【正文】 單片機(jī)采集電流信息，結(jié)合熱釋電檢測和亮度檢測數(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。 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。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。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℃ 。 VR≈ 10 IB 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。 功率 MOSFET 選擇 IRFD024， 它的 VDS為 60V， ID為 ， RDS為 。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。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。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。 該單片機(jī)引腳圖如圖31 所示。 由電源模塊給單片機(jī)、 驅(qū)動(dòng)電路、傳感檢測電路等供電，單片機(jī)接受時(shí)間設(shè)定及外部檢測信號(hào)來控制 LED 驅(qū)動(dòng)電路，從而控制 LED 燈的亮度。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。 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。 2) 命長，節(jié)約成本。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。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)勢會(huì)不斷顯現(xiàn)，勢必取代高壓鈉燈成為一種新型的照明光源。在我國西部，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)主要場館及其相關(guān)場所，太陽能路燈得到普遍應(yīng)用。 27 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 17 熱釋電紅外探測電路 15 驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)計(jì)算 1 課題的意義 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。 28 亮度自適應(yīng)節(jié) 能控制算法 35 附錄一 程序源碼 36 附錄二 硬件電路圖 在國家可持續(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。由此看出我國的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與國外。我們 要利用先天的優(yōu)勢，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)展好我國的太陽能相關(guān)產(chǎn)業(yè)。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。由此可見大功率 LED 路燈顯色性明顯好與高壓鈉燈?？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。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?？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。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。單片機(jī)的安全熔絲功能可以對程序的代碼進(jìn)行保護(hù)，從而可以對知識(shí)產(chǎn)權(quán)進(jìn)行保護(hù)。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。對一個(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。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。 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 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，紫外線截止、近紅外相對衰減，增強(qiáng)了光學(xué)濾波效果； 5) 符合歐盟 ROHS 指令 ， 無鉛、無鎘； 6) 工作電壓范圍 ： ～ 12V； 太陽能 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℃。獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，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。 100uF/35VC25220uF/10VC264IN5817330uHL3+12GND GND+5VIN1OUT2GND3FB4ON/OFF52LM2575太陽能 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)手冊中相應(yīng)的電感曲線圖來查找所需采用的電感值。因日照時(shí)間長短和季節(jié)的變化息息相關(guān)，系統(tǒng)會(huì)對時(shí)間進(jìn)行初期判斷，設(shè)定負(fù)載的相應(yīng)工作模式。 2） LED 自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì) LED 的亮度與正向流過它的電流成正比 ， 可以調(diào)節(jié)正向電。 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 熱釋電紅外檢測程序 照度檢測程序 LED亮度檢測程序 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)，并對時(shí)間進(jìn)行判定，按時(shí)間來裝載相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)。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。 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。 亮 度檢測 電 路 Po188 是一個(gè)光電集成傳感器，典型入射波長為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。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、庫房及家庭的過道等敏感區(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)。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 1 安培。 時(shí)鐘產(chǎn)生電路如圖 33 所示。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。從休眠方式喚醒只需要 6us 的時(shí)間。 PWM 控制 LED 亮度 原理 ： 對于控制 LED 燈 由 暗到亮或由亮到暗，采用的是脈寬 PWM 法。本章設(shè)計(jì)了太陽能 LED 路燈系統(tǒng)控制器的硬件電路，并畫出原理圖。蓄電池的充電方式以及根據(jù)蓄電池的荷電量來決定放電深度等問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。陽光的顯色系數(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。太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，這點(diǎn)恰好與 LED 相匹配。在我國廣闊富饒的土地上，太陽能資源十分豐富。 我國提出了可再生能源的中長期計(jì)劃，預(yù)期到 2020年裝機(jī)總量達(dá)到 20xx萬千瓦?？缛?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)問題。 3 太陽能 LED 路燈的優(yōu)勢 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、傳感檢測電路 、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、 鍵盤顯示電路 和電源電路 。 5 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 16 傳感檢測電路 27 總體軟件設(shè)計(jì) 太陽能有取之不盡、用之不竭、不會(huì)污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡等特點(diǎn)?，F(xiàn)在 LED 路燈發(fā)展勢頭相當(dāng)強(qiáng)勁。 太陽能 LED 路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 3 本套太陽能 LED 路燈控制系統(tǒng)，用合理的充放電算法控制太陽能路燈正常的充放電功能，完成充電階段自動(dòng)轉(zhuǎn)換， LED 亮度智能控制且完成對蓄電池的充分保護(hù)。因此，在一些維護(hù)和更換設(shè)備困難的地方，使用太陽能 LED 路燈照明系統(tǒng)，可顯著降低安裝和使用的成本。 因?yàn)樘柲?LED 路燈有如此廣闊的市場