【文章內(nèi)容簡介】 值，可得到5V電壓作為單片機(jī)電源。方案二工作原理：在有陽光時，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并儲存 在蓄電池中。蓄電池對路燈進(jìn)行供電，這個過程中，單片機(jī)一直在對蓄電池和太陽能電池板的電壓進(jìn)行采樣分析。如果蓄電池的電壓不足以對路燈進(jìn)行供電，此時單片機(jī)控制的兩個繼電器將會做出相應(yīng)的動作，使蓄電池供電轉(zhuǎn)換為市電供電。而市電220V是經(jīng)過變壓器降壓然后全橋整流、穩(wěn)壓為7V的直流電。單片機(jī)對采回的電壓樣本經(jīng)內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并作出相應(yīng)的分析計算。在太陽能電池板對蓄電池充電的過程中，設(shè)置了防反充和過充保護(hù)。整流穩(wěn) 壓市電穩(wěn)壓繼電器變壓器太陽能電池板電壓采樣單片機(jī)路燈蓄電池電 壓采樣太陽能電池板穩(wěn)壓及過充保護(hù)反充保 護(hù)蓄電池繼電器 圖2 方案二結(jié)構(gòu)圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計 太陽能路燈控制系統(tǒng)的電路原理圖太陽能路燈主控電路原理圖如圖3所示，市電開關(guān)電源電路如圖4所示。圖3 太陽能路燈主控電路圖4市電開關(guān)電源電路 市電開關(guān)電源電路圖4所示為市電部分開關(guān)電源，該部分是由市電220V進(jìn)入經(jīng)變壓器T1后降壓到9V，然后經(jīng)全橋整流變?yōu)橹绷骱蠼?jīng)穩(wěn)壓芯片LM2596后過電感L1后輸出。而電路中的肖特基二極管D5的作用在于續(xù)流，使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。調(diào)節(jié)滑變R0的阻值大小可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。二極管D1D4是整流全橋的四個橋臂，對交流進(jìn)行全橋整流。單片機(jī)電源 圖5 單片機(jī)電源電路單片機(jī)電源電路如圖5所示，此部分先是市電IN對單片機(jī)供電，是單片機(jī)工作，如果蓄電池電量充足，則改為蓄電池對單片機(jī)供電。此部分使用LM117進(jìn)行穩(wěn)壓，達(dá)到穩(wěn)定值5V。而LED0是用來指示單片機(jī)電源工作正常。 太陽能電池板_蓄電池充電電路圖6 太陽能電池板_蓄電池充電電路圖6所示部分為太陽能電池板_蓄電池充電電路，電壓由太陽能電池板輸出經(jīng)D1后進(jìn)入穩(wěn)壓芯片317，然后對蓄電池充電，D1的作用是防止蓄電池對太陽能電池板反充。而D1后的的電阻并聯(lián)電路是對太陽能電池板電壓進(jìn)行分壓，分析太陽能電池板的電壓情況。，這樣既可以對蓄電池恒壓充電也可以防止對蓄電池過充。所以這一模塊包含了防過充和反充保護(hù)電路。蓄電池電壓采樣電路圖7 電池電壓采樣電路圖7所示電路是電池電壓采樣電路，其功能是對蓄電池的的電量情況進(jìn)行監(jiān)測，單片機(jī)采集電壓樣本進(jìn)行分析，并控制兩個繼電器的動作情況。其主要結(jié)構(gòu)是一個用電阻Rf和滑變R6串聯(lián)，然后與蓄電池并聯(lián)。滑變采樣的輸入電壓不能超過5v，滑變使其最大保持在3v左右，以使單片機(jī)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換供單片機(jī)分析，作出準(zhǔn)確的判斷。 單片機(jī)主控電路圖8 單片機(jī)主控電路圖8為單片機(jī)主控電路,包括單片機(jī)復(fù)位電路、繼電器控制電路、震蕩電路和工作狀態(tài)指示電路。指示電路部分，當(dāng)LED0亮?xí)r，表示蓄電池電量充滿；LED1亮表示蓄電池電量不足；LED2亮表示市電供電；LED3亮表示蓄電池供電。繼電器控制電路部分，當(dāng)蓄電池電量不足時，，三極管Q1導(dǎo)通，三極管Q2關(guān)斷，使市電部分繼電器動作通電給路燈供電，蓄電池部分繼電器動作不導(dǎo)通；當(dāng)蓄電池電量充足時，，三極管Q2導(dǎo)通，三極管Q1關(guān)斷，使蓄電池部分繼電器動作導(dǎo)通給路燈供電， 主控電路PCB如圖10所示，市電開關(guān)電源電路PCB如圖9所示。圖9 開關(guān)電源PCB圖圖10 主控部分PCB圖圖11 主控電路部分印制板電路圖圖12 開關(guān)電源部分印制板電路圖圖13 系統(tǒng)總圖 該系統(tǒng)的產(chǎn)品材料清單如表1所示。產(chǎn)品名稱型號技術(shù)參數(shù)供方數(shù)量單價/元總價/元單片機(jī)STC12C5A60S2購買188變壓器YATAI48E1000090D220V/9V50Hz60Hz購買13535開關(guān)電源芯片LM2596購買133肖特基二極管IN5822購買111穩(wěn)壓芯片LM317購買224繼電器Q3F1Z10A/125VAC購買236穩(wěn)壓芯片AMS1117購買1精密滑變502購買21精密滑變202購買21太陽能電池板9V購買14545蓄電池6v /購買13535接線端子購買41印制電路板購買188表1 產(chǎn)品材料清單4系統(tǒng)軟件設(shè)計 此次系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要分為兩個模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊和繼電器控制模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊主要是運(yùn)用采回來的模電電壓樣本轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，編程中AD轉(zhuǎn)換總共循環(huán)10次然后去平均值以減小誤差。繼電器控制模塊主要是根據(jù)采回來的電壓信號來判斷蓄電池的電量情況，然后給繼電器以控制信號。最后在根據(jù)繼電器的工作狀態(tài)給出指示燈的信號。 圖14 程序流程圖 該軟件程序的設(shè)計首先讓系統(tǒng)工作在市電工作狀態(tài)，在整個系統(tǒng)工作正常后，采集蓄電池電壓，進(jìn)行分析，判斷這個時候蓄電池電量情況，從而給出相應(yīng)的動作指令。在蓄電池足以供電的情況下，又有兩種情況，蓄電池電量滿狀態(tài)和未滿但能給路燈供電。程序源代碼見附錄二。5 調(diào)試運(yùn)行 硬件調(diào)試 在調(diào)試硬件電路時，首先調(diào)試的是蓄電池充電模塊，主要調(diào)節(jié)滑變的阻值，使輸出電壓與蓄電池飽和電壓相當(dāng)。接下來調(diào)試的是繼電器模塊，首先使用的繼電器驅(qū)動是NPN型三極管，導(dǎo)致繼電器瘋狂的誤動作，最后換成了PNP型三極管這一效果的主要原因是單片機(jī)I/O口默認(rèn)輸出狀態(tài)為高電平，所以一上電就會驅(qū)動繼電器，使其誤動作。在調(diào)試路燈供電模塊，發(fā)現(xiàn)無電壓輸出，尋找原因，發(fā)現(xiàn)該模塊中的二極管的極性焊接錯誤。在前幾次成功調(diào)試系統(tǒng)后，我們再一次調(diào)試系統(tǒng)的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。經(jīng)過過一下午的研究討論，沒有發(fā)現(xiàn)程序和硬件電路的問題，最后發(fā)現(xiàn)是蓄電池的問題。蓄電池在放電時的電壓不穩(wěn)定，出現(xiàn)陡降復(fù)升現(xiàn)象。導(dǎo)致單片機(jī)電源出現(xiàn)波動，從而系統(tǒng)的單片機(jī)無法正常工作，繼電器連續(xù)跳動。后來，我們在蓄電池兩端并聯(lián)了一個大電容，這個現(xiàn)象就被解決了。而關(guān)于蓄電池電壓陡降復(fù)升現(xiàn)象，作者陳立寶發(fā)表于《蓄電池》2005年第3期的“對鉛酸蓄電池放電時電壓陡降復(fù)升的認(rèn)識”一文中有如下描述：鉛酸蓄電池在放電時,端電壓出現(xiàn)瞬間下降,接著電壓回升到一定階段后,電壓又開放電電流: 6 A , 環(huán)境溫度: 25 ℃圖1 　200 Ah 電池放電曲線圖始緩慢(平穩(wěn))下降。有的業(yè)內(nèi)同仁把這種現(xiàn)象叫做“電壓陡降”,我個人認(rèn)為是否可以商定一個比較完善的提法。我們知道, 電池的電動勢與其內(nèi)部酸的濃度有關(guān)系。根據(jù)公式: E = E176。RTnF( lnagGahHaaA abB) 可以得出: E = E0 1119 10 5 RT lg a4H+ ,從式中可看出,蓄電池的端電壓與電解液中H+ 濃度有直接關(guān)系,在一定范圍內(nèi),H+ 濃度越高, 電壓就越高, 反之,電壓就越低。因此,可以這樣說,蓄電池放電過程,其實就是電池內(nèi)部的電解液濃度變化的過程,充電,濃度越來越高,最終趨向一個平衡值。放電,濃度越來越低,最終趨向1 (接近水的密度) 。蓄電池在放電前, 內(nèi)部基本處于平衡狀態(tài), 因此不會出現(xiàn)宏觀的物質(zhì)反應(yīng), 當(dāng)然細(xì)小的微觀反應(yīng)仍會在進(jìn)行, 圖2 　圖1 中電壓出現(xiàn)變化的一段曲線放大圖在此我們不做考慮。放電后, 靠近溶液的正極活性物質(zhì)表面部分, 由于與硫酸接觸的充分而先被利用, 因此, 此處的硫酸最先被反應(yīng)掉,于是, 電池電壓開始迅速下降。根據(jù)濃度從高向低流動的原理, 此時, 附近的硫酸開始緩慢向此處流動, 但是流動的速度趕不上反應(yīng)掉的速度, 使得硫酸繼續(xù)減少, 電壓繼續(xù)下降。當(dāng)附近的硫酸流動速度與反應(yīng)速度相當(dāng), 也就是說附近流動過來的硫酸足以補(bǔ)充因反應(yīng)消耗掉的硫酸的時候, 此時, 電池的電壓由于H+ 濃