【正文】 輸出端 太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 19 芯片功能敘述 及極限參數(shù)（ Vss=0） ： 1) CMOS 數(shù)模混合專用集成電路； 2) 具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器；可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)與處理； 3) 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾； 4) 內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器；結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬； 5) 內(nèi)置參考電壓； 6) 工作電壓范圍 +3V～ +5V； 7) 用于多種傳感器和延時(shí)控制器； 8) 電源電壓： ～ 6V； 9) 輸入電壓范圍： ～ +6V（ VDD=6V）； 10) 各引出端最大電流：177。當(dāng) A=“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng) A=“0”時(shí)，不可重復(fù)觸發(fā) 2 VO 控制信號(hào)輸出端。 二極管選擇 超快速低損耗可控雪崩整流器 BYV27200，它所能承受的反向電壓為 200V，正向電流為 2A，反向恢復(fù)時(shí)間為 25ns。對(duì)一個(gè) LED串的輸出電流能被編程設(shè)定在零和它的最大值之間的任何值，它由輸入到 HV9910B的線性調(diào)光器的外部控制電壓所控制。通過 TL431 三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源 向 MSP430F149 單片機(jī)提供 3V A/D轉(zhuǎn)換器外部的基準(zhǔn)電壓。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。 MSP430 單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)上與其他的單片機(jī)有一定的區(qū)別： MSP430F149 單片機(jī)采用兩個(gè)時(shí)鐘輸入 。單片機(jī)的安全熔絲功能可以對(duì)程序的代碼進(jìn)行保護(hù)，從而可以對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行保護(hù)。 9) 16 位的定時(shí)器 Timer_A 帶有 3 個(gè)捕獲 /比較寄存器。它采用的是 16位的 RISC結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行時(shí)間只需要 150ns的時(shí)間，是傳統(tǒng)單片機(jī)不能比擬的。 圖 31 MSP430F149 單片機(jī)引腳圖 MSP430F149 單片機(jī)特點(diǎn) 1) 具有很低的供電電壓?？梢酝ㄟ^調(diào)整 PWM 的周期、 PWM 的占空比而達(dá)到控制 放 電電流的目的。 本設(shè)計(jì)完成白光 LED 路燈照明 部分 的控制 [6]，該控制總圖如 圖 22 所示： 該控制器以 MSP430 單片機(jī)為控制中心，外圍電路主要由 LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路、亮度檢測(cè)電路和熱釋電紅外檢測(cè)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、電源電路、鍵盤電路及顯示電路組成。在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，結(jié)合 MSP430系列單片機(jī)的 C 語言編程特點(diǎn)編寫整個(gè)系統(tǒng)的程序。使 整個(gè)系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)定的功能和指標(biāo)，能夠穩(wěn)定長(zhǎng)久高效地運(yùn)行?？刂破鞯妮敵鲭妷汉?LED 陣列不匹配，因此需要一個(gè)模塊來驅(qū)動(dòng) LED 陣列。 近年來，隨著我國(guó)城市建設(shè)水平的不斷提高和環(huán)保低碳意識(shí)逐漸增強(qiáng)，城市路燈總量在逐年攀升，隨著光伏電源照明的不斷發(fā)展和優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)，鄉(xiāng)村以及適合安裝太陽能路燈的一些地區(qū)也會(huì)慢慢普及。由此可見大功率 LED 路燈顯色性明顯好與高壓鈉燈。一般情況下 LED 光源的使用壽命可以達(dá)到十萬小時(shí)，在惡劣的自然條件下工作，壽命也至少可達(dá)到五萬小 時(shí)。因?yàn)閮烧呓Y(jié)合不需要將太陽能電池輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，因此整個(gè)照明系統(tǒng)的照明效率會(huì)大大提高。本系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器是在 LED路燈先串后并的組合 形式以及具體的正向?qū)妷汉皖~定功率的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。我們 要利用先天的優(yōu)勢(shì)，充分利用起太陽能，解決好人民生活生產(chǎn)所需的能源問題，發(fā)展好我國(guó)的太陽能相關(guān)產(chǎn)業(yè)。 由于 LED 光源有巨大市場(chǎng)潛力，科技部提出了 LED 路燈的“十城萬盞 計(jì)劃。由此看出我國(guó)的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與國(guó)外。 太陽能是可再生資源和新能源的重要組成部分。 在國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，太陽能產(chǎn)業(yè)從無到有、從小到大發(fā)展起來。 36 附錄二 硬件電路圖 35 附錄一 程序源碼 28 亮度自適應(yīng)節(jié) 能控制算法 23 鍵盤電路設(shè)計(jì) 12 復(fù)位電路 8 MSP430F149 單片機(jī)特點(diǎn) 關(guān)鍵詞 ： LED 恒流驅(qū)動(dòng)； MSP430 單片機(jī)； LED 照明； PWM 控制；亮度自適應(yīng)節(jié)能控制。軟件部分給出了 亮度自適應(yīng)節(jié)能控制算法 流程圖 和 C 語言源程序 ，該算法可根據(jù)時(shí)段、環(huán)境亮度和人員活動(dòng)情況改變 PWM 信號(hào)的占空比，自動(dòng)調(diào)節(jié) LED 的亮度，充分利用 LED 的可控性，實(shí)現(xiàn)最佳照度控制，達(dá)到節(jié)能目的。 1 課題的意義 15 驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)計(jì)算 17 熱釋電紅外探測(cè)電路 24 電源電路 26 4 軟件設(shè)計(jì) 27 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 32 課題結(jié)論 32 致謝 而能源問題更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更嚴(yán)重的是化石能源的開發(fā)利用更加劇了環(huán)境的惡化。在我國(guó)西部，非主干道太陽能路燈、太陽能庭院燈建成規(guī)模，太陽能資源相對(duì)豐富的青海省自 20xx 年以來已在西寧等地安裝太陽能路燈超過 200 套；在北京奧運(yùn)會(huì)主要場(chǎng)館及其相關(guān)場(chǎng)所，太陽能路燈得到普遍應(yīng)用。太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 2 全球 40％以上的太陽能電池板是中國(guó)生產(chǎn)，但是 20xx 年我國(guó)太陽能發(fā)電設(shè)施的實(shí)際部署僅占全球的 5％。目前幾乎所有路燈用的照明光源均為高壓鈉燈，隨著 LED 技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其優(yōu)勢(shì)會(huì)不斷顯現(xiàn)，勢(shì)必取代高壓鈉燈成為一種新型的照明光源。我國(guó)和同緯度的其它國(guó)家相比，除了四川盆地和其周圍的地區(qū)外，絕大部分地區(qū)的太陽能資源非常豐富。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。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)。 2) 命長(zhǎng)，節(jié)約成本。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。 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。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。 第四章：路燈控制系統(tǒng)控制器的軟件實(shí)現(xiàn)。 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。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。 該單片機(jī)引腳圖如圖31 所示。 4) 快速的指令執(zhí)行時(shí)間。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。 14) 代碼保護(hù)功能。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。 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。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。 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。 功率 MOSFET 選擇 IRFD024， 它的 VDS為 60V， ID為 ， RDS為 。 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。 VR≈ 10 IB 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。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。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℃ 。 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。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。對(duì)于 5V 電壓輸出，使用耐壓值為10V 的電容。 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。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。 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