誤（4）程序編譯無錯(cuò)誤后，進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，可查看單片機(jī)資源狀態(tài)，進(jìn)行斷點(diǎn)等方式調(diào)試。5.2.2硬件測(cè)試最后一步就是硬件整體測(cè)試了，主要運(yùn)用萬用表、直流電源和示波器對(duì)焊接好的板子進(jìn)行整體調(diào)試，主要檢查每一個(gè)器件是不是都正常工作了，主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)調(diào)試和靜態(tài)調(diào)試。其中靜態(tài)調(diào)試主要分為以下四種：1.肉眼觀察。主要觀看焊接點(diǎn)是否飽滿，以及相連器件之間是否相連或者器件管腳沒有焊接好，出現(xiàn)短路現(xiàn)象。2.使用萬用表調(diào)試。首先查看電源是否短路，然后測(cè)量管腳是否連接正確，有沒有接線錯(cuò)誤。3.上電檢查。在完成第一步和第二步都沒有問題，接下來就可以上電了，上電以后觀看每個(gè)器件是否正常工作，然后在逐一測(cè)試功能。4.綜合檢查測(cè)試。這種測(cè)試方法只適合單片機(jī)開發(fā)板開發(fā)的系統(tǒng)才能使用這種方法，本文不適宜用這種方法測(cè)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試主要是靜態(tài)調(diào)試沒有任何問題，做最后一步檢查，就是每個(gè)器件能否正常工作，能否滿足我系統(tǒng)開發(fā)的功能，防止器件內(nèi)部損壞，影響系統(tǒng)性能。5.3實(shí)物測(cè)試經(jīng)過測(cè)算，系統(tǒng)測(cè)試正常，如下圖所示。系統(tǒng)測(cè)試圖參考文獻(xiàn)[1]趙小蘭,胡征,王培坤,林曉歡,莊衍豎,黃維沛.多功能自行車碼表設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2013,(20):1-2.[2]孫寶元、楊寶清.傳感器及其應(yīng)用手冊(cè)．北