【正文】 PWM占空比越小(高電平時間長)，亮度越高。利用PWM控制LED的亮度，非常方便和靈活，是最常用的調(diào)光方法，PWM的頻率可從幾十Hz到幾千KHz。PWM調(diào)光是通過控制MOSFET晶體管實現(xiàn)的。由于本系統(tǒng)路燈單元采用的電壓是由幾個蓄電池串聯(lián)產(chǎn)生的，所以選用MOSFET晶體管時，首先要考慮MOSFET的耐壓，本系統(tǒng)要求MOSFET的耐壓要高于40V；其次，根據(jù)驅(qū)動LED燈電流的大小，選擇MOSFET的IDS的最大電流。在直流供電情況下，首先考慮的是IDS最大電流值和RDS值。一般情況下，應(yīng)選用MOSFET的IDS最大電流是LED燈驅(qū)動電流的5倍以上； 另外還要選擇MOSFET的內(nèi)阻要?。籐ED驅(qū)動電流越大，RDS應(yīng)越小，RDS越小，變換效率越高。白光LED的電學(xué)特性是：當(dāng)外加電壓大于閥值電壓，發(fā)光二極管導(dǎo)通，電壓略有提高，流過發(fā)光二極管的電流就上升很快，而發(fā)光二極管的發(fā)光強度隨著電流的上升接近線性增加?？砷L期超過額定電流工作，容易使LED的半導(dǎo)體芯片燒壞，因此嚴(yán)格控制流經(jīng)LED電流的大小顯得尤為重要。LED普遍使用的驅(qū)動方式是基于電阻的驅(qū)動，但這種方式不能解決由于LED的屬性不同、供電電壓波動引起的光發(fā)射不一致的問題，不能提供穩(wěn)定的電流，而且能量損耗也很大，不利于LED的散熱，能量利用率低，不能實現(xiàn)節(jié)能的目的。使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動電路不僅能克服因電源電壓不穩(wěn)帶來的影響，而且可以減小電路損耗，因此本系統(tǒng)采用電流模式PWM控制技術(shù)，通過對輸出脈沖占空比的控制，自動限流，實現(xiàn)過流保護，達(dá)到改善系統(tǒng)瞬間響應(yīng)，實現(xiàn)良好調(diào)光性能的目的。 L即驅(qū)動電路設(shè)計示意圖Figure L is driven circuit design schemes設(shè)計中采用EXB841的使能腳實現(xiàn)調(diào)光和開路保護。為了調(diào)光，一個定頻變占空比信號可以加到E腳，負(fù)載電流與占空比有直接線性關(guān)系。如果占空比是50％，可以實現(xiàn)最大50％的燈輸出；同樣如果占空比是30％，可以實現(xiàn)最大70％的燈輸出。軟件設(shè)計中要選擇足夠高的調(diào)光頻率，避免燈光閃爍或strobe light效果，可以采用幾kHZ以上的信號。EXB841的保護作用是通過二極管檢測MOSFET發(fā)射極的電壓降并進行控制實現(xiàn)的。 系統(tǒng)供電電路系統(tǒng)供電電路為橋式整流電路，提供+5V電壓。要取得+5V電壓，若選用12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于12V，會使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高。故不選用輸出電壓為12V的變壓器，而選用輸出電壓為9V的變壓器。系統(tǒng)接通22OV交流電源后，將220V交流電變壓到9V，經(jīng)過二極管全波整流和個電解電容CC7濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓模塊LM7805，為了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了這兩個電容CC8，最后得到+5V的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機系統(tǒng)及其它外圍電路的Vcc+端供電。 橋式整流電路Figure bridge rectifier circuit5 軟件設(shè)計 控制器選擇Intel的51系列單片機是應(yīng)用最廣泛的八位單片機。單片機選用51系列的AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C2051是它的一種精簡版本。 AT89C51單片機的主要特性：與MCS51兼容，4K字節(jié)可編程閃爍存儲器，壽命為1000寫/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時間為10年，全靜態(tài)工作為0Hz24MHz，三級程序存儲器鎖定，1288位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線，兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 開發(fā)工具 程序設(shè)計語言使用匯編語言，編譯和開發(fā)工具使用Keil Uvision2集成開發(fā)環(huán)境。 AT89C51引腳結(jié)構(gòu)配置圖 pin structure configuration map ofAT89C51采用PROTEL DXP2004設(shè)計原理圖和布線圖。在模擬環(huán)境中使用TKS936仿真器配合其他外圍設(shè)備實現(xiàn)現(xiàn)場仿真，并進行系統(tǒng)的檢錯糾錯。TKS936仿真器是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司推出的一款實時在線仿真器，它完全支持PHILIPS公司LPC900系列微控制器的仿真。在仿真性能上進行了全面的優(yōu)化設(shè)計，能保證用戶更加方便的操作和真實的仿真效果。TKS936仿真器兼容Keil公司的硬件仿真環(huán)境，使用戶能夠在先進的編譯環(huán)境下編譯，而且也能在先進的仿真環(huán)境下進行硬件仿真，如果配合使用PHILIPS公司授權(quán)的專用BondOut芯片，仿真更加真實，同時TKS936也支持擁有自主版權(quán)的TKStudio集成調(diào)試環(huán)境。TKS936還具有以下優(yōu)點：(1)真實仿真LPC900系列微控制器的掉電模式和空閑模式。(2)真實仿真LPC900系列微控制器的各種方式的復(fù)位(軟件復(fù)位，看門狗復(fù)位，外部復(fù)位)。(3)支持用戶程序嵌入配置字節(jié)，使用戶仿真，燒寫方便可靠，同時在仿真中可隨意觀察和修改用戶配置字節(jié)。(4)內(nèi)部更加可靠的保護，避免使用中誤操作引起仿真器的損壞。(5)連續(xù)單步運行速度快。(6)支持使用外部用戶電源電壓。(7)仿真時有詳細(xì)的狀態(tài)信息提示，幫助用戶迅速查找目標(biāo)系統(tǒng)的故障。(8)系統(tǒng)內(nèi)部多種檢查，當(dāng)系統(tǒng)配置錯誤時避免進入錯誤的運行狀態(tài)。 總體程序流程圖與本課題硬件電路設(shè)計相關(guān)的軟件程序模塊包括：模擬采樣子程序、中斷處理子程序、充電處理子程序、照明運行方式處理子程序、定時處理程序、紅外信號檢測程序等。微控制器的軟件編程以KeilC編譯器的windows集成開發(fā)環(huán)境uvision2為軟件開發(fā)平臺，采用匯編語言編寫。 總體程序流程圖 overall process flow chart 充電處理程序根據(jù)美國科學(xué)家馬斯提出的蓄電池可接受的充電曲線，曲線函數(shù)為i=I0e∞，： 馬斯曲線 Mars curve其中，I0e∞：當(dāng)t=0時的最大起始電流： i：任意時刻t時蓄電池可以接受的充電電流； a：衰減率常數(shù)，也稱充電接受比。 這條曲線表明在充電過程中，實際充電電流超過這條電流接受曲線的部分并不能轉(zhuǎn)化為蓄電池的化學(xué)能存儲起來，而只會促進電解水的反應(yīng)，產(chǎn)生氣體和溫升，并不能提高充電速率。相反，低于此電流接受曲線的充電將延長充電時間。馬斯定律的提出至今已有30多年，目前為止這一理論雖未得到有效的驗證，但在理論上和實踐上都證明了它的可行性，脈沖快速充電法正是基于這個理論而提出的一種快速充電方式，并且它能夠最大限度的縮短蓄電池老化的時間。鑒于此，本系統(tǒng)采用了脈沖式充電方法本系統(tǒng)的脈沖充電方法是通過在充電電流中疊加一定頻率、寬度、高度的負(fù)脈沖或短時間的中途停充電實現(xiàn)的。 充電控制子程序流程圖Figure charge control procedure chart 定時處理程序 一分鐘定時整個路燈控制系統(tǒng)中，需要嚴(yán)格的定時，不僅需要對路燈的接入時間進行定時，還要有為防止系統(tǒng)誤判的的一分鐘定時，其主要作用是當(dāng)路燈打開時，是由太陽能光伏陣列的電壓來判斷的，但是外界干擾，例如，一物體將太陽能板覆蓋暫時遮蓋，這時太陽能板的輸出電壓會很低，為了防止諸類情況造成路燈的誤接入，還必須進行一短延時。當(dāng)太陽能板電壓低于所設(shè)白天轉(zhuǎn)黑夜的閾值電壓時，不是立刻接入路燈，而是延時1分鐘，再次取樣太陽能板電壓，如果電壓仍然低于閾值電壓，此時認(rèn)為黑夜條件，接入路燈。這樣也提高了系統(tǒng)工作的可靠性。 1分鐘定時程序 1 minute timing program 撥碼開關(guān)定時 撥碼開關(guān)為路燈設(shè)置定時，其定時長短由撥碼開關(guān)的狀態(tài)決定，四位撥碼開關(guān)共24 =16個狀態(tài)，分別可定時0~15個小時。示。 蓄電池剩余容量檢測處理本課題設(shè)計的太陽能路燈系統(tǒng)，是一個閉環(huán)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，它根據(jù)測得的蓄電池剩余容量(SOC)自動調(diào)整充電策略、輸出負(fù)載的功率或工作時間，有效地防止蓄電池過充電放電，從而延長了蓄電池的使用壽命，提高了系統(tǒng)的可靠性。白天當(dāng)系統(tǒng)檢測出太陽能電池電壓達(dá)到充電要求時，計算當(dāng)前蓄電池容量，依據(jù)充電方案對蓄電池進行充電處理，并隨時檢測蓄電池容量，調(diào)整充電策略；當(dāng)系統(tǒng)檢測出太陽電池電壓小于閾值電壓，即VOC2V時判斷進入天黑并停止充電，進入下一狀態(tài)，由蓄電池向負(fù)載供電，并隨時檢測蓄電池容量，調(diào)整向負(fù)載供電的策略。SOC檢測階段的工作是根據(jù)蓄電池的電壓得出當(dāng)前的SOC。6 抗干擾設(shè)計 在工業(yè)環(huán)境中,輸入信號中會混入各種高頻干擾，一旦干擾侵入測量單元模擬信號的輸入通道，疊加在測量信號上，就會增加采集數(shù)據(jù)的誤差，甚至淹沒測量信號，因 定時中斷服務(wù)程序流程圖Figure timing interrupt service routine此在測量信號傳輸之前必須進行濾波。系統(tǒng)采用CLC濾波電路進行濾波，該電路能有效濾去高頻干擾，并確保相位誤差在允許范圍之內(nèi)。單片機系統(tǒng)中各單元的直流電源一般是城市電網(wǎng)的交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后產(chǎn)生的，因此電網(wǎng)上的各種干擾會引入系統(tǒng) ,為降低這種干擾對測量信號的影響 ,系統(tǒng)采用了電源去耦、設(shè)備接地等有效的隔離技術(shù)。在軟件方面，應(yīng)用軟件陷阱、看門狗等技術(shù)和采取高速采集模擬信號閾值法、算術(shù)平均值法、中值法、輸入信號重復(fù)檢測法等有效的抗干擾措施。 太陽能路燈抗風(fēng)設(shè)計 太陽能電池組件抗風(fēng)設(shè)計根據(jù)最大風(fēng)力的大小進行太陽能路燈抗風(fēng)設(shè)計。我國南方沿海臺風(fēng)偏多，太陽能路燈燈桿至少應(yīng)能抗12級臺風(fēng)，北方多數(shù)地區(qū)應(yīng)能抗10級大風(fēng)。 檢測蓄電池容量過程示意圖Figure test battery capacity process schematic diagram 風(fēng)力和風(fēng)速對應(yīng)關(guān)系Table Corresponding relationship between wind and wind speed名稱 最大風(fēng)速 風(fēng) 力 名稱 最大風(fēng)速 風(fēng) 力 （m/s） （級） （m/s） （級）熱帶低壓 ～ 6～7（低層 臺風(fēng)（TY） ～ 12～13中心） 熱帶風(fēng)暴 2～ 8～9 強臺風(fēng) ～ 14～15（TS） （STY）強熱帶風(fēng)暴 ～ 10～11 超強臺風(fēng) 51,.0 ≥16 （STS） （Super TY） 路燈燈桿的抗風(fēng)設(shè)計 （1）太陽能組件:廠家應(yīng)保證能承受當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速而不至于損壞，重點是電池組件支架與燈桿的連接。（2）燈桿和基礎(chǔ):路燈燈桿和基礎(chǔ)的抗風(fēng)設(shè)計與電池板高度、面積、傾角及燈桿結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速等有關(guān)，應(yīng)由燈桿廠家或結(jié)構(gòu)專業(yè)進行計算和設(shè)計，保證最大風(fēng)速時太陽能路燈燈桿的穩(wěn)定性。 防雷和接地 屬安全電壓 太陽能路燈一般使用DC12V或DC24V，屬安全電壓，不做電氣保護接地。 防雷接地需要注意以下幾點：（1）不可用路燈、太陽能電池板作為接閃器。（2）用金屬燈柱兼作接閃器和引下線。（3），可作為防雷接地體，否則應(yīng)增加人工接地極，接地電阻≤10歐姆。必要時將接地體連接。接地做法同一般路燈。（4）在路燈控制器內(nèi)設(shè)置TVS(瞬態(tài)電壓抑制)防雷保護。 信號采集的數(shù)字濾波 對于存在大幅度隨機干擾的分布式測控單元，其采樣電壓、電流等參數(shù)往往在一定范圍內(nèi)頻繁波動。本系統(tǒng)使用的是算術(shù)平均值濾波法，就是連續(xù)采樣N個值，然后求其平均值，這可以有效的過濾外界干擾信號。采用算術(shù)平均值濾波法，采樣結(jié)果曲線平滑程度好，其平滑程度由采樣次數(shù)決定。如果采樣次數(shù)過多，曲線平滑度雖好，但卻影響了程序的運行時間，所以本系統(tǒng)在設(shè)計軟件時對每路連續(xù)采樣3次，把采集得到的中間值作為采樣結(jié)果。 看門狗技術(shù)看門狗,又叫 WDT（Watchdog Timer）,是一個定時器電路, 一般有一個輸入來復(fù)位看門狗,叫“喂狗”；一個輸出觸發(fā)單片機復(fù)位。單片機正常工作的時候,每隔一小段時間輸出一個喂狗信號,給WDT 清零；一般在程序跑飛時，程序無法正常執(zhí)行，就會超過規(guī)定的時間沒有“喂狗”指令,WDT 計數(shù)器溢出,看門狗單元就會給出一個復(fù)位信號使單片機復(fù)位，正是使用這種機制來防止單片機程序受干擾等因素跑飛后造成死機?！翱撮T狗技術(shù)可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件實現(xiàn)。在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時會破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷，系統(tǒng)則無法定時“喂狗”，硬件看門狗電路失效，而軟件看門狗可有效地解決這類問題。在實際應(yīng)用中，可采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。用定時器T0監(jiān)視定時器T1，用定時器Tl監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時器T0。采用這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的軟件“看門狗具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。對于需經(jīng)常使用T1定時器進行串口通訊的測控系統(tǒng)，則定時器Tl不能進行中斷，可改為由串口中斷進行監(jiān)控。這種軟件“看門狗”監(jiān)視原理是：在主程序、T0中斷服務(wù)程序、T1中斷服務(wù)程序中各設(shè)置一個運行觀測變量，假設(shè)為Mwatch、T0watch、TlWatch，主程