【正文】 d display circuit and power circuit. The software part of the adaptive brightness control algorithm flow chart and the C language source code, the algorithm according to the time, the brightness of the environment and personnel activities change the duty ratio of PWM signal, automatic adjustment of brightness of LED, make full use of the controllability of the LED, to achieve the best illumination control, to achieve the purpose of energy saving. Keywords: LED constant current drive。 整個(gè)控制器包括硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件電路的設(shè)計(jì)，硬件部分給出了 控制器硬件電路原理圖 ，設(shè)計(jì)了 單片機(jī)外圍電路、 LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路、傳感檢測(cè)電路 、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、 鍵盤顯示電路 和電源電路 。 3 太陽(yáng)能 LED 路燈的優(yōu)勢(shì) 8 MSP430F149 單片機(jī)簡(jiǎn)介 13 MSP430 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 17 亮度檢測(cè)電路 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(wèn)題。 上海市于 20xx 年在崇明島建成風(fēng)光互補(bǔ)道路照明工程。 我國(guó)提出了可再生能源的中長(zhǎng)期計(jì)劃，預(yù)期到 2020年裝機(jī)總量達(dá)到 20xx萬(wàn)千瓦。而且隨著城市化建設(shè)的加快，路燈的總量每年還在劇增。在我國(guó)廣闊富饒的土地上，太陽(yáng)能資源十分豐富。 另一核心部件 LED 燈驅(qū)動(dòng)電源，一般沒(méi)有根據(jù)路燈的組合形式具體分析設(shè)計(jì)。太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，這點(diǎn)恰好與 LED 相匹配。而 LED 中不含此種物質(zhì)所以它是一種“清潔 的光源。陽(yáng)光的顯色系數(shù)為 100，一般情況下顯色系數(shù)與 100 相差越小，顯色性越好，反之越差。在這種背景下，太陽(yáng)能路燈應(yīng)運(yùn)而生，而且會(huì)不斷的發(fā)展，成為照明行 業(yè)的趨勢(shì)。蓄電池的充電方式以及根據(jù)蓄電池的荷電量來(lái)決定放電深度等問(wèn)題都可以在很大程度上影響蓄 電池的充電速度和循環(huán)使用的次數(shù)，因此控制器如何控制充放電的時(shí)間和方式便是影響蓄電池的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命的一個(gè)很重要的方面。由于這種市場(chǎng)和社會(huì)發(fā)展的需求，目前已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)太陽(yáng)能路燈控制器，但是這些控制器一般只具有基本的充放電控制，沒(méi)有充分考慮到如何使太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換率最大，蓄電池的能量轉(zhuǎn)換效率最大和蓄電池的使用壽命等問(wèn)題。本章設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能 LED 路燈系統(tǒng)控制器的硬件電路，并畫出原理圖。 其基本原理是 ，電壓檢測(cè)電路用于識(shí)別光照強(qiáng)度和獲取蓄電池端電壓，溫度檢測(cè)電路用于蓄電池充電溫度補(bǔ)償，環(huán)境光及紅外檢測(cè)電路用于檢測(cè)環(huán)境亮度及車輛人員情況。 PWM 控制 LED 亮度 原理 ： 對(duì)于控制 LED 燈 由 暗到亮或由亮到暗，采用的是脈寬 PWM 法。 由于其超低功耗、強(qiáng)大的處理能力、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、方便高效的開發(fā)環(huán)境得到廣大用戶的高度評(píng)價(jià)。從休眠方式喚醒只需要 6us 的時(shí)間。主要有以 下幾種方式： 32kHz 的晶體方式、高頻率晶體方式、諧振器方式和外部時(shí)鐘源方式。在提供的外圍數(shù)據(jù)端口中，有兩個(gè)端口具有中斷功能，這樣能豐富硬件系統(tǒng)的中斷資源，也為實(shí)現(xiàn)多任務(wù)系統(tǒng)提供了方便。 單片機(jī) 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘是 MSP430 單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。 時(shí)鐘產(chǎn)生電路如圖 33 所示。考慮到電源的輸入紋波對(duì)單片機(jī)的影響，在電源的管腳增加一個(gè) F 的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波，以減小輸入管腳處受到的干擾。其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍從幾毫安到超過(guò) 1 安培。 其中，電流波紋為 30% ILED,峰值電流為 ILED。它能自動(dòng)快速開啟各類白 熾 燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng) VC＜ VR 時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng) VC ＞ VR 時(shí)允許觸發(fā)。 亮 度檢測(cè) 電 路 Po188 是一個(gè)光電集成傳感器，典型入射波長(zhǎng)為λ p=520nm，內(nèi)置雙敏感元接收器，可見光范圍內(nèi)高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。 Po188750R3+5GNDVcc21X12X23GND4CE5I/O6SCLK7Vcc18DS1302太陽(yáng)能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 22 表 5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 引腳功能表 芯片功能 介紹 1) 時(shí)鐘計(jì)數(shù)功能，可以對(duì)秒、分鐘、小時(shí)、月、星期、年的計(jì)數(shù)。 表 6 LCD1602 引 腳功能 表 液晶八位數(shù)據(jù)線分別由總線由高位到低位對(duì)應(yīng)連接到單片機(jī)的 P3 口 ，寄存器選擇腳 RS、讀 /寫操作 R/W 選擇、使能端 E 分別對(duì)應(yīng)連接單片機(jī)的 、 、 ，VL 接滑動(dòng)變阻器的中性端，用以調(diào)節(jié)背光亮度， BLA 經(jīng) 1K 電阻接電源， BLK 接地，Vcc21X12X23GND4CE5I/O6SCLK7Vcc18DS13026pFC176pFC1812Y3GNDGND+5Vcc1uFC16C15GNDBT1GND引腳號(hào) 符號(hào) 引腳功能 1 VSS 電源地 2 VCC +5V 邏輯電源 3 VL 液晶驅(qū)動(dòng)電源 4 RS 寄存器選擇 5 R/W 讀 /寫操作選擇 6 E 使能 714 D0～ D7 數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線相連，三態(tài) 15 BLA 背光電源 16 BLK 背光電源地 太陽(yáng)能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 24 具體 LCD 液晶顯示電路如圖 313 所示。 電源電路 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的供電質(zhì)量是整個(gè) 太陽(yáng)能路燈控制器 穩(wěn)定可靠工作的保證，這就要求能夠提供穩(wěn)定的電源模塊 。而輸出電容使用的電容量為 100μ F～470μ F，其耐壓值應(yīng)大于額定輸出的 ～ 2 倍。 系統(tǒng)整體原理圖 見附錄 二 [15] IN1GND2EN3NC4OUT5 3( )TPS706633C23(C?)C24(C?)+5GND GND GNDC21(C?)GND太陽(yáng)能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 27 4 軟件 設(shè)計(jì) IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 本設(shè)計(jì)選用了超低功耗單片機(jī) MSP430F149，該單片機(jī)的編程調(diào)試需要在 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境下完成。 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計(jì) 總體軟件設(shè)計(jì) 由控制器系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)功能，系統(tǒng)軟件做了如下思路設(shè)計(jì)：由系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片判控制主程序 熱釋電紅外檢測(cè)程序 照度檢測(cè)程序 LED亮度檢測(cè)程序 PWM調(diào)光程序 鍵盤顯示程序 圖 41 軟件總體框圖 實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制程序 太陽(yáng)能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 28 斷此時(shí)的季節(jié)并裝載相關(guān)的季節(jié)參數(shù)，并對(duì)時(shí)間進(jìn)行判定，按時(shí)間來(lái)裝載相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)。 LED 亮度檢測(cè)程序 LED 亮度檢測(cè)用來(lái)檢測(cè)路燈工作電流，從而得知目前燈的亮度，電路圖中 RR5 為電流檢測(cè)電阻。 2） LED 自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì) LED 的亮度與正向流過(guò)它的電流成正比 ， 可以調(diào)節(jié)正向電。 PWM 調(diào)光程序 1) PWM 相關(guān)概念 占空比：就是輸出的 PWM 中，高電平保持的時(shí)間與該 PWM 的時(shí)鐘周期的時(shí)間 之比 。因日照時(shí)間長(zhǎng)短和季節(jié)的變化息息相關(guān)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)時(shí)間進(jìn)行初期判斷，設(shè)定負(fù)載的相應(yīng)工作模式。該集成開發(fā)環(huán)境包含了 IAR 的 C/C++編譯器，匯編工，鏈接器，文件管理器，文本編輯器，工程管理器和 CSPY 調(diào)試器。 100uF/35VC25220uF/10VC264IN5817330uHL3+12GND GND+5VIN1OUT2GND3FB4ON/OFF52LM2575太陽(yáng)能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 26 （ 2）電感的選擇 根據(jù)輸出的電壓檔次、最大輸入電壓、最大負(fù)載電流等參數(shù)，選擇電感時(shí)可參照數(shù)據(jù)手冊(cè)中相應(yīng)的電感曲線圖來(lái)查找所需采用的電感值。 12V 轉(zhuǎn) 5V 電路 12V 轉(zhuǎn) 5V 電路采用 美國(guó) TI 公司生產(chǎn)的 1A集成穩(wěn)壓電源芯片 LM2575， 它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等；芯片可提供外部控制引腳。獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量多時(shí)，接口線占用多。 實(shí)時(shí) 時(shí)鐘電路 本設(shè)計(jì)選用 DS1302 時(shí)鐘芯片， 由 圖 312 可知，該時(shí)鐘電路非常簡(jiǎn)單，在 X1 和X2 引腳跨接 的石英振蕩器和 6pF 的微調(diào)電容，構(gòu)成了 穩(wěn)定的自激振蕩器。 Po188 的光電參數(shù) 表 4 光電集成傳感器 Po188 光電參數(shù) 參數(shù)名稱 符號(hào) 測(cè)試條件 Vcc=5V， R=1KΩ， Ta=25℃ 最小值 典型值 最大值 單位 典型入射波長(zhǎng) λp 520 nm 靜態(tài)電流 ID Ev=0Lux, 0 4 μA 普通環(huán)氧樹脂封裝樣品光電流 IL Ev=5Lux 58 Ev=10Lux 113 Ev=100Lux 758 Ev=200Lux 1318 Ev=500Lux 2620 Ev=1000Lux 4060 納米環(huán)氧樹脂封裝樣品光電流 IL Ev=5Lux 36 μA Ev=10Lux 69 Ev=100Lux 394 Ev=200Lux 643 Ev=500Lux 1192 Ev=1000Lux 1905 響應(yīng)時(shí)間 Tr 2 μS Tf 2 μS Po188 電氣特性及額定參數(shù) 1) 暗電流小，低照度響應(yīng)，靈敏度高，電流隨光照度增強(qiáng)呈線性變化； 2) 內(nèi)置雙敏感元，自動(dòng)衰減近紅外，光譜響應(yīng)接近人眼函數(shù)曲線； 3) 內(nèi)置微信號(hào) CMOS 放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓范圍寬，溫度穩(wěn)定性好； 4) 可選光學(xué)納米材料封裝，可見光透過(guò)，紫外線截止、近紅外相對(duì)衰減，增強(qiáng)了光學(xué)濾波效果； 5) 符合歐盟 ROHS 指令 ， 無(wú)鉛、無(wú)鎘； 6) 工作電壓范圍 ： ～ 12V； 太陽(yáng)能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 21 7) 工作溫度范圍 : 20℃ ～ +75℃； 8) 存儲(chǔ)溫度 : 40 ℃ ～ +120 ℃； 9) 焊接溫度 : 260℃。經(jīng) RB 接 VSS 端， RB 取值為 1MΩ 左右 11 VDD 工作電源正端 ， 范圍為 3V~5V 12 2OUT 第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端 13 2IN 第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸出端 14 1IN+ 第一級(jí)運(yùn)放放大器的同相輸入端 15 1IN 第一級(jí)運(yùn)放放大器的反相輸入端 16 1OUT 第一級(jí)運(yùn)算放大器的