【文章內(nèi)容簡介】 為6MHz，則時鐘頻率為3MHz。外部方式：可以通過XTAL1和XTAL2接入外部時鐘【7】。我們采用外部方式。 時鐘模塊 電源模塊 采集的太陽能儲存在蓄電池，將蓄電池的電壓經(jīng)穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的+5V直流電源【8】。 電源模塊 過流保護(hù) 我們設(shè)計(jì)的負(fù)載輸出有獨(dú)立的控制和檢測，具有完善的過流、短路保護(hù)措施,電路原理如圖一所示。設(shè)計(jì)了兩級保護(hù)：第一級采用了由R7( Ω康銅絲)以及運(yùn)放LM35比較器LM393等器件組成的過流、短路檢測電路，配合單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換及外部中斷響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)負(fù)載過流及短路保護(hù)，是一種硬件+軟件的方式，LM358的輸出送A/D轉(zhuǎn)換模擬信號輸入端IN0口，用作過流信號識別，當(dāng)電流超過額定電流20％并維持30 s以上時，確認(rèn)為過流；短路電流整定為10 A，響應(yīng)時間為毫秒數(shù)量級。第二級采用了電子保險(xiǎn)絲保護(hù)，當(dāng)流經(jīng)電子保險(xiǎn)絲的電流驟然增加時，溫度隨之上升。其電阻大大增加，工作電流大大降低，達(dá)到保護(hù)電路目的，響應(yīng)時間為秒數(shù)量級，過流撤消或短路恢復(fù)后電子保險(xiǎn)絲恢復(fù)成低阻抗導(dǎo)體，無須任何人為更換或維修。系統(tǒng)采用了兩級保護(hù)措施后，預(yù)計(jì)在長達(dá)數(shù)小時的負(fù)載短路后控制器都不會出現(xiàn)電路燒毀現(xiàn)象，能有效解決用傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲只能對電路進(jìn)行一次性保護(hù)以及一旦器件燒毀必須人為更換的問題，同短路后需手動復(fù)位或斷電后重新開啟的系統(tǒng)相比，也具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。簡化了太陽能路燈控制器維護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性能【9】。 負(fù)載輸出控制與檢測電路 太陽能電池組件及負(fù)載LED開關(guān)控制單片機(jī)檢測蓄電池電壓，防止過放。低于最低限值時，單片機(jī)發(fā)出斷開電池開關(guān)信號。當(dāng)BATswitch1為高電位時，經(jīng)過非門變?yōu)榈碗娢唬怦罟ぷ?，右?cè)電阻輸入信號為高電位，Q9工作，輸出高電位，Mosfet開通。反之，當(dāng)BATswitch1為低電位時，經(jīng)過非門變?yōu)楦唠娢?，光耦不工作，右?cè)電阻輸入信號為低電位，Q11工作，輸出低電位，Mosfet管關(guān)斷[20]，如圖315所示。 蓄電池過放控制單片機(jī)檢測LED負(fù)載電壓，LED分為兩組，每組可提供9W功率，一起工作可提供18W功率。根據(jù)時段不同，有選擇的開啟1組或2組以此滿足功率需求，且在一定時段可節(jié)省能源。通過切斷一組LED可控制負(fù)載輸出為18w還是9w。原理同上[21]。電氣原理圖如圖316所示。 負(fù)載LED開關(guān)控制 接地問題是電路去噪關(guān)鍵任何一個電路系統(tǒng)，都會涉及到接地問題，實(shí)際上，接地是極其重要的設(shè)計(jì)考慮?？梢允褂脙煞N不同的方法：一、使用拆分接地，其中包括模擬接地和數(shù)字接地，連接在一個點(diǎn)上；二、使用一個整體接地。使用拆分法接地可以很方便的獲得最佳防噪性能。但可能遇到RFI/EMI問題。盡管使用單個接地板難以獲得優(yōu)良的設(shè)計(jì)，但可以更容易地把RFI/EMI問題最小化，因此本系統(tǒng)均使用單一接地方法。電路中不希望任何數(shù)字回路電流沿直線流動從而流過甚至接近其它模擬元件，特別是處理低電平信號和ADC的元件。接地電流流經(jīng)低電阻，可能導(dǎo)致在接地中出現(xiàn)一些噪聲變化。如果來自模擬元件的接地電流從模擬部件返回電流遵循相同的路徑，則模擬信號中的噪聲將會增加，并且將顯示在放大器和ADC中。如果決定使用兩個接地板，則數(shù)字和模擬接地排針應(yīng)該具有相同的電位。大多數(shù)數(shù)據(jù)表示他們應(yīng)該為100mV，后者有時為50mV或250mV，但實(shí)際上它們應(yīng)具有相同的電位。電路系統(tǒng)中不應(yīng)該使用單個通孔將它們連接至接地板。應(yīng)該將它們單獨(dú)連接，盡量分開，距離盡可能為2到3厘米。該nH級電感是通過高速數(shù)字邊緣率出現(xiàn)的大阻抗，這樣的阻抗足以使數(shù)字信號在通路上產(chǎn)生噪聲，該噪聲可以耦合至模擬接地，因此在ADC的輸入端產(chǎn)生模擬噪聲。因此應(yīng)盡量避免在相同位置的接地板中布置模擬地和數(shù)字地插針，但是一定要確保模擬和數(shù)字接地插針應(yīng)該有相同的電位，更重要的是，需要把數(shù)字輸出驅(qū)動器回路排針與其它接地排針分隔開。，形成一個電荷池，有效地抑制了IC對電源的影響。電容連線靠近電源并盡量短粗，一般我們直接用焊錫連接。模塊與模塊之間的信號用同軸線，可以有效地屏蔽信號，防止信號與外部串?dāng)_。 布線時我們總結(jié)的注意事項(xiàng)（1）布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。（2）布線時，電源線和地線要盡量粗。除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。（3）對于單片機(jī)閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置 端在不改變系統(tǒng) 邏輯的情況下接地或接電源。 （4）在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機(jī)的晶振和選用低速數(shù)字 電路。（5）IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。（6）立項(xiàng)小細(xì)節(jié)收獲——干擾的耦合 與本設(shè)計(jì)方案的硬件電路對應(yīng)的軟件程序包括：主程序、定時中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、外部中斷子程序及鍵盤處理子程序、LCD顯示、負(fù)載管理子程序。單片機(jī)的軟件編程以Keil編譯器的Windows集成開發(fā)環(huán)境μvision4作為開發(fā)平臺，主要采用C51高級語言編寫。 軟件編程要點(diǎn)1) 本系統(tǒng)采用較少的按鍵實(shí)現(xiàn)了諸多功能，如負(fù)載工作模式的設(shè)置、負(fù)載工作時間的設(shè)定、自檢功能等，為防止誤操作采取了一些措施。這種方法實(shí)際上是一鍵多用的一種嘗試，還可以推廣到更復(fù)雜的人機(jī)對話的設(shè)計(jì)。其思路可參見按鍵處理流程圖。2) 鍵盤在定時中斷服務(wù)程序中讀取，用中斷間隔時間實(shí)現(xiàn)鍵盤的去抖，不必編寫另外的延時程序，提高了CPU的利用效率。鍵盤值存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在主程序中讀數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容，執(zhí)行鍵盤功能散轉(zhuǎn)子程序。3) 環(huán)境光線(閃電、禮花燃放)對太陽能電池板的采樣電壓有明顯影響，故在白天、黃昏的識別時。要進(jìn)行軟件延時，一般控制在2～3 min。4) 外部中斷為高優(yōu)先級中斷，編制子程序?qū)崿F(xiàn)負(fù)載過流、短路保護(hù)時，要充分考慮到負(fù)載啟動瞬間會產(chǎn)生數(shù)倍于額定電流的沖擊電流．沖擊電流維持時間在3ms～5 ms，應(yīng)在軟件上采取措施，避免短路與負(fù)載開啟的誤判。確定負(fù)載過流、短路后，切斷負(fù)載輸出。負(fù)載切斷后，每隔一段時間，如20 s，應(yīng)試接通負(fù)載開關(guān)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)過流、短路信號已消除，則恢復(fù)負(fù)載的輸出。否則負(fù)載開關(guān)仍然保持?jǐn)嚅_。5) 為保護(hù)負(fù)載(燈具)，蓄電池過放保護(hù)恢復(fù)時應(yīng)用軟件設(shè)置一個回差電壓，這樣負(fù)載開關(guān)不會出現(xiàn)顫抖現(xiàn)象，有利于延長燈具的使用壽命。 程序主流程圖主程序主要完成按鍵判斷及按鍵操作、定時器自動引發(fā)電流檢測。以及對按鍵的操作，和電流檢測過放的響應(yīng)等，是程序的主體部分。用定時器定期檢測負(fù)載是否過流，自動檢測比手動按鍵更方便易行。程序中以定時器實(shí)現(xiàn)了看門狗的功能，使程序可用性、可靠性均加強(qiáng)。主流程圖如下： 按鍵功能規(guī)劃 鍵盤個功能如下圖，模擬最常用按鍵方式： 當(dāng)按Set鍵時開始輸入距離數(shù)據(jù)，0~9分別對應(yīng)十個數(shù)字輸入Backspace表示退格，Enter鍵輸入距離數(shù)據(jù)并在LCD上顯示，經(jīng)距離判斷，作相應(yīng)響應(yīng)。F1鍵，用于設(shè)置狀態(tài)的識別； F2鍵，用于自檢，根據(jù)程序流程，分別實(shí)現(xiàn)不同功能。 AD轉(zhuǎn)換程序 AD轉(zhuǎn)換中，先使通道有效，AD方可采集到信號，然后AD轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完畢時，將EOC信號接在 端，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢即引起中斷，將電流采集出來，并進(jìn)行相應(yīng)操作。 蓄電池電壓檢測電路 此程序我們也曾研究，但究于時間關(guān)系，沒來得及調(diào)試出來。 第三章 項(xiàng)目實(shí)施過程中的收獲和體會 概述科研，我們不僅從中學(xué)到了科學(xué)的研究方法擴(kuò)寬了知識面，還從導(dǎo)師的身上學(xué)習(xí)體會到那種嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的作風(fēng)和謙虛實(shí)干的學(xué)術(shù)精神。相信這在今后定是我們的一筆無價(jià)的財(cái)富！ 收獲體會袁子晴：團(tuán)隊(duì)合作教會我成長歷時接近一年的科研立項(xiàng)終于即將宣告結(jié)束。作為隊(duì)長，看著我們費(fèi)心設(shè)計(jì)，辛苦焊出來的模擬太陽能LED路燈控制系統(tǒng)的電路板，我心里不禁油然升起一陣鋪天蓋地的欣慰與高興。這個過程中我們經(jīng)歷得太多磨難，喜悅，憂傷，高興，也學(xué)習(xí)到了太多了以前沒有接觸到的東西。首先，讓我感慨的是我的領(lǐng)導(dǎo)能力得到了很大的鍛煉。作為一個隊(duì)長，就要做到考慮事情周全細(xì)密。例如，你一定要安排好時間和日程，使科研能有條不紊地進(jìn)行，而且還要了解隊(duì)員的強(qiáng)項(xiàng)以便合理的安排工作與任務(wù)，保持高效率的同時使資源得到合理利用，不僅如此，兼顧隊(duì)員的情緒也是很重要的一方面，隊(duì)員相處久了總會不可避免地因?yàn)楣ぷ骰蛘咭庖姺制绲确N種原因發(fā)生一些分歧，這時，調(diào)節(jié)組內(nèi)關(guān)系成了重中之重，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)合作對一個小組來說是至關(guān)重要的。 組隊(duì)之后，我就得一直和實(shí)驗(yàn)室的老師及學(xué)長們保持聯(lián)系，隨時跟進(jìn)前期工作的進(jìn)度，或者讓他們傳給我一些相關(guān)的資料，然后我再傳給隊(duì)員們，并且督促他們進(jìn)行學(xué)習(xí)；或者跟導(dǎo)師及學(xué)長進(jìn)行溝通，了解我們要做項(xiàng)目的狀況。一直以來，我做事情都是大大咧咧，因此一開始的時候，的確有很多事情考慮地不是很周密，這樣有時就會給自己帶來一些困難，需要在某個時刻做出一些選擇，或者給隊(duì)里帶來一些不必要的麻煩。對此，我認(rèn)真地反思過，想想以前或現(xiàn)在的同學(xué)遇到這種情況是如何完美解決的，漸漸的，我考慮事情周到了，紕漏也出得少了，這不僅讓我自己得到了很多鍛煉，同時也使隊(duì)里的事情變得越來越有條理。其次，作為隊(duì)長，需要有強(qiáng)烈的責(zé)任感。不僅自己平時需要做好自己份內(nèi)的工作，更重要的是安排好每一階段的日程以及確保工作的進(jìn)度，對每一階段的成果我盡量都做到親自檢查，以確保完成的質(zhì)量，因此責(zé)任心也越來越強(qiáng)。而且我明白既然我選擇了當(dāng)這個隊(duì)長，既然我選擇了組織隊(duì)員聚在一起進(jìn)行這個科研立項(xiàng)，我就要擔(dān)負(fù)起自己的那份責(zé)任，因此，身為隊(duì)長的我就不僅要以身作則，并且要時刻提醒隊(duì)員們，要盡量做到最好，讓我們的付出不留遺憾。第三，這次實(shí)踐的確也鍛煉了我的應(yīng)變能力。雖然前期已經(jīng)制定了良好的安排計(jì)劃，但是，我也必須根據(jù)當(dāng)時的情況進(jìn)行適時的調(diào)整安排。這就需要根據(jù)我們項(xiàng)目完成的進(jìn)度、導(dǎo)師的指導(dǎo)建議，學(xué)長的經(jīng)驗(yàn)意見來進(jìn)行合理調(diào)整。最后真正完成所有任務(wù)的時候，得到大家的認(rèn)同，這時，所有的苦楚都會化作飛舞的歡快。而最大的感受莫過于科研中設(shè)計(jì)、焊接和調(diào)試電路給我?guī)淼纳钏剂?。上大學(xué)之前，我們已經(jīng)經(jīng)歷過了12年的應(yīng)試教育，每天都只拿著筆，對著題目，用復(fù)雜的公式算過來算過去，具體這些東西有什么實(shí)際用處，我們考慮得少之又少。到了大學(xué)之后，這種情況有所改善，我們開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，根據(jù)課本搭建電路，焊接，調(diào)試，對課本上的知識進(jìn)行鞏固和應(yīng)用。但是這些實(shí)驗(yàn)都只是課本上規(guī)定和設(shè)計(jì)好了的實(shí)驗(yàn)，甚至于每一步都已經(jīng)有跡可循，完全不需要太多的自主設(shè)計(jì)能力，于是，對于很多同學(xué)來說，做實(shí)驗(yàn)只不過是完成一項(xiàng)任務(wù)，而且是很輕松的任務(wù)。這種實(shí)驗(yàn)雖然給了我們一些動手的機(jī)會，但它的作用更多是將我們帶入自主實(shí)驗(yàn)殿堂的一個引導(dǎo)，而真正自主實(shí)驗(yàn)的能力是這些引導(dǎo)所不能完成的。這次，從模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到最后成品的完成，我們都是完全自主的。我們不僅要把低頻電子線路、電路分析、數(shù)字電路這幾本書中的知識都靈活地運(yùn)用其中，并且要自己上網(wǎng)找芯片資料，閱讀英文版的資料，參考資料運(yùn)用芯片，并且在實(shí)際調(diào)試中分析芯片可能給電路帶來的影響。這種種都不是課本上面所能學(xué)到的，需要實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)來解決，這就大大提高了我們諸如自主設(shè)計(jì)、獨(dú)立思考分析問題的能力、團(tuán)隊(duì)意識、以及對學(xué)習(xí)油然而生的莫大的興趣、甚至于英文水平。其實(shí)無論是導(dǎo)師還是公司都十分看好做過電子設(shè)計(jì)大賽的同學(xué)，就是因?yàn)樗麄兡軌蜃灾鞯卦O(shè)計(jì)和完成一定要求的產(chǎn)品，有一定的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，遇到具體問題時，可以隨機(jī)應(yīng)變，應(yīng)用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)解決問題。但是相對的，參加大賽的同學(xué)，由于將較多的時間加諸實(shí)驗(yàn)，又對課本的上的知識有所怠慢，這又不符合本科教育的原則。因此，我覺得解決這個問題只有一個辦法，對大二及大二以上的學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室，讓同學(xué)們可以在實(shí)驗(yàn)課程之外，在課余時間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室自主實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課題可以由同學(xué)自己找老師進(jìn)行確定，也可以根據(jù)自己的想法創(chuàng)新地設(shè)計(jì)確定。這樣的好處，首先在于符合中國教育要求提高學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的理念，電子設(shè)計(jì)大賽的根本目的不也就在此嗎？國外的一些國家之所以科技發(fā)達(dá)，電子產(chǎn)品更新速度極快，跟大學(xué)生較強(qiáng)的實(shí)際動手能力是分不開的。其次，通過實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生們了解到所學(xué)知識的實(shí)用之處，這樣就可以提高他們對學(xué)習(xí)知識的興趣，結(jié)果肯定會使掛科率下降。再者，這種自主性實(shí)驗(yàn)的教育給注重課本知識而導(dǎo)致無法參加大賽的學(xué)生提供一個動手的平臺，以求在動手能力上更上一層樓；同時也不會造成電子大賽中學(xué)生做實(shí)驗(yàn)而造成的課本知識的匱乏的狀況。最后，提高本科生自主實(shí)驗(yàn)的能力跟現(xiàn)行的兩年研究生制度起到了一定的銜接和輔助作用。研究生教育改為兩年制之后，很多導(dǎo)師和研究生都對此提出異議，就是因?yàn)檠芯可谝荒昝τ谡n本，第二年忙于社會，實(shí)際動手能力并沒有比本科生強(qiáng)很多。試想，如果在本科階段就有一定的動手能力，這樣進(jìn)入研究生階段的第一個學(xué)期就可以在導(dǎo)師帶領(lǐng)下，直接進(jìn)行一定的實(shí)驗(yàn)操作，而不是在此耗費(fèi)大量的時間學(xué)習(xí)自主實(shí)驗(yàn)。那么這兩年的研究生制度也就真正起到了一定的作用。并且，如果武漢大學(xué)首先倡導(dǎo)此種教育，本科生的能力勢必會比其他學(xué)校更高，這樣本科生找工作就更加容易，也會提高武漢大學(xué)的聲譽(yù)。經(jīng)過這次科研，大家都對我們的工作和生活感慨頗多，它不僅讓我們走向科研，更讓我們走向了社會，在一個一個扎實(shí)的腳印中慢慢成長，最終成為一棵頂天立地的大樹。費(fèi)婷婷：團(tuán)隊(duì)——智慧的碰撞 從前期聯(lián)系導(dǎo)師，確定課題，申報(bào)立項(xiàng)到科研實(shí)際進(jìn)行再到中期驗(yàn)收以及現(xiàn)在正在進(jìn)行的結(jié)題驗(yàn)收，陸陸續(xù)續(xù)加起來差不多有一年的時間。在這實(shí)實(shí)在在的一年里面，我們很自豪地交出了一個實(shí)驗(yàn)成品——模擬太陽能LED路燈控制系統(tǒng)。這的確讓我們信心大增，從懵懵懂懂感覺自己什么都不會變成了一個個能干實(shí)事的大學(xué)生了。不過我們收獲的不僅僅只是信心和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，還有很多很多... 實(shí)踐讓我們走向科技應(yīng)用,我們?nèi)鄙俚闹饕皇侵R,而是將理論知識應(yīng)用到實(shí)際中去的能力。通過這次實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際當(dāng)中遇到的,與在課堂上講的是不盡相同的甚至是課堂上根本沒提及過的。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)充滿了各種不確定因素，而實(shí)際往往與理想相差很遠(yuǎn)。通過實(shí)驗(yàn)，我們也了解到了課本上的某些電路和原件的用途，而不僅僅只是對知識單純地分析與記憶了。 這次實(shí)驗(yàn)的成功有一個重要的因素——認(rèn)真。