【正文】 配合密切，對軟件設計提出了很高的要求，因此軟件設計就成為本系統(tǒng)能否成功實現(xiàn)的重點，也是難點。我們采用c語言編寫源程序，整個程序采用模塊化結構，各部分模塊分工明確，具有代碼效率高、維護方便、占用存儲空間少等特點。系統(tǒng)軟件設計思想為:系統(tǒng)上電復位后，各模塊初始化，其中包括單片機C8051F0GPRS通訊模塊、LCD液晶顯示模塊等，以確定定時參數(shù)、復位周期、主頻、波特率等。在主程序中不斷查詢調用各種模塊功能的標志位，而各種標志位的置位是采用中斷功能完成的。這樣的安排是單片機采用中斷提高工作效率，又不在中斷中調用子程，使程序及時退出中斷，不存在中斷嵌套問題，簡化了軟件設計。單片機程序設計包括數(shù)據(jù)采集A/D轉換子程序，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模塊通訊子程七個部分，采用C語言編程。系統(tǒng)上電后，先對單片機的內部資源進行初始化，包括設置堆棧指針、中斷的禁止及優(yōu)先級的決定、設置各個定時／計數(shù)器的工作方式等；然后對單片機的外部設備進行初始化，包括LCD、時鐘芯片以及串口。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，對其進行分析計算，決定是否要充電。對鍵盤和LCD顯示器接口進行查詢，顯示各設定值，并且進行設定；適時讀取時鐘芯片的時間值，并且根據(jù)不同的時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轉換子程序AD轉換程序流程圖如圖52：本系統(tǒng)數(shù)模轉換采用C8051F020內部集成的ADC0系統(tǒng)，其中包括一個9 通道的可編程模擬多路選擇器（AMUX0），一個可編程增益放大器（PGA0）和一個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器。AMUX0、PGA0、數(shù)據(jù)轉換方式及窗口檢測器都可用軟件通過特殊功能寄存器來控制。、15ppm/℃（典型值）的帶隙電壓基準發(fā)生器和一個兩倍增益的輸出緩沖放大器組成。內部基準電壓可以通過VREF 引腳連到應用系統(tǒng)中的外部器件或VREFA 輸入引腳。只有當ADC0 控制寄存器中的AD0EN 位被置‘1’時ADC0 子系統(tǒng)（ADC0、跟蹤保持器和PGA0）才被允許工作。當AD0EN 位為‘0’時，AD0C 子系統(tǒng)處于低功耗關斷方式。圖52 A/D轉換流程圖ADC0 的最高轉換速度為100ksps，其轉換時鐘來源于系統(tǒng)時鐘分頻，分頻值保存在寄存器ADC0CF 的ADCSC 位。ADC0有4 種轉換啟動方式，由ADC0CN 中的ADC0 啟動轉換方式位（AD0CM1，AD0CM0）的狀態(tài)決定。轉換觸發(fā)源有：1． 向ADC0CN 的AD0BUSY 位寫1；2． 定時器3 溢出（即定時的連續(xù)轉換）；3． 外部ADC 轉換啟動信號的上升沿，CNVSTR；4． 定時器2 溢出（即定時的連續(xù)轉換）。本設計選擇用定時器3溢出啟動ADC0。當ADC0 輸入配置發(fā)生改變時（AMUX 或PGA 的選擇發(fā)生變化），在進行一次精確的轉換之前需要有一個最小的跟蹤時間。該跟蹤時間由ADC0 模擬多路器的電阻、ADC0 采樣電容、外部信號源阻抗及所要求的轉換精度決定。注意：這兩種等效電路的時間常數(shù)完全相同。對于一個給定的建立精度（SA），所需要的ADC0 估算。 （51）其中：SA 是建立精度，用一個LSB 的分數(shù)表示（例如， 對應1/4 LSB）。t 為所需要的建立時間，以秒為單位。RTOTAL 為ADC0 模擬多路器電阻與外部信號源電阻之和。n 為ADC0 的分辨率，用比特表示。 LCD顯示子程序本次設計的顯示部分主要用來顯示實時采樣值、設定值的查詢修改等內容，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容是通過軟件對其寫入相關控制指令和數(shù)據(jù)來完成的，該顯示模塊的控制指令可帶一個或二個參數(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，本設計用到的指令見表51。表51指令指令碼說明RSRWDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0清除顯示0000000001設定DDRAM的地址計數(shù)器（AC）到“00H”地址歸位000000001X設定DDRAM的地址計數(shù)器到“00H” 進入點設定00000001I/DS設定游標移動方向及指定顯示的移位顯示狀態(tài)開/關0000001DCBD=1：整體顯示ONC=1：游標ONB=1：游標位置ON游標或顯示移位控制000001S/CR/LXX設定游標的移動與顯示的移位控制位元功能設定00001DLX0REXXDL=1（必須設為1）RE=1：擴充指令集動作RE=0：基本指令集動作設定CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設定CGRAM地址到地址計數(shù)器（AC）設定DDRAM地址001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0設定DDRAM地址到地址計數(shù)器（AC）讀取忙碌標志（BF）和地址01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0確認內部動作是否完成，同時可以讀出地址計數(shù)器（AC）的值寫資料到RAM10D7D6D5D4D3D2D1D0寫入資料到內部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM)讀出RAM的值11D7D6D5D4D3D2D1D0從內部RAM讀取資料（DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM）當模塊在接受指令前，微處理順必須先確認模塊內部處于非忙碌狀態(tài)，即讀取BF 標志時，BF 需為0，方可接受新的指令；如果在送出一個指令前并不檢查BF 標志，那么在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即是等待前一個指令確實執(zhí)行完成，指令執(zhí)行的時間請參考指令表中的個別指令說明。(2) 漢字液晶顯示工作原理液晶顯示器的屏幕是靠無數(shù)個小燈泡來顯示圖象的，就像是普通燈泡，排滿幾平米然后點亮相應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一樣，就是無數(shù)個小的燈炮排滿屏幕的，只是這個小燈泡只有零點幾毫米甚至微米的面積．根據(jù)這一原理，我們可以通過對液晶顯示器的點陣的通電的排列使得各個液晶亮與滅來實現(xiàn)液晶的規(guī)律性的顯示，通過對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陣的字模數(shù)據(jù)，然后實現(xiàn)數(shù)模的轉換，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時非常重要的一步，即液晶顯示器的驅動初始化。初始化的時候，就是一個對液晶進行反復的讀與寫的過程，使得顯示器正常的啟動，讓每一個點都能點亮。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計共設6個按鍵，分別為(1)數(shù)字加鍵:數(shù)字增加輸入鍵，每按一次，光標對應位的數(shù)字加1。(2)數(shù)字減鍵:數(shù)字減小輸入鍵，每按一次，光標對應位的數(shù)字減1。(3)光標縱向移動鍵:按一次縱向下移動光標一位，至最下端時返回至本列的最上端。(4)光標橫向移動鍵:按一次橫向右移動光標一位，至最右端時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)，從而采取相應的方式來控制程序的具體執(zhí)行，達到控制合理進行四種模式充電過程的功能，并具有實時進行終止條件的檢測，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計路燈的時控、光控和防閃電等功能均是通過編程實現(xiàn)的。照明控制流程圖如圖56所示。當系統(tǒng)開機以后, 首先將進行初始化。初始化結束以后開始讀取時鐘芯片上的信息, 再將讀取的信息與設定的時間比較, 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)返回讀取時鐘芯片。如果反饋顯示蓄電池電壓偏低則報警, 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, 判斷周圍光線強弱。如果光線較弱就開燈, 否則延遲1 秒鐘重新判斷光線強弱, 這樣做是為了屏蔽閃電的干擾。假如光線還是很強, 那么系統(tǒng)就認為周圍光線確實很強, 不需要開燈。 否則就認為是閃電的干擾, 繼續(xù)工作。圖 56 照明控制流程圖 串口通信子程序進行通信之前首先要對USART進行初始化．初始化過程通常包括波特率的設定，幀結構的設定，以及根據(jù)需要使能接收器或發(fā)送器。對于中斷驅動的USART操作，在初始化時首先要清零全局中斷標志位(全局中斷被屏蔽)。重新改變USART的設置應該在沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下進行。TX標志位可以用來檢驗一個數(shù)據(jù)幀的發(fā)送是否已經完成，RX標志位可以用來檢驗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標志位必須清零。串口中斷的服務程序負責數(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標志位。并根據(jù)標志位跳轉到相應的處理部分。當處理完數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收后，還需要軟件將發(fā)送標志位和接收標志位清零。程序設計的串口服務程序流程如圖57所示：圖 57 串口服務流程圖 GPRS通信子程序與監(jiān)控中心進行通信的GPRS模塊選擇山東力創(chuàng)有限公司生產的LQ8200 無線數(shù)傳模塊，其主要參數(shù)及性能在前面已經介紹過了，本節(jié)主要介紹其軟件程序設計，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 設計總結本課題設計了以C8051F020 單片機為基礎的太陽能LED 路燈照明系統(tǒng)方案，是分模塊設計的。主要包括以下幾部分：蓄電池電壓采集電路設計，太陽能電池電壓采集設計，蓄電池充電控制電路設計，并采用脈沖寬度調制充電方式，路燈照明控制電路的設計，使用光控和時控相結合的方法控制路燈的開關，并使用GPRS通訊模塊進行數(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驅動芯片的基礎上對負載白光LED 的驅動電路進行了硬件設計。并對軟件部分進行了流程圖和程序編寫。 需要改進的地方（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，太陽能電池板不能對蓄電池正常充電，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、自診斷和自維護方向邁進一步。（2）充電控制方面可以采用最大功率點跟蹤控制，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，來測試蓄電池和太陽能板所處環(huán)境對他們充放電效率的影響，從而增加相應的防護措施。（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耗電。增加最大功率點跟蹤功能的設計。并且進一步探討將諸如休眠模式和模塊選通方式在內的芯片功耗優(yōu)化策略。參考文獻[1] [J].學術探討,19942010，應用技術與研究:6769.[2] [J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新,2010,23(5):136137.[3] [D].,2009:2117.[4] [J].,28(3):2831.[5] [D].,2007:2030.[6] [D].,2008:3240.[7] [J].科技信息,2009,(33):159160.[8] [J].中國交通信息產業(yè),2010,(3):130132.[9] [D].,2010:6369.[10] [M].,第一版,1997:2225.[11] [M].,2004:6769.[12] [M].,2005:140142.[13] [M]].,1999:2026.[14] [M].,2005:3033.[15] [M].,2000:6769.[16] Bimal ,Environment,and AdVances 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