【正文】 配合密切，對(duì)軟件設(shè)計(jì)提出了很高的要求，因此軟件設(shè)計(jì)就成為本系統(tǒng)能否成功實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。我們采用c語言編寫源程序，整個(gè)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，各部分模塊分工明確，具有代碼效率高、維護(hù)方便、占用存儲(chǔ)空間少等特點(diǎn)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想為:系統(tǒng)上電復(fù)位后，各模塊初始化，其中包括單片機(jī)C8051F0GPRS通訊模塊、LCD液晶顯示模塊等，以確定定時(shí)參數(shù)、復(fù)位周期、主頻、波特率等。在主程序中不斷查詢調(diào)用各種模塊功能的標(biāo)志位，而各種標(biāo)志位的置位是采用中斷功能完成的。這樣的安排是單片機(jī)采用中斷提高工作效率，又不在中斷中調(diào)用子程，使程序及時(shí)退出中斷，不存在中斷嵌套問題，簡(jiǎn)化了軟件設(shè)計(jì)。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換子程序，液晶顯示子程序，鍵盤控制子程序，充電控制子程序，照明控制子程序，串行通信子程序和GPRS模塊通訊子程七個(gè)部分，采用C語言編程。系統(tǒng)上電后，先對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部資源進(jìn)行初始化，包括設(shè)置堆棧指針、中斷的禁止及優(yōu)先級(jí)的決定、設(shè)置各個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式等；然后對(duì)單片機(jī)的外部設(shè)備進(jìn)行初始化，包括LCD、時(shí)鐘芯片以及串口。初始化之后系統(tǒng)開始工作，首先采樣太陽能電池電壓，蓄電池電壓，對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，決定是否要充電。對(duì)鍵盤和LCD顯示器接口進(jìn)行查詢，顯示各設(shè)定值，并且進(jìn)行設(shè)定；適時(shí)讀取時(shí)鐘芯片的時(shí)間值，并且根據(jù)不同的時(shí)間段控制蓄電池充放電。用中斷方式將數(shù)據(jù)從串口上傳。主程序流程圖如圖51所示：圖51 主流程圖整個(gè)軟件系統(tǒng)中主要包括如下子程序：初始化子程序、數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換子程序，液晶顯示子程序，鍵盤控制子程序，充電控制子程序，照明控制子程序，串行通信子程序和GPRS模塊通訊子程等。 A/D轉(zhuǎn)換子程序AD轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖52：本系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換采用C8051F020內(nèi)部集成的ADC0系統(tǒng)，其中包括一個(gè)9 通道的可編程模擬多路選擇器（AMUX0），一個(gè)可編程增益放大器（PGA0）和一個(gè)100ksps、12 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測(cè)器。AMUX0、PGA0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測(cè)器都可用軟件通過特殊功能寄存器來控制。、15ppm/℃（典型值）的帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和一個(gè)兩倍增益的輸出緩沖放大器組成。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓可以通過VREF 引腳連到應(yīng)用系統(tǒng)中的外部器件或VREFA 輸入引腳。只有當(dāng)ADC0 控制寄存器中的AD0EN 位被置‘1’時(shí)ADC0 子系統(tǒng)（ADC0、跟蹤保持器和PGA0）才被允許工作。當(dāng)AD0EN 位為‘0’時(shí)，AD0C 子系統(tǒng)處于低功耗關(guān)斷方式。圖52 A/D轉(zhuǎn)換流程圖ADC0 的最高轉(zhuǎn)換速度為100ksps，其轉(zhuǎn)換時(shí)鐘來源于系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，分頻值保存在寄存器ADC0CF 的ADCSC 位。ADC0有4 種轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式，由ADC0CN 中的ADC0 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換方式位（AD0CM1，AD0CM0）的狀態(tài)決定。轉(zhuǎn)換觸發(fā)源有：1． 向ADC0CN 的AD0BUSY 位寫1；2． 定時(shí)器3 溢出（即定時(shí)的連續(xù)轉(zhuǎn)換）；3． 外部ADC 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)的上升沿，CNVSTR；4． 定時(shí)器2 溢出（即定時(shí)的連續(xù)轉(zhuǎn)換）。本設(shè)計(jì)選擇用定時(shí)器3溢出啟動(dòng)ADC0。當(dāng)ADC0 輸入配置發(fā)生改變時(shí)（AMUX 或PGA 的選擇發(fā)生變化），在進(jìn)行一次精確的轉(zhuǎn)換之前需要有一個(gè)最小的跟蹤時(shí)間。該跟蹤時(shí)間由ADC0 模擬多路器的電阻、ADC0 采樣電容、外部信號(hào)源阻抗及所要求的轉(zhuǎn)換精度決定。注意：這兩種等效電路的時(shí)間常數(shù)完全相同。對(duì)于一個(gè)給定的建立精度（SA），所需要的ADC0 估算。 （51）其中：SA 是建立精度，用一個(gè)LSB 的分?jǐn)?shù)表示（例如， 對(duì)應(yīng)1/4 LSB）。t 為所需要的建立時(shí)間，以秒為單位。RTOTAL 為ADC0 模擬多路器電阻與外部信號(hào)源電阻之和。n 為ADC0 的分辨率，用比特表示。 LCD顯示子程序本次設(shè)計(jì)的顯示部分主要用來顯示實(shí)時(shí)采樣值、設(shè)定值的查詢修改等內(nèi)容，選用的是SMG12864ZK液晶顯示模塊。(l) 液晶控制字說明液晶屏顯示內(nèi)容是通過軟件對(duì)其寫入相關(guān)控制指令和數(shù)據(jù)來完成的，該顯示模塊的控制指令可帶一個(gè)或二個(gè)參數(shù)，每條指令的執(zhí)行都是先送入?yún)?shù)(如果有的話)，再送入指令代碼，本設(shè)計(jì)用到的指令見表51。表51指令指令碼說明RSRWDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0清除顯示0000000001設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器（AC）到“00H”地址歸位000000001X設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器到“00H” 進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定00000001I/DS設(shè)定游標(biāo)移動(dòng)方向及指定顯示的移位顯示狀態(tài)開/關(guān)0000001DCBD=1：整體顯示ONC=1：游標(biāo)ONB=1：游標(biāo)位置ON游標(biāo)或顯示移位控制000001S/CR/LXX設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位元功能設(shè)定00001DLX0REXXDL=1（必須設(shè)為1）RE=1：擴(kuò)充指令集動(dòng)作RE=0：基本指令集動(dòng)作設(shè)定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定CGRAM地址到地址計(jì)數(shù)器（AC）設(shè)定DDRAM地址001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定DDRAM地址到地址計(jì)數(shù)器（AC）讀取忙碌標(biāo)志（BF）和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成，同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器（AC）的值寫資料到RAM10D7D6D5D4D3D2D1D0寫入資料到內(nèi)部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM)讀出RAM的值11D7D6D5D4D3D2D1D0從內(nèi)部RAM讀取資料（DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM）當(dāng)模塊在接受指令前，微處理順必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài)，即讀取BF 標(biāo)志時(shí)，BF 需為0，方可接受新的指令；如果在送出一個(gè)指令前并不檢查BF 標(biāo)志，那么在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延遲一段較長的時(shí)間，即是等待前一個(gè)指令確實(shí)執(zhí)行完成，指令執(zhí)行的時(shí)間請(qǐng)參考指令表中的個(gè)別指令說明。(2) 漢字液晶顯示工作原理液晶顯示器的屏幕是靠無數(shù)個(gè)小燈泡來顯示圖象的，就像是普通燈泡，排滿幾平米然后點(diǎn)亮相應(yīng)的燈泡就能在高出看出你想要的字或圖形．液晶顯示器道理和這個(gè)一樣，就是無數(shù)個(gè)小的燈炮排滿屏幕的，只是這個(gè)小燈泡只有零點(diǎn)幾毫米甚至微米的面積．根據(jù)這一原理，我們可以通過對(duì)液晶顯示器的點(diǎn)陣的通電的排列使得各個(gè)液晶亮與滅來實(shí)現(xiàn)液晶的規(guī)律性的顯示，通過對(duì)12864的了解，我們可以通過漢字字模提取軟件提取出使得液晶顯示漢字點(diǎn)陣的字模數(shù)據(jù)，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)模的轉(zhuǎn)換，可以通過高低電平的控制，從液晶上顯示出我們想要顯示的字體。漢字液晶顯示的啟動(dòng)過程：這款12864LCD是帶有漢字字庫最新一款液晶顯示器，帶字庫的顯示器好在不用自己再去編寫漢字字庫。漢字液晶顯示的啟動(dòng)時(shí)非常重要的一步，即液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)初始化。初始化的時(shí)候，就是一個(gè)對(duì)液晶進(jìn)行反復(fù)的讀與寫的過程，使得顯示器正常的啟動(dòng)，讓每一個(gè)點(diǎn)都能點(diǎn)亮。顯示流程圖如圖所示：圖53 LCD顯示流程圖 鍵盤控制子程序本設(shè)計(jì)共設(shè)6個(gè)按鍵，分別為(1)數(shù)字加鍵:數(shù)字增加輸入鍵，每按一次，光標(biāo)對(duì)應(yīng)位的數(shù)字加1。(2)數(shù)字減鍵:數(shù)字減小輸入鍵，每按一次，光標(biāo)對(duì)應(yīng)位的數(shù)字減1。(3)光標(biāo)縱向移動(dòng)鍵:按一次縱向下移動(dòng)光標(biāo)一位，至最下端時(shí)返回至本列的最上端。(4)光標(biāo)橫向移動(dòng)鍵:按一次橫向右移動(dòng)光標(biāo)一位，至最右端時(shí)返回至本行的最左端。(5)返回鍵。(6)確定鍵。消抖是通過先判斷按鍵是否按下，然后再判斷是否彈起來完成的，鍵盤掃描流程圖如圖54所示。圖 54 鍵盤掃描流程圖 充電控制子程序該程序根據(jù)系統(tǒng)所獲得的相關(guān)電壓、電流、溫度等信息，確定具體的工作狀態(tài)，從而采取相應(yīng)的方式來控制程序的具體執(zhí)行，達(dá)到控制合理進(jìn)行四種模式充電過程的功能，并具有實(shí)時(shí)進(jìn)行終止條件的檢測(cè)，流程圖如圖55所示。圖 55 充電控制流程圖 照明控制子程序本設(shè)計(jì)路燈的時(shí)控、光控和防閃電等功能均是通過編程實(shí)現(xiàn)的。照明控制流程圖如圖56所示。當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)以后, 首先將進(jìn)行初始化。初始化結(jié)束以后開始讀取時(shí)鐘芯片上的信息, 再將讀取的信息與設(shè)定的時(shí)間比較, 如果符合條件則讀取蓄電池上的電壓反饋, 不符合條件的話就繼續(xù)返回讀取時(shí)鐘芯片。如果反饋顯示蓄電池電壓偏低則報(bào)警, 否則開啟蓄電池供電電路。隨后, 系統(tǒng)讀取光控電路上的反饋信號(hào), 判斷周圍光線強(qiáng)弱。如果光線較弱就開燈, 否則延遲1 秒鐘重新判斷光線強(qiáng)弱, 這樣做是為了屏蔽閃電的干擾。假如光線還是很強(qiáng), 那么系統(tǒng)就認(rèn)為周圍光線確實(shí)很強(qiáng), 不需要開燈。 否則就認(rèn)為是閃電的干擾, 繼續(xù)工作。圖 56 照明控制流程圖 串口通信子程序進(jìn)行通信之前首先要對(duì)USART進(jìn)行初始化．初始化過程通常包括波特率的設(shè)定，幀結(jié)構(gòu)的設(shè)定，以及根據(jù)需要使能接收器或發(fā)送器。對(duì)于中斷驅(qū)動(dòng)的USART操作，在初始化時(shí)首先要清零全局中斷標(biāo)志位(全局中斷被屏蔽)。重新改變USART的設(shè)置應(yīng)該在沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下進(jìn)行。TX標(biāo)志位可以用來檢驗(yàn)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送是否已經(jīng)完成，RX標(biāo)志位可以用來檢驗(yàn)接收緩沖器中是否還有數(shù)據(jù)未讀出。在每次發(fā)送數(shù)據(jù)之前(在寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器UDR前)TX標(biāo)志位必須清零。串口中斷的服務(wù)程序負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。由于發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)均會(huì)引起串口的中斷，因此判別數(shù)據(jù)是接收還是發(fā)送主要是通過查看TX、RX標(biāo)志位。并根據(jù)標(biāo)志位跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理部分。當(dāng)處理完數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收后，還需要軟件將發(fā)送標(biāo)志位和接收標(biāo)志位清零。程序設(shè)計(jì)的串口服務(wù)程序流程如圖57所示：圖 57 串口服務(wù)流程圖 GPRS通信子程序與監(jiān)控中心進(jìn)行通信的GPRS模塊選擇山東力創(chuàng)有限公司生產(chǎn)的LQ8200 無線數(shù)傳模塊，其主要參數(shù)及性能在前面已經(jīng)介紹過了，本節(jié)主要介紹其軟件程序設(shè)計(jì)，GPRS模塊發(fā)送和接收子程流程圖如圖559所示。 圖 58 GPRS模塊發(fā)送流程圖圖 59 GPRS模塊接收流程第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)本課題設(shè)計(jì)了以C8051F020 單片機(jī)為基礎(chǔ)的太陽能LED 路燈照明系統(tǒng)方案，是分模塊設(shè)計(jì)的。主要包括以下幾部分：蓄電池電壓采集電路設(shè)計(jì)，太陽能電池電壓采集設(shè)計(jì)，蓄電池充電控制電路設(shè)計(jì)，并采用脈沖寬度調(diào)制充電方式，路燈照明控制電路的設(shè)計(jì)，使用光控和時(shí)控相結(jié)合的方法控制路燈的開關(guān)，并使用GPRS通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。顯示模塊采用了SMG12864ZK液晶顯示器，可以顯示數(shù)字和漢字。在基于PAM2842驅(qū)動(dòng)芯片的基礎(chǔ)上對(duì)負(fù)載白光LED 的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。并對(duì)軟件部分進(jìn)行了流程圖和程序編寫。 需要改進(jìn)的地方（1）可參考引入市電，在正常情況下由太陽能供電，如有其它意外情況發(fā)生時(shí)，太陽能電池板不能對(duì)蓄電池正常充電，而蓄電池電量已用完的情況下，系統(tǒng)可自動(dòng)切換到市電，則路燈也能正常工作。使路燈系統(tǒng)向智能化、自診斷和自維護(hù)方向邁進(jìn)一步。（2）充電控制方面可以采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制，通過太陽能電池的端電壓來控制最大功率的輸出，有效利用太陽能。（3）在路燈系統(tǒng)中安裝溫、濕度傳感器，來測(cè)試蓄電池和太陽能板所處環(huán)境對(duì)他們充放電效率的影響，從而增加相應(yīng)的防護(hù)措施。（4）在軟件方面優(yōu)化程序，盡量減少由程序繁雜引起的單片機(jī)耗電。增加最大功率點(diǎn)跟蹤功能的設(shè)計(jì)。并且進(jìn)一步探討將諸如休眠模式和模塊選通方式在內(nèi)的芯片功耗優(yōu)化策略。參考文獻(xiàn)[1] [J].學(xué)術(shù)探討,19942010，應(yīng)用技術(shù)與研究:6769.[2] [J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2010,23(5):136137.[3] [D].,2009:2117.[4] [J].,28(3):2831.[5] [D].,2007:2030.[6] 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