【正文】 3 系統(tǒng)整體電路 圖 1 總體方框圖 太陽(yáng)能草坪燈由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池（組）、燈源等組成。利用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光電控制、定時(shí)控制和節(jié)能控制其次內(nèi)部設(shè)置有蓄電池，用于保證在陰雨天氣對(duì)充電。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。（ 1）在外部不給半導(dǎo)體任何能量的狀態(tài)（絕對(duì)零度）下，電子充 滿介電子帶，而導(dǎo)帶則不存在電子。在這種狀態(tài)下，半導(dǎo)體不顯示導(dǎo)電性，而是絕緣體。當(dāng)具有一定能量的光入射半導(dǎo)體時(shí)，如果光子的能量大小比特定值Eg 大時(shí)，那么，這種光就被半導(dǎo)體吸收。如果半導(dǎo)體晶格吸收的光足夠大，能夠解除半導(dǎo)體晶格對(duì)電子的約束，就產(chǎn)生自由電子，留下空穴。為使被晶格約束的電子變?yōu)樽杂呻娮?，光子的能量必須等于或大于該半?dǎo)體的禁帶寬度，即Eg[電子伏 ]。若比攜帶能量 Eg 小的光子被半導(dǎo)體吸收，那么它僅能透過(guò)半導(dǎo)體晶格，而對(duì)光電轉(zhuǎn)換沒(méi)有作用。 （ 2）電子－空穴對(duì)的分離 當(dāng)半導(dǎo)體中沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)，光激發(fā)的電子－空 穴對(duì)均勻的分布在半導(dǎo)體中，但在外電路中并不能得到電流。只有以某種方法在半導(dǎo)體中形成勢(shì)壘，才能使受激發(fā)的電子－空穴對(duì)分開，從而可向外電路供電。這種勢(shì)壘常用 PN 結(jié)實(shí)現(xiàn)。 PN 結(jié)產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)的分離是有限的，但如果沒(méi)有連接外部電路，則被分離的電荷不能消失，從而電荷蓄積在 PN 兩層，使 PN 結(jié)正向，即向著電位勢(shì)壘變小的方向偏轉(zhuǎn)，結(jié)果分離過(guò)程停止，得到正常狀態(tài)。這時(shí)，把 PN 結(jié)兩端產(chǎn)生的電壓叫開路電壓。若考慮使電荷短路狀態(tài)，則分離的電荷在外部回路中流動(dòng)而形成短路電流。因此，短路電流與照射的光量成正比。 （ 3）過(guò)剩載流子的 移動(dòng) 圖吸收入射光能產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)也不一定全部分離，電子－空穴對(duì)產(chǎn)生的數(shù)目與分離的數(shù)目之比叫做收集效率。半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)借助存在于半導(dǎo)體中的電場(chǎng)產(chǎn)生的偏移效應(yīng)和電荷的濃度梯度產(chǎn)生的擴(kuò)散而移動(dòng)。過(guò)剩載流子是超過(guò)熱平衡狀態(tài)存在的載流子，所以，通常在某個(gè)時(shí)間常數(shù)下，具有返回平衡狀態(tài)的傾向。通常把這個(gè)時(shí)間常數(shù)叫做過(guò)剩載流子壽命。因此，在產(chǎn)生的電荷從產(chǎn)生的地方向 PN 結(jié)移動(dòng)所需要的時(shí)間比過(guò)剩載流子壽命還長(zhǎng)的情況下，電荷不會(huì)因 PN 結(jié)而分離，對(duì)能量的產(chǎn)生沒(méi)有作用。這樣，收集效率就由過(guò)剩載流子的壽命和 PN 結(jié)的位 置來(lái)決定。如圖所示那樣，當(dāng)具有適當(dāng)能量的光子入射于半導(dǎo)體時(shí)，光與構(gòu)成半導(dǎo)體的材料相互作用產(chǎn)生電子與空穴（因失去電子而帶正的電荷）。如半導(dǎo)體中存在結(jié)，那么電子向型半導(dǎo)體擴(kuò)散，空穴向型半導(dǎo)體擴(kuò)散，并分別聚集于兩個(gè)電極部分，即負(fù)電荷和正電荷聚集于兩端。這樣如用導(dǎo)線連接這兩個(gè)電極，就有電荷流動(dòng)產(chǎn)生電能。 IL 不隨工作狀態(tài)而變化，在等效電路中，可把它看作恒流源，光電流一部分流經(jīng)負(fù)載 RL，同時(shí)在負(fù)載兩端建立起端電壓 V，此電壓反過(guò)來(lái)它又正向偏置于 pn 結(jié)二極管，引起與光電流反向的暗電流 ID。但是，由于太陽(yáng)板前表面和背表面的 電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經(jīng)負(fù)載的電流經(jīng)過(guò)它們時(shí)，必然引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻 Rs 來(lái)表示；同時(shí)，由于電池邊沿的漏電，在電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過(guò)負(fù)載的電流短路，這種作用可用一個(gè)并聯(lián)電阻 Rsh 來(lái)等效。 圖 3 PN 結(jié)太陽(yáng)能電池的等效電路圖 太陽(yáng)能控制器 太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可以設(shè)定草坪燈的工作時(shí)間并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。對(duì)負(fù)載 供電時(shí)，也是讓蓄電池的電流先流入太陽(yáng)能控制器，經(jīng)過(guò)它的調(diào)節(jié)后，再把電流送入負(fù)載。這樣做的目的：一是為了穩(wěn)定放電電流；二是為了保證蓄電池不被過(guò)放電；三是可對(duì)負(fù)載和蓄電池進(jìn)行一列的監(jiān)測(cè)保護(hù)。若要使用交流用電設(shè)備，還需在負(fù)載前加入逆變器逆變?yōu)榻涣?。蓄電池是一種化學(xué)電源，它將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。需要時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?lái)。能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是可逆的，前者稱為蓄電池充電，后者稱為蓄電池放電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的電能起著儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)作用。由于光伏系統(tǒng)的功率輸出每天都在變化，在日照不足發(fā)電很少或 需要維修光伏系統(tǒng)時(shí)。蓄電池也能夠提供相對(duì)穩(wěn)定的電能 [12]。 蓄電池的循環(huán)壽命主要由電池工藝結(jié)構(gòu)與制造質(zhì)量所決定。但是使用過(guò)程和維護(hù)工作對(duì)蓄電池壽命也有很大影響，有時(shí)是重大影響。首先，放電深度對(duì)蓄電池的循環(huán)壽命影響很大，蓄電池經(jīng)常深度放電，循環(huán)壽命將縮短。其次，同一額定容量的蓄電池經(jīng)常采用大電流充電和放電，對(duì)蓄電池壽命都產(chǎn)生影響。大電流充電，特別是過(guò)充時(shí)極板活性物質(zhì)容易脫落，嚴(yán)重時(shí)使正負(fù)極板短路；大電流放電時(shí)，產(chǎn)生的硫酸鹽顆粒大，極板活性物質(zhì)不能被充分利用，長(zhǎng)此下去電池的實(shí)際容量將逐漸減小，這樣使用壽命也會(huì) 受到影響。 本電路采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，不需專門的維護(hù)；即便傾倒電解液也不會(huì)溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧；安全性能更好。但是對(duì)蓄電池的過(guò)充電更為敏感，因此對(duì)過(guò)充保護(hù)要求高；當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)過(guò)充電后，蓄電池極板易變形。 89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM― Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只 讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 主要特性與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部RAM32 可編程 I/O 線兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能 接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八 位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 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。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存 地址的地位字節(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(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器 周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏 輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8 位 CPU； 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 32 根 I/O 線； 外部存貯器尋址范圍 ROM、 RAM64K； 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； 全雙工串行口； 布爾處理器 4 系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì) 照明負(fù)載 LED 外施電壓后在其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生受激電子躍遷光輻射。按照不同半導(dǎo)體基本材料的物理特性，所產(chǎn)生的光波長(zhǎng)是不同的。發(fā)光二極管的實(shí)質(zhì)性結(jié)構(gòu)是 P― N結(jié)，在半導(dǎo)體 P― N 結(jié)通以正向電流時(shí)注入少數(shù)載流子，少數(shù)載流子的發(fā)光復(fù)合就是發(fā)光二極管的工作機(jī)理。半導(dǎo)體 P― N 結(jié)發(fā)光實(shí)質(zhì)為固體發(fā)光，而各種固體發(fā)光都是固體內(nèi)不同能量狀態(tài)的電子躍遷的結(jié)果。半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理決定了單一 LED 芯片不可能發(fā)出連續(xù)光譜的白光，必須以其它的方式合成白光。白光LED 通常是在發(fā)射藍(lán)光的 InGaN 基材上