【正文】 ，其研究還 有待深入。由于不同廠商生產(chǎn)的的白光 LED 的正向壓降可能相差數(shù)百毫伏，因此直接影響了白光 LED 實(shí)際消耗的功率在驅(qū)動(dòng)器的輸出總功率中的比例。整套系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)無論在價(jià)格和性能方面均具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。若將兩者組合配以控制器和驅(qū)動(dòng)器即可獲得很高的能量利用率、較高的安全性和可靠性的照明系統(tǒng)。 LED 作為路燈的一種光源，它和傳統(tǒng)路燈光源相比較其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在： 1) 節(jié)能且光效高。 2) 命長(zhǎng)，節(jié)約成本?？赏ㄟ^控制器控制其夜間亮燈的功率，提高節(jié)能性。高壓鈉燈顯色系數(shù)僅為 23，而 LED 燈的顯色系數(shù)達(dá)到 85 以上，發(fā)出的是白光。 太陽能 LED 路燈系統(tǒng)白天將太陽能的能量存儲(chǔ)在蓄電池里，夜間通過蓄電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成 LED 路燈消耗的光能。 太陽能 LED 路燈的發(fā)展現(xiàn)狀和前景 目前，太陽能路燈主要用在城市道路、公園、工業(yè)園區(qū)，旅游景點(diǎn)，也可以用于人口密度小，不易鋪設(shè)電纜但太陽能資源豐富的偏遠(yuǎn)地區(qū)人們的照明問題?？刂破靼滋炜刂铺柲茈姵亟o蓄電池充電，夜晚蓄電池給負(fù)載放電。 太陽能 LED 路燈驅(qū)動(dòng)器概述 LED 驅(qū)動(dòng)電源是系統(tǒng)重要的組成部分。因此本系統(tǒng) 在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源時(shí)根據(jù) LED陣列的組合方式選擇恒流源來驅(qū)動(dòng)，提高 LED 陣列的的照明可靠性和效率 [3]。本課題從這些存在的問題著手研究，設(shè)計(jì)一種具有節(jié)能控制功能的太陽能路燈控制器：并根據(jù) LED 燈的組合方式，設(shè)計(jì)一種與之匹配的驅(qū)動(dòng)電源。 第二章：太陽能 LED 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。 第四章：路燈控制系統(tǒng)控制器的軟件實(shí)現(xiàn)。 太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 6 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì) 太陽能 LED 路燈利用太陽 能 電池的光生伏特效應(yīng)原理 [5]，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過控制器儲(chǔ)存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時(shí)，蓄電池通過控制器向光源供電一直到設(shè)定的時(shí)間后切斷。 由電源模塊給單片機(jī)、 驅(qū)動(dòng)電路、傳感檢測(cè)電路等供電，單片機(jī)接受時(shí)間設(shè)定及外部檢測(cè)信號(hào)來控制 LED 驅(qū)動(dòng)電路，從而控制 LED 燈的亮度。 通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作 PWM 波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。 MSP430F149 熱釋電紅外探測(cè)電路 光電傳感器 鍵盤電路 電源電路 LED 驅(qū)動(dòng)電路 顯示電路 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 LED 燈 圖 22 照明控制部分總體框圖 太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 8 3 硬件電路設(shè)計(jì) MSP430F149 單片機(jī) 簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)選用 MSP430F149 單片機(jī) [8]。 該單片機(jī)引腳圖如圖31 所示。這是目前其他單片機(jī)沒有的特色。 4) 快速的指令執(zhí)行時(shí)間。 6) 16 位的定時(shí)器 Timer_B 帶有 7 個(gè)捕獲 /比較寄存器。這樣可以根據(jù)功耗要求和速度要求進(jìn)行靈活的時(shí)鐘設(shè)置。兩個(gè)串口都可以通過軟件設(shè)置成 UART 方式或者 SPI 方式，由于該系列單片機(jī) 提供了兩個(gè)串口，因此能為用戶進(jìn)行多機(jī)通信設(shè)計(jì)提供了方便。 14) 代碼保護(hù)功能。 本設(shè)計(jì)中選用 MAX809STR 復(fù)位芯片，具體復(fù)位電路 如圖 32 所示。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 高頻率的時(shí)鐘有利于程序更快的運(yùn)行，也 可以實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)采樣率，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能。 A/D 轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)電壓 電路 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。 30KR9150KR11100R710uFC14GND+5TL431Veref+太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 14 相關(guān)電阻計(jì)算：已知 Veref+=3V 由 Veref+=（ 1+ R9R11） 得 R9R11== 30k150k 故 R9 取 30k， R11 取 150k；輸出電流 I=5V?3VR7 = 2V100 =20mA MSP430 單片機(jī) 外圍 電路設(shè)計(jì) 圖 35 單片機(jī) 外圍 電路 圖 由上可以知道， MSP430 單片機(jī)的接口電路非常簡(jiǎn)單 [9]。另外，單片機(jī)還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，由于在該系統(tǒng)中的干擾比太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 15 較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，在模擬電源輸入管腳增加一個(gè)濾波電容以減小干擾。 LED 恒流 驅(qū)動(dòng)電路 HV9910B 功能特性及 引腳 簡(jiǎn)介 圖 36 HV9910B 引腳圖 表 2 LED 恒流驅(qū)動(dòng)芯片 HV9910B 引腳功能 表 HV9910B 功能特性： HV9910B 是一個(gè)高效 PWM LED 驅(qū)動(dòng)器控制集成電路 [10]，它在輸入電壓從 8V 到 450V DC 范圍內(nèi)能有效驅(qū)動(dòng)高亮 LED。 HV9910B 使用引腳號(hào) 符號(hào) 引腳功能 1 VIN 輸入電壓 8V～ 450V DC 2 CS LED 燈串的電流采樣輸入端 3 GND 芯片地 4 GATE 驅(qū)動(dòng)外部 MOSFET 的柵極 5 PWMD 低頻 PWM 調(diào)光腳，也是使能輸入腳，內(nèi)部集成 100kΩ 的下拉電阻到地 6 VDD 內(nèi)部線性電源（一般是 ），能夠向外部線路提供高達(dá) 1mA 的電流 7 LD 線性調(diào)光器被用來改變電流采樣比較儀的電流限制閾值 8 Rosc 頻率振蕩控制器，一個(gè)電阻連接在此引腳與地之間，用來設(shè)定 PWM 的頻率 太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 16 了一個(gè)高壓隔離連接工藝，能經(jīng)受高達(dá) 450V 的浪涌輸入電壓的沖擊。本設(shè)計(jì)選用 28 個(gè) 1W LED串并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，每個(gè) LED 壓降約 ，電流 350mA。 功率 MOSFET 選擇 IRFD024， 它的 VDS為 60V， ID為 ， RDS為 。下面對(duì)這兩個(gè)電路做具體介紹。 LP0001 芯片引腳簡(jiǎn)介： VDD6LD7PWMD5GATE4Rosc8CS2VIN1GND3HV9910BC910uFC310uF/35VC410uF/35VC6200KR2100KR1R5R4Q1IRFD024L1GNDGNDGNDGNDD5BYV27_200D1D3D6D8D10D12D14D2D4D7D9D11D13D15GND+12PWM11W/VDD6LD7PWMD5GATE4Rosc8CS2VIN1GND3HV9910BC1310uFC1010uF/35VC1110uF/35VC12200KR10100KR8R13R12Q2IRFD024L2GNDGNDGNDGNDD20BYV27_200D16D18D21D23D25D27D29D17D19D22D24D26D28D30GND+12PWM21W/72 個(gè) LED72 個(gè) LED太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 18 圖 38 LP0001 芯片引腳電路 表 3 傳感信號(hào)處理器 LP0001 引腳功能表 A1VO2RR13RC14RC25RR26VSS7VRF/RESET8VC9IB10VDD112OUT122IN131IN+141IN151OUT16LP0001引腳號(hào) 符號(hào) 引腳功能 1 A 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。一般接 VDD。 VR≈ 10 IB 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。輸出延遲時(shí)間Tx 由外部的 R22 和 C29 的大小調(diào)整， 值為 Tx≈ 26 103R22 C29；觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti 由外部的 R18 和 C28 的大小調(diào)整，值為 Ti≈ 40 R18 C28。適合電視機(jī)、 LCD 背光、數(shù)碼產(chǎn)品、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備等諸多領(lǐng)域的節(jié)能控制、自動(dòng)感光、自適應(yīng)控制。 圖 310 光電傳感電路 實(shí)時(shí) 時(shí)鐘電路 DS1302 是美國(guó) Dallas 公司推出的一款高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。年計(jì)數(shù)可達(dá)到 2100年，閏年可自行調(diào)整，可選擇 12 小時(shí)制和 24 小時(shí)制，通過設(shè)置 AM/PM 來實(shí)現(xiàn) ； 2) 有 31 個(gè)字節(jié) RAM 可以存放數(shù)據(jù) ； 3) 最少 I/O 引腳傳輸，通過三引腳控制 ； 4) 管腳電壓： ～ ； 5) 工作電壓： 2V～ ； 6) 低功耗，在 2V 電壓 工作 時(shí)， 電流小于 320nA； 7) 讀寫時(shí)鐘寄存器或內(nèi)部 RAM 可以采用單字節(jié)模式和突發(fā)模式； 8) 8pin DIP 封裝或 8pin SOIC 封裝； 9) 兼容 TTL（ 5V）； 10) 可選的工業(yè)級(jí)別，工作溫度 40℃ ～ 85℃ 。 DS1302 的 CE、 I/O 和 SCLK 管腳主要與單片機(jī)的一般 I/O 口進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，從而使單片機(jī)能夠?qū)?DS1302 進(jìn)行讀寫操作。 313 LCD 液晶 顯示電 路 鍵盤電路設(shè)計(jì) 獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其他芯片的并行接口）連接。 圖 314 鍵盤電路 由于本設(shè)計(jì)中鍵盤按鍵數(shù)目較少，因此選用獨(dú)立式鍵盤。在該系統(tǒng)中，總電源是 12V 的太陽能蓄電池，由于白光 LED 驅(qū)動(dòng)芯片 HV9910 的 Vin 管腳的最小電壓為 8V，本系統(tǒng)中對(duì)該管腳的供電為 12V，另外， MSP430 系列單片機(jī)的工作電壓一般是 ～ ， 本設(shè)計(jì)中取 電壓給單片機(jī)供電，其他芯片器件 工作電壓 有 +，也有 +5V，所以本系 統(tǒng)的電源電路必須提供 12V、 5V 和 的電壓。 圖 315 12V 轉(zhuǎn) 5V 電源電路 由上圖可以看出，該電源電路非常簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單的外圍器件。對(duì)于 5V 電壓輸出，使用耐壓值為10V 的電容。圖 316 所示為具體的電路圖。 IAR Embedded Workbench[9]是一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng)用編程開發(fā)工具。 嵌入式 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 支持絕大多數(shù) 8 位、 16 位以及 32 位的微處理器和微控制器 ， 使用戶在開發(fā)新的項(xiàng)目時(shí)也能在所熟悉 的 開發(fā)環(huán)境 中 進(jìn)行。接著，進(jìn)行蓄電池電壓檢測(cè)和判斷時(shí)間，進(jìn)入放電控制子程序，控制蓄電池對(duì)負(fù)載的放電強(qiáng)度。 各部分程序功能介紹 熱釋電紅外檢測(cè)程序 熱釋電紅外檢測(cè) 器 用來 檢測(cè)道路上車輛人員的活動(dòng)情況，首先設(shè)定了熱釋電紅外探測(cè)開啟時(shí)間，前半夜關(guān)閉，后半夜開啟，當(dāng) 系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定時(shí)間，通過熱釋電紅外探測(cè)器采集人員車輛流動(dòng)情況， 將 數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)， 經(jīng)過信息處理后 調(diào)節(jié) PWM 的占空比， 有人則全功率開啟，人走后經(jīng)過一定時(shí)間半功率運(yùn)行，沒人則半功率運(yùn)行， 控制 LED 亮度。 單片機(jī)采集電流信息，結(jié)合熱釋電檢測(cè)和亮度檢測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，控制 PWM 的占空比，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流 ， 實(shí)現(xiàn) 亮度調(diào)整。 頻 率 的高低 是這樣的，如 ： 16 位的 PWM，它的分辨率達(dá)到了 1： 65535，要達(dá)太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 29 到這個(gè)分辨率， T/C 就必須從 0 計(jì)數(shù)到 65535 才能達(dá)到，如果計(jì)數(shù)從 0 計(jì)到 80 之后又從 0 開始計(jì)到 80?? ，那么它的分辨率最小就是 1： 80 了，但是，它也快了，也就是說 PWM 的輸出頻