05.SJ005-1畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)封面

XIX第三章設(shè)計(jì)方案3.1太陽(yáng)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)方案理論上能將太陽(yáng)能電池與LED燈直接連接，用太陽(yáng)能電池直接給LED供電，系統(tǒng)就能正常工作，但是因?yàn)樘?yáng)能轉(zhuǎn)換的電能是不穩(wěn)定的，這表現(xiàn)在兩方面：一是它的供電時(shí)間和LED燈工作時(shí)間有可能不是在同一時(shí)間；二是LED燈可能要在一定的電壓下方能正常工作。太陽(yáng)能就不具備提供穩(wěn)定電壓的能力，所以當(dāng)今一切太陽(yáng)能供電系統(tǒng)都需要配合蓄電池來(lái)一起工作。3.1.1設(shè)計(jì)方案一太陽(yáng)能太陽(yáng)能蓄電池LED燈繼電器繼電器圖3.1方案一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖利用穩(wěn)壓電路將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的電壓穩(wěn)定輸出，繼電器選用12V繼電器，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定值后或轉(zhuǎn)換輸出電壓達(dá)到12V后，繼電器1自動(dòng)接通充電電路，太陽(yáng)能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。同時(shí)利用繼電器控制放電電路，當(dāng)蓄電池充滿達(dá)到12V后，繼電器2自動(dòng)接通放電電路為晚上提供照明。3.1.2設(shè)計(jì)方案二可以采用兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量太陽(yáng)能兩端電壓和蓄電池兩端電壓，通過(guò)電壓的比較，達(dá)到需要的電壓值后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)。此時(shí)，充電電路的開(kāi)關(guān)和放電電路的開(kāi)關(guān)都采用MOS管。正常光照下，光照強(qiáng)度越大，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的電壓越大，這樣可以保證達(dá)到蓄電池的額定電壓后在接通蓄電池充電，起到保護(hù)且正確充電的作用?？刂平Y(jié)構(gòu)圖如下：太陽(yáng)能LE太陽(yáng)能LED燈泡蓄電池A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)DanpianjidanAT89C51MOS管MOS管圖3.2方案二控制過(guò)程MOS管最顯著的特性是開(kāi)關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用在需要電子開(kāi)關(guān)的電路中，常見(jiàn)的如開(kāi)關(guān)電源、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和照明系統(tǒng)。3.1.3控制方案論證與選擇方案一采用繼電器開(kāi)關(guān)分別作為充電電路開(kāi)關(guān)和放電電路開(kāi)關(guān)，雖然達(dá)到了太陽(yáng)能臺(tái)燈白天充電晚上放電的最基本的要求，但是沒(méi)有考慮到蓄電池是否需要充電、能否充滿等問(wèn)題，繼電器雖然能夠起到開(kāi)關(guān)的作用，但是在放電電路中沒(méi)有進(jìn)行對(duì)電池電壓的測(cè)量，也就是說(shuō)如果時(shí)間用的長(zhǎng)，電池將一直處于放電狀態(tài)，可能會(huì)造成電池電壓虧損而損壞電池。方案二對(duì)太陽(yáng)能電池板和蓄電池都采用了端電壓測(cè)試，這樣就可以很清楚的知道蓄電池是滿電或虧損，太陽(yáng)能是否轉(zhuǎn)換需要的電壓，這樣就能夠在正確的時(shí)間上做正確的事情，同時(shí)MOS管控制電路的開(kāi)關(guān)，在充電過(guò)程中還可以利用PWM充電方式對(duì)蓄電池充電，又進(jìn)一步得到了好的效果。按照系統(tǒng)要求，不僅僅要能達(dá)到白天充電晚上放電的作用，還要對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)，利用單片機(jī)的控制，能夠自動(dòng)的開(kāi)關(guān)和斷開(kāi)電路，保護(hù)和使用電路。方案一沒(méi)有做到蓄電池保護(hù)，而且不能保證電池充滿就不能保證晚上臺(tái)燈可以滿足照明時(shí)間，使用不穩(wěn)定。而方案二在充電放電之前都能對(duì)電池和太陽(yáng)能的端電壓進(jìn)行測(cè)量，所以能夠保護(hù)電池過(guò)充或過(guò)放而帶來(lái)的損失，并且MOS關(guān)的通斷效果好，有能夠滿足使用脈寬調(diào)制充電，是蓄電池進(jìn)一步的到了保護(hù)和最大程度的使用。按照系統(tǒng)的要求和太陽(yáng)能臺(tái)燈的使用壽命這里選擇方案二作為該系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)方案。3.2方案描述3.2.1總體部分第一部分是太陽(yáng)能電池模塊，能用來(lái)將光能轉(zhuǎn)換成電能；第二部分是控制電路，控制太陽(yáng)能發(fā)電、蓄電池對(duì)燈供電并且能控制保護(hù)系統(tǒng)工作安全等；第三部分是蓄電池，是用來(lái)收集太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變的電能的；第四部分是LED臺(tái)燈。白天正常太陽(yáng)光下，太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，并且在控制電路的作用下收集至蓄電池內(nèi)，以備晚上對(duì)LED燈的正常供電。（1）太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池板是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，將太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，大部分太陽(yáng)能電池板的主要材料為“硅”，但因制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。從世界產(chǎn)生生物后便主要是用太陽(yáng)供給的光和熱生活，然而古人們也是知道用太陽(yáng)光曬干物體，并且用作保存食物的用途，如造鹽與曬咸魚(yú)等。但是在化石燃料的降低下，才去故意將太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)一步的利用。太陽(yáng)能的使用具有光電轉(zhuǎn)化和被動(dòng)式兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電是一種新的能再生的能源。普遍上將太陽(yáng)能是世界上許多能量的出處，比如化學(xué)能，風(fēng)能以及水的能量等。（2）控制電路控制電路系統(tǒng)工作的核心，它的主要功能如下：a、工作時(shí)間保護(hù)能自動(dòng)控制時(shí)間，如果蓄電池放電過(guò)多導(dǎo)致電壓不足，控制電路會(huì)自動(dòng)切斷電路的通斷。b、控制系統(tǒng)的充放電正常太陽(yáng)光時(shí)控制電路接通充電電路對(duì)蓄電池充電，晚上控制電路接通放電電路，對(duì)LED燈放電使其正常工作。c、保護(hù)功能一但電路出現(xiàn)故障如接點(diǎn)短路、斷路，電池錯(cuò)接等等情況下，控制電路將直接切斷電路開(kāi)關(guān)，得至保護(hù)作用。（3）蓄電池因?yàn)樘?yáng)能不能直接給LED燈供電照明，需要將其轉(zhuǎn)化的電能收集起來(lái)，這里蓄電池就起至保存電能提供隨時(shí)放電的可能。并且需要確保的是太陽(yáng)能和蓄電池直接是單項(xiàng)充電的。（4）LED燈LED發(fā)光二極管，它以一種可以把電的能量轉(zhuǎn)變成光能的固體半導(dǎo)體器件存在，能直將電能轉(zhuǎn)變成光能。LED的核心是一個(gè)半導(dǎo)體芯片，芯片一端存在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端接到電源正極，可以使整個(gè)芯片利用環(huán)氧樹(shù)脂裝起來(lái)的。半導(dǎo)體芯片是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)組成，一部分是N型半導(dǎo)體，在這里重要是電子。另一部分是P半導(dǎo)體，在它里面占主要地位的是空穴，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)線作用在這個(gè)芯片上的時(shí)候，電子就會(huì)被送到P區(qū)，在P區(qū)里空穴和電子結(jié)合，就會(huì)用光子的方式發(fā)出能量，但這兩種半導(dǎo)體結(jié)合起來(lái)的時(shí)候，它們中間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)P-N結(jié)。這是LED燈的工作原理。然而光的波長(zhǎng)也是光的顏色，是由產(chǎn)生P-N結(jié)的材料來(lái)確定的。3.2.2控制部分控制方案結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示，控制電路由DC/DC轉(zhuǎn)變、A/D轉(zhuǎn)換電路、繼電器控制電路、AT89C51單片機(jī)等電路組成。首先檢測(cè)電路是否故障，只有在無(wú)故障的情況下才可進(jìn)行充放電。當(dāng)遇到正常光照下檢測(cè)蓄電池兩端電壓，當(dāng)達(dá)到充電電壓時(shí)充電電路的開(kāi)關(guān)閉合，接通充電電路進(jìn)行充電，否則充電電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)同時(shí)放電電路的開(kāi)關(guān)閉合，接通放電電路隨時(shí)提供LED的照明使用。同時(shí)放電過(guò)程中檢測(cè)電池兩端的電壓，電壓過(guò)低或達(dá)到充電電壓時(shí)，放電電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)充電電路開(kāi)關(guān)閉合，隨時(shí)準(zhǔn)備太陽(yáng)能充電。這樣循環(huán)進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能臺(tái)燈的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為控制中心的軟硬件的結(jié)合，使用并聯(lián)在電池兩端的兩個(gè)串聯(lián)電阻，以分壓方式對(duì)蓄電池、太陽(yáng)能電池的電壓進(jìn)行采樣，送至A/D轉(zhuǎn)換得至一個(gè)數(shù)字信號(hào)的電壓值，再將信號(hào)送入至單片機(jī)中進(jìn)行處理。單片機(jī)輸出經(jīng)光耦電路控制MOSFET管?？刂芃OSFET管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制(PWM)，根據(jù)程序設(shè)計(jì)的載荷變化來(lái)調(diào)制MOSFET管柵的偏置，達(dá)至實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。按程序設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)至蓄電池的電壓低于9V，為均充充電電模式，S1為完全導(dǎo)通狀態(tài)；也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓為10.5V時(shí)，充電模式為浮充，S1導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓等于12V，S1截止充電停止。晚上放電，在放電過(guò)程中對(duì)電池端電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于9V，S2關(guān)閉停止放電。3.3方案配置與計(jì)算在眾多太陽(yáng)能路燈實(shí)際應(yīng)用中，很多地方的太陽(yáng)能臺(tái)燈不能滿足正常照明需要，尤其在陰雨天的情況下更為突出，除使用了質(zhì)量較差的相關(guān)組件外，另一個(gè)主要的原因就是一味的降低組件成本，不按需求設(shè)計(jì)配置，減小電池板和蓄電池的使用標(biāo)準(zhǔn)，所以導(dǎo)致在陰雨天路燈無(wú)法提供照明。3.3.1LED燈的選擇從依據(jù)用電的規(guī)則以及LED驅(qū)動(dòng)的特性要求來(lái)看，在選擇以及設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要考慮到以下的問(wèn)題。

a．高效率；所謂的效率高，就是它的耗損功率比較小，所以在燈具內(nèi)發(fā)出的熱量也就比較小，所以也就可以降低了燈具的溫度。對(duì)與延長(zhǎng)LED的壽命有作用。b.高可靠性；特別的，像LED臺(tái)燈的驅(qū)動(dòng)，維修也不是很方便，維修的花費(fèi)當(dāng)然也比較大。c．驅(qū)動(dòng)方式；現(xiàn)在通行驅(qū)動(dòng)方式的有兩種：一種就是一個(gè)恒壓源提供多個(gè)的恒流源，而每個(gè)恒流源卻單獨(dú)的給每路LED提供電源。另一種就是直接使用恒流來(lái)供電，LED串聯(lián)或者并聯(lián)來(lái)運(yùn)行。怎樣去選擇啟動(dòng)的方式，這就需要根據(jù)實(shí)際的要求。多路恒流輸出的供電方式，在成本以及性能上比較好。也可能會(huì)成為以后的主流方向。d．其他要素:比如，去提高功率因數(shù)；增加LED的溫度負(fù)反饋的功能；還有外部的防護(hù)方面，需要能夠防水和防潮，外殼也要耐曬；驅(qū)動(dòng)的壽命當(dāng)然也要和LED的壽命相匹配；需要符合規(guī)定和電磁兼容的要求。e.浪涌保護(hù)；LED的抵抗浪涌能力可以說(shuō)是比較差的，特別的，抗反向電壓能力更差。由于負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。大功率LED燈具主要性能特點(diǎn)1、創(chuàng)建安全工作環(huán)境（1）LED光源，確保燈具瞬間冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)；（2）一體化鋁合金型材結(jié)構(gòu)，輕便，抗沖擊性能好，可在震動(dòng)、沖擊等環(huán)境下可靠穩(wěn)定工作；（3）優(yōu)質(zhì)的配光設(shè)計(jì)及防眩設(shè)計(jì)，有效避免工作人員的視覺(jué)疲勞。2、輕松實(shí)現(xiàn)節(jié)能指標(biāo)（1）高功率的大功率LED光源，精確的配光設(shè)計(jì)，配合99.99%的高純鋁反光杯以及透光率高達(dá)93%的進(jìn)口PC透明件，燈具效率高達(dá)79%，高出行業(yè)水平40%以上；（2）先進(jìn)合理的電路設(shè)計(jì)，配合優(yōu)質(zhì)的元器件，電器效率高達(dá)90%，高出行業(yè)6%以上。3、減少維護(hù)工作量（1）連續(xù)7年不間斷工作無(wú)需更換光源，壽命是熒光燈的近10倍；（2）外殼防腐等級(jí)WF2，確保燈具在惡劣環(huán)境中不腐蝕、不生銹；（3）防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65；（4）按照國(guó)家軍標(biāo)質(zhì)量控制體系，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的可靠性、老化測(cè)試，燈具故障率更低；（5）LED燈具背面采用凹槽設(shè)計(jì)，增大散熱面積，延長(zhǎng)使用壽命。系統(tǒng)要求12V/3W的LED照明，額定電壓12V，額定功率3W。按目前市場(chǎng)產(chǎn)品的輸入功率對(duì)LED分類(lèi)，其中輸入功率為幾十MW的，稱(chēng)為傳統(tǒng)的小功率芯片；其輸人功率小于1W的，為功率LED：輸入功率等于1W或大于1W的，則為W級(jí)功率(大功率)LED。目前大功率比較常見(jiàn)的有1，3，5，8，10W。已批量應(yīng)用的有1W和3WLED，并正朝大電流(300mA～1．4A)、高效率(60～1204in1，)、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。大功率LED節(jié)能燈采用單顆功率大于1W以上的LED。將多個(gè)LED集中在一起設(shè)計(jì)臺(tái)燈照明，除足夠的光通量和合理的光學(xué)設(shè)計(jì)保證合理的光分布外，更為重要的是散熱問(wèn)題。由于臺(tái)燈基本都是在夜間使用，散熱面位于側(cè)上面以及體型受限制較小等特點(diǎn)。有利于空氣自然對(duì)流散熱。所以LED燈選擇自然對(duì)流散熱方式。同時(shí)整燈采用高導(dǎo)熱系數(shù)鋁作為散熱主體，解決了LED的散熱問(wèn)題。根據(jù)系統(tǒng)要求，蓄電池電壓為12V，為了檢修方便采用1個(gè)12V/3W的LED燈泡作為臺(tái)燈照明。3.3.2蓄電池的選擇獨(dú)立光伏系統(tǒng)蓄電池的選擇過(guò)程主要包括三個(gè)方面：蓄電池種類(lèi)、蓄電池的容量和蓄電池組串并聯(lián)的確定。蓄電池種類(lèi)很多，主要有鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池、鎳氫電池等。目前，由于產(chǎn)品技術(shù)的成熟性和成本等因素，一些小型簡(jiǎn)單的獨(dú)立光伏系統(tǒng)中使用鎳氫電池，但應(yīng)用較少；多數(shù)的獨(dú)立光伏系統(tǒng)中使用鉛酸蓄電池，應(yīng)用廣泛。國(guó)家還制定了GB/T22473-2008《儲(chǔ)能用鉛酸蓄電池》標(biāo)準(zhǔn)，用以規(guī)范該類(lèi)鉛酸蓄電池產(chǎn)品的要求。本文以下的內(nèi)容均以鉛酸蓄電池為基礎(chǔ)。蓄電池的容量選擇與很多因素有關(guān)，主要有日負(fù)載需求、蓄電池最大放電深度、獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)、安裝地環(huán)境溫度。獨(dú)立光伏系統(tǒng)的蓄電池容量，要保證系統(tǒng)在太陽(yáng)光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍可以在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)正常工作。在光照度低于平均值的情況下，太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的電能，不能完全補(bǔ)充每日負(fù)載需求從蓄電池中消耗能量而產(chǎn)生的空缺，這樣蓄電池就會(huì)處于虧電狀態(tài)。如果在一定時(shí)間內(nèi)光照度始終低于平均值，蓄電池持續(xù)放電以供給負(fù)載的需要，蓄電池的荷電狀態(tài)持續(xù)下降。但是為了避免蓄電池的損壞，這樣的放電過(guò)程只能允許持續(xù)一定的時(shí)間，直到蓄電池的荷電狀態(tài)到達(dá)安全的最低值，即蓄電池的最大放電深度。這里我們將持續(xù)放電時(shí)間稱(chēng)為：獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)，即光伏系統(tǒng)在沒(méi)有任何外來(lái)能源的情況下蓄電池供給負(fù)載正常工作的天數(shù)。獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)的確定主要與兩個(gè)因素有關(guān)：光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的氣象條件（最大連續(xù)陰雨天數(shù)）、負(fù)載對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的重要程度。通常我們將光伏系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的最大連續(xù)陰雨天數(shù)作為光伏系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)，同時(shí)還要綜合考慮負(fù)載對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合的重要程度。對(duì)于應(yīng)用場(chǎng)合重要的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，如通信、醫(yī)院等重要部門(mén)，必須考慮系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)較長(zhǎng)，一般考慮為（6～14）天，相對(duì)應(yīng)的電池容量也需較大。對(duì)于其他應(yīng)用場(chǎng)合的光伏應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)、以及對(duì)應(yīng)的電池容量大小可以根據(jù)實(shí)際情況確定。由于負(fù)載LED燈泡為12V/3W，每天晚上的工作時(shí)間10h，考慮到可能有6天的連續(xù)陰雨天氣，所以至少要能持續(xù)10*6h。日負(fù)載需求（Ah）=負(fù)載功率*工作時(shí)間/工作電壓=3*10/12Ah=2.5（Ah）蓄電池容量=（日負(fù)載需求*獨(dú)立工作時(shí)間）/（放電深度*容量修正系數(shù)）（放電深度選80%，修正系數(shù)為0.7）=（2.5*6）/（80%*0.7）≈27（Ah）另外為了防止蓄電池過(guò)充和過(guò)放，蓄電池一般充電到90％左右；放電余留20％左右。根據(jù)上式能估算出蓄電池的容量，同時(shí)蓄電池的充電效率的高低取決于充電的方式。根據(jù)要求和對(duì)各種指標(biāo)的核定，這里選用容量為12V/30Ah的蓄電池。3.3.3太陽(yáng)能電池的選擇其中每一片的單體硅太陽(yáng)電池工作電壓差不多是0.45-0.50V，這個(gè)數(shù)值的大小同電池片的尺寸沒(méi)有關(guān)系。而且太陽(yáng)能電池的輸出電流則同自身的面積的大小和日照的大小以及溫度的高低等因素有一定的關(guān)系。在其他條件都相同的時(shí)候，該面積較大的電池能產(chǎn)生比較強(qiáng)的電流，所以它的功率也比較大。單晶硅太陽(yáng)能電池在目前的光電轉(zhuǎn)換效率約為15％，最高達(dá)至24％。在所有種類(lèi)的太陽(yáng)能電池板中它的光電轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。使用壽命一般可達(dá)15A，最高可達(dá)25A。多晶硅的太陽(yáng)能電池要比單晶硅的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12％，同時(shí)多晶硅額太陽(yáng)能電池的使用壽命也是要比單晶硅的太陽(yáng)能電池短。非晶硅的薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較低。首先計(jì)算出電流：；計(jì)算出電池板的需求峰值（WP）：臺(tái)燈每夜累計(jì)照明時(shí)間10小時(shí)（h）；電池板平均每天接受有效光照時(shí)間為4.5小時(shí)（h）；最少放寬對(duì)電池板需求20％的預(yù)留額。表3-1太陽(yáng)能電池組件參數(shù)表規(guī)格型號(hào)峰值功率Wp峰值電壓V峰值電流A開(kāi)路電壓V短路電流A重量kg厚度mm3(17)P295×150316.50.18210.20.6255（17）P187×3505170.3210.3312510(17)P285×3501017.50.57210.661.22512(17)P430×3001217.50.79110.852.32512（8.5）P430×300128.51.55211.662.32515（17）P400×3501517.50.862112.32520(17)P525×3502017.51.1211.32.52525（17）P541×4222517.51.4211.62.925峰值電壓選擇12V以上，所以選擇12(17)P430×300的太陽(yáng)能電池板。3.3.4控制芯片的選擇一、單片機(jī)選擇單片機(jī)的的選型是一件重要而費(fèi)心的事情,如果單片機(jī)型號(hào)選擇合適,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就會(huì)經(jīng)濟(jì),工作可靠;如果選擇不合適,就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi),影響單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行,甚至根本就達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的功能。

只是需要能夠了解和使用單片機(jī)的正確選擇的規(guī)則,就能夠選出最能夠使用于應(yīng)用系統(tǒng)上的單片機(jī),能夠保證單片機(jī)，要在使用系統(tǒng)中具有最好的可靠性能,最劉秀的性能價(jià)格比,以及使用的壽命也要最長(zhǎng)和跟新?lián)Q代的可能性最好。

在單片機(jī)的芯片選擇的時(shí)候,具體的規(guī)則是:選擇名牌不選雜牌,不選知情況的廠家，“選大生產(chǎn)家不選小的,選擇供應(yīng)量多的不選少的”，“設(shè)計(jì)的要求盡可能只是用芯片獨(dú)立的完成”,“單片機(jī)的芯片要具有功能或數(shù)量要略大于設(shè)計(jì)的要求”,選擇便宜的但是要質(zhì)量好的。

對(duì)單片機(jī)選型,主要應(yīng)從單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)性,實(shí)用性和要開(kāi)發(fā)性三方面來(lái)考慮。

(1)實(shí)用性:需要通過(guò)單片機(jī)的信譽(yù)的程度以及供貨的渠道等角度，來(lái)對(duì)單片機(jī)的提供廠家進(jìn)行選擇，從而確保單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)可以比較長(zhǎng)時(shí)間而且可靠的運(yùn)行；(2)技術(shù)性:需要通過(guò)單片機(jī)所有的技術(shù)方面的指示角度,對(duì)單片機(jī)的芯片進(jìn)行挑選,能夠確保單片機(jī)在應(yīng)用系統(tǒng)的確定的技術(shù)指示下可靠的運(yùn)行；

(3)可開(kāi)發(fā)性：選擇的單片機(jī)芯片需要具有比較可靠的能開(kāi)發(fā)的過(guò)程，比如，程序開(kāi)發(fā)的工具、仿真調(diào)試的過(guò)程等AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍，可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器，它具有低電壓、高性能的CMOS8位微處理器的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單的稱(chēng)為單片機(jī)。AT89C2051是一種帶有2K字節(jié)閃爍的，可編程也可擦除的只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。其單片機(jī)的可擦除、只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)的擦除100次。這個(gè)器件是使用了ATMEL的高密度的非容易丟失存儲(chǔ)器的制造技術(shù)創(chuàng)造，和工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)上的MCS-51的指令集和輸出管腳是相兼容的。由于將多功能的8位CPU和閃爍的存儲(chǔ)器組合在了單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一個(gè)高效的微控制器，AT89C2051是它的一種簡(jiǎn)練版本。AT89C單片機(jī)為很多的嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高的且價(jià)低的方案。二、A/D轉(zhuǎn)換器選擇TLC549芯片是TI公司的生產(chǎn)，他是一種高性能的、低價(jià)位的8位A/D轉(zhuǎn)換器，是用8位開(kāi)關(guān)電容，并且依次逼近的方法來(lái)完成A/D轉(zhuǎn)換的，然而它的轉(zhuǎn)換速率小于17微秒，具有4MHZ典型的內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，其中的電源是3V到6V的。它還可以快捷地采用三線串行接口方法和各種微處理器相互連接，可以組成各種便宜的測(cè)控應(yīng)用的系統(tǒng)。TLC549CD的引腳和他的功能圖3.3TLC549CD引腳VCC：系統(tǒng)的電源3V≤Vcc≤6V。I/OCLOCK：外接輸入/輸出的時(shí)鐘輸入端，并且同于同步芯片的輸入和輸出的操作，不需要與芯片內(nèi)部的系統(tǒng)時(shí)鐘同步。DATAOUT：轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)輸出端，同TTL的電平是兼容的，輸出額定值時(shí)候高位在前低位在后。/CS：芯片的選擇輸入端，他要求輸入高電平VIN大于等于2V，輸入低電平VIN小于等于0.8V。GND：接地端。REF－：負(fù)基準(zhǔn)電壓額定輸入端。ANALOGIN：模擬信號(hào)的輸入端，0≤ANALOGIN≤Vcc，如果當(dāng)ANALOGIN≥REF+電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果為全“1”(0FFH)，ANALOGIN≤REF-電壓時(shí)，轉(zhuǎn)換的結(jié)果為全“0”(00H）。REF+：正基準(zhǔn)電壓的輸入。該設(shè)計(jì)采用TLC549CD轉(zhuǎn)換電路，將測(cè)得的電壓差以數(shù)字電位信號(hào)輸送給單片機(jī)。MOS管開(kāi)關(guān)的選擇為設(shè)計(jì)選擇正確器件的第一步就是確定采用N型溝道的MOS管還是選擇P型溝道的MOS管。然而在普遍的功率使用當(dāng)中，當(dāng)其中一個(gè)MOS管連接地，但是負(fù)載卻連接到電壓上的時(shí)候，這個(gè)MOS管也就形成了低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)。在低壓側(cè)的開(kāi)關(guān)電路當(dāng)中，應(yīng)使用N型溝道的MOS管，這就是想到對(duì)關(guān)斷或者接通元器件所需要的電壓來(lái)考慮的。當(dāng)一個(gè)MOS管他連接到了總線以及他的負(fù)載連接到地面的時(shí)候，就需要使用高壓側(cè)的開(kāi)關(guān)了。通常情況下會(huì)在這個(gè)拓?fù)洚?dāng)中去采用P型溝道的MOS管，這個(gè)也是看在對(duì)電壓的驅(qū)動(dòng)方面的思考。如果需要選擇合適使用的元件，必須決定驅(qū)動(dòng)的器件他所需要的使用電壓，以及在設(shè)計(jì)工程中最簡(jiǎn)單使用的方法。下一步就是決定所需要的額定電壓了，或是元件可以承載的最大電壓。當(dāng)額定電壓越大的時(shí)候，元件的成本也就相應(yīng)的越高。然而依據(jù)實(shí)踐的經(jīng)歷來(lái)看，額定電壓應(yīng)該比干線上的電壓或者說(shuō)是總線上的電壓要大。這個(gè)樣子才可以為此提供有足夠的保護(hù)功能，使MOS管不會(huì)失去作用。就選擇什么型號(hào)的MOS管來(lái)說(shuō)，需要確定他的漏極和源極間的最可以承受的最大電壓是多少，也就是最大的VDS。要知道MOS管所能夠接受的最大電壓是會(huì)根據(jù)溫度的變化而變化的這知識(shí)點(diǎn)是十分必要的。選擇MOS管的最后一步是決定MOS管的開(kāi)關(guān)性能。影響開(kāi)關(guān)性能的參數(shù)有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容。這些電容會(huì)在器件中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，因?yàn)樵诿看伍_(kāi)關(guān)時(shí)都要對(duì)它們充電。MOS管的開(kāi)關(guān)速度因此被降低，器件效率也下降。POWERMOFFETIRF4905是P溝道的MOFFET管，具有小導(dǎo)通電阻，RON=20mΩ，最大通態(tài)電流ID=74A(條件溫度25℃，VGS=-10V)，開(kāi)關(guān)速度快，具有很好的開(kāi)關(guān)性能。當(dāng)此管柵源電壓VGS<-8.0V時(shí)，此管作為開(kāi)關(guān)管就有很好的開(kāi)關(guān)性能。又因?yàn)榇斯転镻溝道，很容易把基準(zhǔn)電壓選在一個(gè)點(diǎn)上，則系統(tǒng)的可靠性會(huì)得到較大提高。最終選擇POWERMOFFETIRF4905的P型MOS管。3.4小結(jié)本章主要從方案入手，提出了兩種控制方案，一個(gè)是較為普通簡(jiǎn)單的控制方案，另一個(gè)是利用單片機(jī)等芯片控制，前者簡(jiǎn)單容易控制，但達(dá)不到要求，后者全面具體，有能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)方案論證，最終選擇后者方案。對(duì)方案配置選擇做出了具體介紹。常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)震蕩復(fù)位電路本設(shè)計(jì)主要采用AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其要求功能的，外圍電路有復(fù)位電路和振蕩電路組成，它是整個(gè)交通燈控制系統(tǒng)的核心部分。通過(guò)編寫(xiě)的程序可以達(dá)到所需要的要求。電路圖如圖4.1所示。圖4.1震蕩復(fù)位電路AT89C51芯片他的內(nèi)部結(jié)構(gòu)里存在著一個(gè)具有高效益的反相放大器，是用在形成振蕩器的。其XTAL1是作為反相放大器的輸入端的，XTAL2是作為反相放大器的輸出端的，這兩端連接著石英晶體的振蕩器以及接有兩個(gè)電容，這樣單片機(jī)就能夠構(gòu)成一個(gè)較穩(wěn)的自動(dòng)激勵(lì)的振蕩器。電容C6和C7通常取100pF左右，可穩(wěn)定頻率并且能夠微調(diào)振蕩頻率，振蕩脈沖頻率范圍為Y1=24MHZ。復(fù)位是作為單片機(jī)芯片必須有的初始化作用，他的功能主要是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)執(zhí)行程序能夠從0000H單元開(kāi)始，除了能夠正常的進(jìn)入系統(tǒng)初始化之外，如果，因?yàn)槌绦虻倪\(yùn)行錯(cuò)誤或是使用錯(cuò)誤而到時(shí)系統(tǒng)處于死機(jī)的狀態(tài)，然而為了解決這個(gè)現(xiàn)狀，也可以通過(guò)復(fù)位按鍵初始化電路，因此，復(fù)位電路也是單片機(jī)必不可少的組成部分。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位和上電式自動(dòng)復(fù)位組合。上電復(fù)位是在加電瞬間電容通過(guò)充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在通電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，在RST端有高低電頻的脈沖用做復(fù)位。只要是電頻的上升時(shí)間小于1ms，這樣就能夠出現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位；而手動(dòng)復(fù)位則是來(lái)接通手動(dòng)復(fù)位按鈕，來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位的。4.2電源電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)在工作的時(shí)候需要+5v的電壓控制，所以，在設(shè)計(jì)電源電路的時(shí)候，需要通過(guò)電子元件來(lái)提供+5v的電壓，由于7805可以提供5V的電壓，而且是三端穩(wěn)壓電源，在實(shí)際的電路控制過(guò)程中，使用他來(lái)作為電源電路也比較廣泛，在普通的電子市場(chǎng)上都是有售出的，所以容易購(gòu)買(mǎi)，并且他的技術(shù)也是比較成熟的。7805一腳是電源輸入端，二腳是公共接地端，三腳就是我們所需要的+5V電壓的輸出端。因?yàn)樘?yáng)能電池產(chǎn)生的電流是直流電,因此對(duì)于直流負(fù)載,可以不用通過(guò)逆變器,直接接在太陽(yáng)能控制器的后面,但考慮到,單片機(jī)的的工作電壓為+5V,因此這里還需要7805進(jìn)行穩(wěn)壓,輸出+5V的直流電壓供單片機(jī)工作，7805具有輸出交流噪聲小，溫度溫定性好等優(yōu)點(diǎn)。電路圖如圖4.2所示：圖4.2電源電路原理圖4.3A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓連接電路圖4.3TLC549基準(zhǔn)電壓連接圖基準(zhǔn)電壓采用TL431精密穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后連接。TL431是TI公司的一種可調(diào)式精密并聯(lián)型三端基準(zhǔn)穩(wěn)壓器，由2．5V精密電壓基準(zhǔn)、誤差放大器、NPN型電流擴(kuò)展三極管、保護(hù)二極管等4部分組成。穩(wěn)壓值的精確計(jì)算公式：V0=(1+R02/R03)*2.5V+R02*Iref其中，Iref是參考端的輸入電流，在0.8～1.5uA之間，當(dāng)R1的值不太大時(shí)，可以忽略。簡(jiǎn)化后的使用公式為：V0=(1+R02/R03)*2.5V當(dāng)R02和R03的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)V0的分壓引入反饋，若V0增大，反饋量增大，TL431的分流也增大，從而導(dǎo)致V0下降，顯見(jiàn)，這個(gè)深度的負(fù)反饋必然在參考端的電壓等于基準(zhǔn)電壓處的穩(wěn)定電源。選擇不同的R02和R03值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意輸出電壓。這邊基準(zhǔn)電壓REF+=5v,REF-=3v,也就是：V0=(1+R02/R03)*2.5V=5V，V0=(1+R02/R03)*2.5V=3V；算出R02/R03和R04/R05的比例分別為1和1/5，按照比例選取了相應(yīng)的電阻值。4.4電池端電壓測(cè)試電路圖4.4蓄電池端電壓測(cè)試電路當(dāng)/CS變?yōu)榈碗姷臅r(shí)候，TLC549芯片就被選中然后開(kāi)始工作，而且這個(gè)時(shí)候前次轉(zhuǎn)換的結(jié)果的最高有效位MSB(A7)從DATAOUT端輸出，然后就要求從I/OCLOCK端輸入8個(gè)外部時(shí)鐘的信號(hào)，但是前7個(gè)的I/OCLOCK信號(hào)是用來(lái)配合TLC549的輸出叫輸出結(jié)果的A6-A0位，并且為本次轉(zhuǎn)換做了準(zhǔn)備：在第4個(gè)I/OCLOCK的信號(hào)由高到低的跳變之后，它片內(nèi)的采樣/保持電路對(duì)輸入模擬量的采樣開(kāi)始工作，第8個(gè)I/OCLOCK信號(hào)的下降沿，讓片內(nèi)的采樣/保持電路進(jìn)入保持狀態(tài)，并且啟動(dòng)A/D開(kāi)始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)間是36個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的周期，最大為17us。直到A/D轉(zhuǎn)換完成前的這一段時(shí)間內(nèi)，TLC549的控制邏輯要求：或者/CS持續(xù)高電平，或者I/OCLOCK時(shí)鐘端持續(xù)36個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的低電平。所以，在從TLC549的I/OCLOCK端的輸入8個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)期間，需要完成以下工作：讀入前次額A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；對(duì)本次轉(zhuǎn)換的輸入模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并保持；啟動(dòng)本次A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始。REF+和REF-分別用兩個(gè)電阻分壓的方式接入，m1等于5v，m2等于3V。ANLGIN端口也是通過(guò)分壓的方式接入太陽(yáng)能和蓄電池兩端，AD1端電壓為1/3的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換電壓，當(dāng)太陽(yáng)能電壓等于12v時(shí)，AD1端電壓為4V，此時(shí),MOS管1導(dǎo)通，太陽(yáng)能充電。蓄電池檢測(cè)也是同樣的原理，另一個(gè)TLC549以分壓方式接入，REF+=5V、REF-=3V、AD2=1/3蓄電池端電壓，當(dāng)蓄電池端電壓為12V時(shí)，AD2=4V，所以,MOS管1斷開(kāi)，MOS管2導(dǎo)通，停止充電接入放電電路；當(dāng)蓄電池端電壓小于9V時(shí)，AD2就小于3V，所以，MOS管1導(dǎo)通，MOS管2斷開(kāi)，停止放電接通充電電路。4.5開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的充電控制器采用了脈寬調(diào)制充電原理，分兩個(gè)階段，第一階段為快充階段，第二階段為脈寬調(diào)制充點(diǎn)階段，利用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)控。圖4.5充電開(kāi)關(guān)控制電路利用肖特基二極管，正向的導(dǎo)通電壓為0.3V，最大的通過(guò)電流是20A,完全滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。充電電路中連接有二極管，此時(shí)這個(gè)二極管具有的作用是能夠防止反充電現(xiàn)象的發(fā)生。就是如果太陽(yáng)能電池的電壓比蓄電池的電壓低的時(shí)候，二極管就會(huì)處于截止?fàn)顟B(tài)。這就防止了蓄電池向太陽(yáng)電池反充電現(xiàn)象。當(dāng)單片機(jī)(P1.O)繪出充電的控制信號(hào)，即P1.0=1，這時(shí)候Q5三極管是導(dǎo)通的,Q6連接在Q5的發(fā)射機(jī)，Q5導(dǎo)通時(shí)該點(diǎn)為地點(diǎn)為，所以Q6的基極接收到低頻信號(hào)，則Q6三極管處于截至狀態(tài)，Q6的集電極處于高電平狀態(tài)，此時(shí)Q8的基極接在Q6的集電極端，正好處在高電平，所以Q8導(dǎo)通，則MOS管接收到高電壓，根據(jù)MOS管導(dǎo)通特性，處于高電壓下導(dǎo)通，這就接通了充電電路。反之，當(dāng)單片機(jī)繪出停止充電控制信號(hào)時(shí)，即P1.0=0，這時(shí)候Q5基極接收到單片機(jī)給的低電平，則Q5處于截至狀態(tài)，現(xiàn)在的集電極端就處在了高電壓狀態(tài)，Q6的基極連接Q5的集電極上，所以Q6的基極接收高電平，則Q6處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以Q6的集電極就處在了低電壓下，然而Q8的基極接在了Q6的集電極端，所以Q8的基極接收低電平，則Q8就處于截至狀態(tài)，此時(shí)的MOS管接收到低電壓，當(dāng)然就處于斷開(kāi)中，斷開(kāi)了充電電路，所以太陽(yáng)能電池不能向蓄泡池充電。4.6LED指示電路蓄電池充電、滿電壓、欠電壓以及虧損電壓，都需要通過(guò)指示燈顯示，以此可以讓使用者很顯然的了解到現(xiàn)在所處的狀態(tài)，以便特殊情況下可以做出相應(yīng)的處理工作。LED指示電路設(shè)計(jì)中采用了4個(gè)發(fā)光二極管，其中三個(gè)發(fā)光二極管（DS03、DS04、DS05）作為蓄電池電壓顯示燈，采用下拉電阻是為了保護(hù)發(fā)光二極管，當(dāng)虧損電壓時(shí)，指示燈DS05亮，DS03和DS04滅；當(dāng)欠電壓時(shí)，指示燈DS04和DS05亮，DS03滅；當(dāng)滿電壓時(shí)，DS03、DS04和DS05都亮；還有兩個(gè)發(fā)光二極管DS01是充電指示燈，如圖4.6所示：圖4.6LED指示燈電路4.7小結(jié)本章對(duì)設(shè)計(jì)電路各個(gè)硬件連接電路做出了詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)震蕩復(fù)位電路、電源電路、A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓電路、蓄電池端電壓測(cè)試電路以及控制充放電開(kāi)關(guān)電路，每個(gè)部分電路的控制過(guò)程做了解釋。第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)工作原理太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)光照，將光能轉(zhuǎn)化成電能，再由A\D轉(zhuǎn)換電路接收轉(zhuǎn)化，傳遞給單片機(jī)，對(duì)應(yīng)的單片機(jī)端口接收的上電位后，控制開(kāi)關(guān)接通充電電路，此時(shí)蓄電池進(jìn)入充電狀態(tài)。同時(shí)接在蓄電池兩端的A\D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行對(duì)蓄電池兩端電壓的測(cè)量，當(dāng)達(dá)至設(shè)定的滿值后將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)接通至放電電路同時(shí)斷開(kāi)充電電路，此時(shí)只要打開(kāi)LED燈開(kāi)關(guān)，就能正常照明。照明過(guò)程中，A\D轉(zhuǎn)換器對(duì)蓄電池兩端電壓檢測(cè)，當(dāng)電壓低于欠壓狀態(tài)時(shí)，傳遞信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)放電電路同時(shí)接通充電電路。這樣循環(huán)充放電，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用正常照明。整個(gè)過(guò)程中一旦出現(xiàn)電壓異常，表明有故障出現(xiàn)，單片機(jī)則立即斷開(kāi)所有開(kāi)關(guān)，使每個(gè)電路呈現(xiàn)斷開(kāi)狀態(tài)，從而保護(hù)電路。系統(tǒng)的工作原理很簡(jiǎn)單，通過(guò)光生伏的效應(yīng)原理做成的太陽(yáng)能電池，在正常光照下太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)能，并且轉(zhuǎn)變成電能然后輸出，再通過(guò)充、放電控制電路存儲(chǔ)在蓄電池中，蓄電池充滿后，充放電控制電路檢測(cè)至這個(gè)滿電壓值后工作，接通放電電路，蓄電池對(duì)LED放電。檢測(cè)到蓄電池欠壓后，充放電控制電路工作，接通充電電路，蓄電池結(jié)束放電。充放電控制電路的主要的作用就是對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)作用。5.2控制過(guò)程流程圖AT89S51單片機(jī)為控制中心的軟硬件的結(jié)合，使用并聯(lián)在電池兩端的兩個(gè)串聯(lián)電阻，以分壓方式對(duì)蓄電池、太陽(yáng)能電池的電壓進(jìn)行采樣，送至A/D轉(zhuǎn)換得至一個(gè)數(shù)字信號(hào)的電壓值，再將信號(hào)送入至單片機(jī)中進(jìn)行處理。檢測(cè)電路是否故障，只有在無(wú)故障的情況下才可進(jìn)行充放電。當(dāng)遇到正常光照下檢測(cè)蓄電池兩端電壓，當(dāng)達(dá)到充電電壓時(shí)充電電路的開(kāi)關(guān)閉合，接通充電電路進(jìn)行充電，否則充電電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)同時(shí)放電電路的開(kāi)關(guān)閉合，接通放電電路隨時(shí)提供LED的照明使用。同時(shí)放電過(guò)程中檢測(cè)電池兩端的電壓，電壓過(guò)低或達(dá)到充電電壓時(shí)，放電電路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)充電電路開(kāi)關(guān)閉合，隨時(shí)準(zhǔn)備太陽(yáng)能充電。這樣循環(huán)進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能臺(tái)燈的特點(diǎn)。流程圖如下：停止充電停止充電正常光照Y蓄電池快速充電Y開(kāi)始Y計(jì)算占空比蓄電池端電壓>10.5V蓄電池端電壓<9VNNS1閉合S2斷開(kāi)開(kāi)啟PWM充電蓄電池端電壓>12VNYDS01亮、DS05亮DS04、05亮DS01滅、DS03、04、05亮NY蓄電池電壓<9V蓄電池放電停止放電S2閉合S1斷開(kāi)蓄電池電壓<9VNS1閉合S2斷開(kāi)YDS02滅、DS05亮DS02亮、DS03、04、05亮N圖5.1整個(gè)控制流程圖由太陽(yáng)能端電壓測(cè)試電路測(cè)試，正常光照（太陽(yáng)能兩端的端電壓達(dá)到12V）的時(shí)候，檢測(cè)蓄電池端電壓，當(dāng)蓄電池電壓不小于9V時(shí)，跳到下個(gè)循環(huán)，判斷是否大于10.5V，若大于10.5V則開(kāi)啟PWM充電，充電指示燈DS01亮，電量指示燈DS04、DS05亮，往下如果檢測(cè)到蓄電池電壓大于12V，則斷開(kāi)充電電路，充電指示燈DS01滅，電量指示燈DS03、DS04、DS05亮，停止充電；剛才第一個(gè)循環(huán)，如果蓄電池電壓小于9V，則接通充電開(kāi)關(guān)進(jìn)行對(duì)蓄電池快速充電，充電指示燈DS01亮，電量指示燈DS05亮，一段時(shí)間后，檢測(cè)到蓄電池電壓大于10.5V，開(kāi)啟PWM充電，充電指示燈DS01亮、電量指示燈DS04、DS05亮，當(dāng)蓄電池電壓大于12V時(shí)，斷開(kāi)充電電路停止充電，充電指示燈DS01滅、電量指示燈DS03、DS04、DS05亮。晚上的時(shí)候，如果蓄電池電壓小于9V也就是虧損狀態(tài)，則不接通放電電路，接通充電電路；如果蓄電池電壓不低于9V，接通放電電路放電指示燈DS02亮。放電中檢測(cè)到蓄電池電壓小于9V后，斷開(kāi)放電電路接通充電電路，此時(shí)充電指示燈DS01亮，電量指示燈DS05亮。主程序如下：voidmain(void){ init(); while(1) { if(data1=1)//太陽(yáng)能電壓大于12V {While(1){ if(data2==0) //蓄電池電壓小于9V {PWM=1;//MOS管1導(dǎo)通FuZai=0;DS01=DS05=1;DS02=DS03=DS04=0;}Elseif(data_out3==1)//蓄電池電壓大于10.5V {DS01=DS04=DS05=1;DS02=DS03=0;TR0=1; //開(kāi)啟固定PWM充電 if(t0==5) { PWM=1; } if(t0==12) { t0=0; PWM=0;} continue; }}}While(1){If(data_out2==1)//蓄電池電壓大于等于12V{PWM=0;//斷開(kāi)MOS管1DS01=0;DS02=DS03=DS04=DS05=1;FuZai=1;//導(dǎo)通MOS管2}}} Elsecontinue;While(1)//晚上循環(huán)檢測(cè)電池電壓{if(data_out2==1)//蓄電池電壓大于等于12V {PWM=0;//斷開(kāi)MOS管1FuZai=1;//導(dǎo)通MOS管2DS01=0;DS02=DS03=DS04=DS05=1; }ElseWhlie(1){IF(data_out3==0)//電池電壓小于10.5V{DS02=DS04=DS05=1;DS01=DS03=0;}Continue;}ElseWhlie(1){If(data_out2=0)//電池電壓小于9V{PWM=1;FuZai=0;}Break;}}}}5.3端電壓測(cè)試設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)采用TLC549CD轉(zhuǎn)換電路，將測(cè)得的電壓差以數(shù)字電位信號(hào)輸送給單片機(jī)。利用單片機(jī)的P0.1和P0.4口接收A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)REF+接外界電源+10V，REF-接地，ANLGIN口接收太陽(yáng)能電池板兩端的電壓差，當(dāng)ANLGIN>=REF+時(shí)（太陽(yáng)能在正常光照下），D0輸出數(shù)字信號(hào)1，單片機(jī)P0.1=1，控制MOS管導(dǎo)通，否則MOS斷開(kāi)。開(kāi)始開(kāi)始初始化ANLGIN>=REF+DO=1P0.1=1MOS管導(dǎo)通結(jié)束D0=0P0.1=0MOS管斷開(kāi)YN圖5.2TLC549工作流程圖單片機(jī)管腳定義編程：#includ<stdio.h>#include<reg51.h>//51芯片管腳定義頭文件#include<intrins.h>//內(nèi)部包含_nop_();#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedIntsbitdata_out1=P0^1;//數(shù)據(jù)輸出sbitCLK1=P0^2;//AD時(shí)鐘信號(hào)ucharadc_549(void) //AD轉(zhuǎn)換{uintdata_out1=0;uchari;CS1=1;_nop_();CS1=0;for(i=0;i<8;i++)//讀取8位數(shù)據(jù){CLK1=0;data_out1=(data_out1<<1)|DOUT1;CLK1=1;_nop_();}CLK1=0;CS1=1;delay(3);//延時(shí)21us以上return(data_out1);}定義單片機(jī)P0^1引腳連接TLC549的DOUT引腳，接收數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)的P0^2引腳連接TLC549的CLK時(shí)鐘信號(hào)引腳，為AD提供時(shí)鐘信號(hào)。芯片CS腳接地為0信號(hào)，TLC549開(kāi)始工作，先讀取8位數(shù)據(jù)用來(lái)作為比較電壓，在CLK=0時(shí)端電壓與比較電壓比較，CLK=1不做處理，CLK=0調(diào)用延時(shí)并且返回data_out數(shù)值給單片機(jī)，由單片機(jī)做出判斷。5.4充電控制設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的充電控制器采用了斬波式PWM原理，分兩個(gè)階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM階段(慢充階段)。PWM脈寬調(diào)制充電程序流程圖如下：快速充電快速充電開(kāi)始蓄電池端電壓檢測(cè)<10.5V占空比計(jì)算>12V停止充電P1.0=1YNYN圖5.3脈沖寬度調(diào)制子程序流程圖當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓小于9V時(shí)，開(kāi)關(guān)管始終接通，即采取全通充電方式，如果檢測(cè)到蓄電池電壓大于9V并小于12V時(shí)采取脈寬調(diào)制方式充電，隨著蓄電池電壓的增加，脈寬不斷的變窄，直到蓄電池端電壓上升為12V時(shí)，脈寬檢校為0，停止充電。脈寬調(diào)制方式由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們?nèi)∶}沖的周期為2ms，MOS管的開(kāi)關(guān)頻率為500Hz。#definePWM_PERIOD100//100%占空比時(shí)標(biāo)數(shù)sbitPwmOut=P1^0;//占空比輸出IsbitCLK3=P0^7;sbitdata_out3=0^6;

unsignedcharPwmPeriodCont;//PWM占空比計(jì)數(shù)器

voidtimer0()interrupt1 //定時(shí)器0，用來(lái)產(chǎn)生PWM{TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; t0++;}battery_v=adc3_549();While(1){if(data_out2=0)//蓄電池電壓小于9V { if(data_out3=1) //蓄電池電壓大于等于10.5V { TR0=1; //開(kāi)啟固定PWM充電 if(t0==5) { PWM=1; } if(t0==12) { t0=0; PWM=0; } } else TR0=0; }}定義占空比輸出為單片機(jī)的P1.0引腳，A/D轉(zhuǎn)換器3的CLK腳接單片機(jī)的P0.7，data_out腳接單片機(jī)的P0.6，首先A/D轉(zhuǎn)換器2測(cè)的電池端電壓與比較電壓比較，小于比較電壓時(shí)，data_out2=0，接通充電電路開(kāi)關(guān)關(guān)閉放電電路開(kāi)關(guān)，充電過(guò)程中，A/D轉(zhuǎn)換器3檢測(cè)電池電壓，當(dāng)電池電壓大于比較電壓11V時(shí)，data_out3=1，開(kāi)啟PWM充電模式，隨著時(shí)間計(jì)算占空比，不斷減小脈沖寬度。當(dāng)蓄電池電壓為V=11V時(shí)，他的脈寬波形如圖所示，占空比=ton/T=1/2。2ms2ms1ms圖5.4蓄電池電壓為11.5V時(shí)的脈寬波形2ms0.5ms當(dāng)蓄電池電壓為V=11.5V時(shí)，他的脈寬波形如圖所示，占空比=ton2ms0.5ms圖5.5蓄電池電壓為12V時(shí)的脈寬波形5.5放電控制系統(tǒng)與充電控制同樣原理，控制的開(kāi)關(guān)管(斬波管)選用POWERMOFFETIRF4905。其控制程序流程圖如下：開(kāi)始開(kāi)始蓄電池端電壓檢測(cè)端電壓<10.5VP1.1=0停止放電NY圖5.6放電控制子程序流程圖此處A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)作出判斷后，利用單片機(jī)的P1.1引腳連接MOS管2，直接控制其通斷控制放電電路的通斷。功能子程序：#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitdata_out2=P0^4;//數(shù)據(jù)輸出sbitCLK2=P0^5;//AD時(shí)鐘信號(hào)sbitFuZai=P1^1ucharadc2_549(void) //AD轉(zhuǎn)換While(1){If(data_out2=1)FuZai=1;//打開(kāi)負(fù)載ElseFuZai=0//關(guān)閉負(fù)載}由于放電電路無(wú)需通過(guò)脈沖調(diào)節(jié)，直接可以通過(guò)P1.1引腳輸出0或1信號(hào)控制MOS管通斷，定義A/D轉(zhuǎn)換器2的data_out腳接單片機(jī)P0.4，CLK腳接單片機(jī)P0.5，LED燈接單片機(jī)P1.1。測(cè)的電壓與比較電壓比較后，大于比較電壓12V時(shí)，data_out=1，打開(kāi)LED燈；如果小于比較電壓，data_out=0,關(guān)閉LED燈。5.6小結(jié)本章著重在控制上介紹出了流程圖，每個(gè)不同控制電路的流程圖都做出了介紹，并且附帶說(shuō)明。軟件方面，主要的程序在流程圖說(shuō)明下也給出了介紹，以程序的形式進(jìn)一步將控制過(guò)程詳細(xì)介紹。第六章安裝與調(diào)試常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第六章安裝與調(diào)試6.1模擬調(diào)試1）工程建立鍵入用戶(hù)的應(yīng)用程序了，首先要保存這個(gè)空白的文件，單擊菜單上的“File”，然后在下啦菜單中選擇“SaveAs”選項(xiàng)后單擊，在“文件欄”中右側(cè)的編輯框，鍵入欲使用的文件名，同時(shí)，還必須要鍵入正確的擴(kuò)展名。最后保存。圖6.1工程新建圖6.2工程另存2）選擇所要的單片機(jī)，常用Ateml公司的AT89C51。圖6.3單片機(jī)選擇在項(xiàng)目中創(chuàng)建新的程序文件。點(diǎn)擊新建文件的快捷按鈕，出現(xiàn)一個(gè)新的文字編輯窗口，這個(gè)操作也可以通過(guò)菜單File－New或快捷鍵Ctrl+N來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖6.4新建程序文件前面工程和文件都建好后，可以編寫(xiě)程序了。圖6.5程序編寫(xiě)5）點(diǎn)擊保存新建的程序，臺(tái)燈.c，保存在項(xiàng)目所在的目錄中，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)程序單詞有了不同的顏色，說(shuō)明KEIL的C語(yǔ)法檢查生效了。圖6.6保存程序6)設(shè)定創(chuàng)建HEX文件選項(xiàng)。上一步建立了單片機(jī)C語(yǔ)言項(xiàng)目，但為了讓編譯好的程序能通過(guò)編程器寫(xiě)入51芯片中，要先用編譯器生成HEX文件。HEX文件格式是Intel公司提出的按地址排列的數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)寬度為字節(jié),所有數(shù)據(jù)使用16進(jìn)制數(shù)字表示,常用來(lái)保存單片機(jī)或其他處理器的目標(biāo)程序代碼。它可以保存物理程序存儲(chǔ)區(qū)中的目標(biāo)代碼映象。一般的程序編輯軟件都支持這樣的格式。我們先來(lái)打開(kāi)這個(gè)項(xiàng)目，打開(kāi)它的所在目錄，去找到臺(tái)燈.Uv2的文件，然后就可以打開(kāi)先前建好的項(xiàng)目了。然后右擊此項(xiàng)目的文件夾，就會(huì)彈出項(xiàng)目的功能菜單，這里選OptionsforTarget’Target1’,然后彈出項(xiàng)目選項(xiàng)的設(shè)置窗口，同樣的先選中項(xiàng)目文件夾圖標(biāo)，這時(shí)在Project菜單中也有一樣的菜單可選。打開(kāi)項(xiàng)目選項(xiàng)窗口，轉(zhuǎn)到Output選項(xiàng)頁(yè)。設(shè)定：1選擇編譯輸出的路徑，2編譯輸出生成的文件名，3決定是否要?jiǎng)?chuàng)建HEX文件，選中就可以輸出HEX文件到指定的路徑中。圖6.7OptionsforTarget’Target1’圖6.8創(chuàng)建HEX文件7）編譯運(yùn)行。8）查錯(cuò)并直至無(wú)錯(cuò)誤。6.2系統(tǒng)電路的仿真Proteus仿真步驟：創(chuàng)建文件并命名“臺(tái)燈.dsn”。圖6.9創(chuàng)建文件放置元件，設(shè)定好參數(shù)，并連接電路圖。圖6.10元件連接圖雙擊單片機(jī)芯片，添加“臺(tái)燈.hex”文件。圖6.11芯片設(shè)置圖6.12源程序選擇仿真運(yùn)行，“debug”“execute”圖6.13仿真狀態(tài)5）檢查錯(cuò)誤直至達(dá)到項(xiàng)目要求。6.3測(cè)試結(jié)果與存在不足連接好的電路經(jīng)過(guò)測(cè)試、調(diào)試，充電控制電路沒(méi)有問(wèn)題，能正常向鋰電池充電，LED燈泡能正常點(diǎn)亮，并且滿足照明的要求。但是從中也發(fā)現(xiàn)了存在的一些不足，例如，本次設(shè)計(jì)中某些電阻的精度不夠，會(huì)影響欠壓值和浮充電壓值的精度，使欠壓值和浮充電壓值出現(xiàn)誤差。6.4小結(jié)本章簡(jiǎn)單仿真了太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的程序，按照軟件的仿真步驟仿真。對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了測(cè)試，并且發(fā)現(xiàn)其中的不足也得到了解決。第七章小結(jié)第六章小結(jié)第七章小結(jié)通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，它鍛煉了我的思考能力，用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)生活中常見(jiàn)的小小設(shè)備，加深了對(duì)單片機(jī)的了解和利用。也認(rèn)識(shí)單片機(jī)技術(shù)對(duì)人們生活的影響，假如，社會(huì)都進(jìn)入了一個(gè)全自動(dòng)化的時(shí)代，繁重的人力能源將得到解放。在本次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)過(guò)程中感受到了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)過(guò)的知識(shí)，于是圖書(shū)館和Internet成為了我思路的源泉并成為了我很好的助手。我在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了很多自身存在的不足之處，對(duì)以前上課的知識(shí)不能很好的融會(huì)貫通。證明了一切理論知識(shí)都必須與實(shí)踐相結(jié)合才能深入得理解和掌握該方面的知識(shí)。在查詢(xún)的過(guò)程中，要并不是將所查閱至的資料都一一采納的，要判斷優(yōu)劣、適當(dāng)?shù)娜∩嵯嚓P(guān)知識(shí)。就這樣，在不知不覺(jué)中我查閱資料的能力也得至了很好的鍛煉。知識(shí)的學(xué)習(xí)是有限的，與具體項(xiàng)目相結(jié)合從而設(shè)計(jì)產(chǎn)品，不僅讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用與實(shí)際，更讓我懂得了在實(shí)踐中遇至的問(wèn)題是怎樣用理論去解決的。這對(duì)于即將步入社會(huì)的我，對(duì)解決在未來(lái)的工作所遇至的許許多多問(wèn)題的能力打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是遇至這樣、那樣的問(wèn)題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。自然而然，我的耐性便在其中建立起來(lái)了。這為我往后的工作積累了一定經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了自信心。人的一生有許許多多、形形色色的經(jīng)歷。然而每種經(jīng)歷都會(huì)給人留下各種各樣的所思所想。你所經(jīng)歷的，你所感受的，都會(huì)為你將來(lái)的生活的前進(jìn)起至了推波助瀾的作用。這次課程設(shè)計(jì)讓我感受至了在平時(shí)生活中所不能感受的許多東西，它不能用學(xué)至了什么東西來(lái)衡量，應(yīng)該是留給了我什么，帶給了我什么，這是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)后所值得思考的。第章參考文獻(xiàn)第八章致謝致謝在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，一直得到老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷，特別是在課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)論文的技術(shù)要求，導(dǎo)師都花費(fèi)了大量的心血，并且每周都抽出時(shí)間為我們做專(zhuān)門(mén)的指導(dǎo)，詢(xún)問(wèn)我們?cè)谥谱鞯倪^(guò)程中遇到了什么困難以及有沒(méi)有解決方法等等，使我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、實(shí)踐能力等各方面都有了很大的進(jìn)步，在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x！還有老師在我做設(shè)計(jì)期間為我提供很大的幫助，在這里對(duì)莊老師表示深深的謝意。在課題進(jìn)行期間，學(xué)院為我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)環(huán)境，為了讓我們做好畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)院專(zhuān)門(mén)把創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為我們開(kāi)放。在課題的研究和進(jìn)展中，同組成員以及同學(xué)也給與了很大的幫助，這里也獻(xiàn)上我最誠(chéng)摯的謝意！由于時(shí)間和知識(shí)水平有限，論文中還可能會(huì)有許多紕漏和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。第九章參考文獻(xiàn)第九章參考文獻(xiàn)[1]武家勝、李珂、楊澤偉太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用的研究[C]北京：華北電力大學(xué)出版社，2009[2]吳理博、趙爭(zhēng)鳴、劉建政清華大學(xué)學(xué)報(bào)[C]北京：自然學(xué)科出版，2003[3]李俊峰、王斯成中國(guó)光伏發(fā)展報(bào)告［R］北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007[4]中投顧問(wèn)2020年中國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)20GW[J]中金在線，2009，2[5]佚名太陽(yáng)能發(fā)電工作原理[C]電子發(fā)燒友網(wǎng)，2009[6]王春鵬、王巖、蕭大衛(wèi)、趙勇等綠色新能源光電成就建筑之美[M]，200923[7]陳國(guó)慶、韋抒、李捷太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[C]電子世界2012，11[8]劉鵬中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈將迎來(lái)小陽(yáng)春[C]中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)，2010[9]舒海靜李永安許開(kāi)顏濟(jì)南地區(qū)太陽(yáng)能發(fā)電能源潛力分析[J]中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)，2005，1[10]韓偉太陽(yáng)能發(fā)電在廣電中應(yīng)用的可能性[J]有線電視技術(shù)，2005，22[11]趙國(guó)靖、趙敏榮上海世博會(huì)太陽(yáng)能光伏建筑[J]建設(shè)科技，2010，12[12]胡忠文、張明鋒、鄭繼華太陽(yáng)能發(fā)電研究綜述[J]能源研究與管理，2011[13]賴(lài)江軼太陽(yáng)能發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M]北京郵電大學(xué)出版，2010[14]葉詮之太陽(yáng)能住宅與太陽(yáng)能社區(qū)[J]中等職業(yè)教育，2006，17[15]程必忠太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)破局[J]南風(fēng)窗，2006，5[16]黃女瑛太陽(yáng)能發(fā)電上下游冷熱不同調(diào)[N]電子資訊時(shí)報(bào)，2006[17]賈明興太陽(yáng)能發(fā)電的研究和應(yīng)用[D]華南理工大學(xué)，2011[18]徐麗線路板電鍍過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D]蘇州大學(xué)，2009常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)附錄附錄附錄1：控制原理圖附錄2：元件清單名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量用途太陽(yáng)能電池板430*3001轉(zhuǎn)換光能單片機(jī)AT89C511控制電路A\D轉(zhuǎn)換器TLC549CD3測(cè)量電壓精密穩(wěn)壓器TL4313穩(wěn)壓晶閘管MESFET-P2開(kāi)關(guān)LED燈12V1照明燈二極管1LED發(fā)光1穩(wěn)壓4電路保護(hù)電阻29三極管S90136控制電路電容100uf1100pf2晶振12M1復(fù)位按鍵開(kāi)關(guān)1手動(dòng)復(fù)位蓄電池12V/30Ah閥控密封式1蓄電供電

附錄3：功能程序#include<reg51.h>//51芯片管腳定義頭文件#include<intrins.h>//內(nèi)部包含_nop_();#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitCLK1=P0^2;//AD1時(shí)鐘信號(hào)sbitDOUT1=P0^1;//數(shù)據(jù)輸出SbitCLK2=P0^5;SbitDOUT2=P0^4;SbitCLK3=P0^7;SbitDOUT3=P0^6;sbitFuZai=P1^1;sbit