【導(dǎo)讀】太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全環(huán)保的新能。源越來越受到重視。同時(shí)，隨著光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，太陽能路燈的。應(yīng)用已經(jīng)形成規(guī)模。制路燈定時(shí)、低照度模式照明。通過GPRS通訊實(shí)時(shí)采樣當(dāng)前電池電壓，放電電流，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制路燈開關(guān)。系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電。警電路等部分組成。

　　

【正文】 示容量大，可實(shí)現(xiàn)漢字及圖像的顯 示，美觀 、大方、顯 示方便。在編程 上，LCD有獨(dú)立的控制器及內(nèi)部存儲(chǔ)器，可以節(jié)省單片機(jī)系統(tǒng)的資源。 方案二 ：采 用 LED數(shù) 碼顯 示管。 LED所 需的 電流較 大， 但是由 于所選單片機(jī) 具有足 夠的驅(qū) 動(dòng)能 力，不 需任何 其他 的驅(qū)動(dòng) 模塊 。缺點(diǎn) 是顯示 的容量??；顯示需要以動(dòng)態(tài)掃描的方式實(shí)現(xiàn)，增加了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。 綜上所述，選擇方案一。本方案采用 LCD液晶顯示器 SMG12864G2ZK。此液晶 顯示 模塊 是 12864 點(diǎn) 陣的 漢字 圖形 型液 晶顯 示模塊 ，可 顯示 漢字及圖形，內(nèi)置國標(biāo) GB2312 碼簡體 中文字庫（ 16X16 點(diǎn)陣 ）、 128 個(gè)字符（ 8X16 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示 RAM（ GDRAM）?？膳c CPU直接接口 ，提供兩 種界面 來連接 微處 理機(jī)： 8位并 行及 串行兩 種連 接方式 。具有 多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。 顯 示 模 塊 的 接口電 路 液晶顯示接口電路如圖 44所示，液晶 顯示器的數(shù)據(jù)總線 DB0～ DB7由單片機(jī)的 P6口驅(qū)動(dòng)，三腳懸空， RST 是液晶復(fù)位引腳， 接 VCC。 RS是數(shù)據(jù) /命令選擇端，高電平選擇數(shù)據(jù)端，低電平 選擇命令端。 RW是讀寫 控制 端，高電平 選擇讀 命令， 低電 平選擇 寫命令 。 E是使能 端， PSB是數(shù) 據(jù)模式 選擇端，高電平是并行數(shù)據(jù)模式，低電平是 串行數(shù)據(jù)模式。 BLA是背光源 正極， BLK是背光源負(fù)極。 VSS1VDD2V03RS(CS)4R/W(STD)5E(SCLK)6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16RST17NC18BLA19BLK20U3SMG12864G2ZK20ΩR28+5+5+5GNDGND+5 圖 44 液晶顯示器的接口電路 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 小結(jié) SMG12864ZK液晶顯示模塊的硬件接口有并行和串行接口數(shù)據(jù)傳輸 ，由于并 行接口 數(shù)據(jù)傳 輸比 串行接 口數(shù)據(jù) 傳輸 快，接 線簡 單，編 程容易 ，本模塊采用并行接口數(shù)據(jù)傳輸。 時(shí)鐘電路 方案選擇 方案一 ： 采用 DSl302。 Dallas半 導(dǎo)體 公司 的 DSl302涓流 充電 時(shí)鐘芯片是一個(gè)可編程 I2C串行接口時(shí)鐘芯片，還提供 31字節(jié)的非易失 SRAM用于數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)。優(yōu) 點(diǎn)是 電路結(jié) 構(gòu)簡 單，可 以通過 單片 機(jī)任意 的 I/O口作為 SCL和 SDA信號線。編程簡單。成本較低。缺 點(diǎn)是其所設(shè)置的時(shí)間范圍比較 小，掉電數(shù) 據(jù)丟失 。存儲(chǔ) 相應(yīng) 數(shù)據(jù)的 話可用 超級 電容或 可充 電電池 備份系 統(tǒng)的時(shí)間和日期。 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片 ,內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字 節(jié)靜態(tài) RAM,通 過簡單 的串 行接口 與單 片機(jī)進(jìn) 行通信 ，提供秒分時(shí)、日 期 、 月年的信息 ,每月的天數(shù) 和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整 。時(shí)鐘操作可通過 AM/PM 指示 ， 決 定采用 24 或 12 小時(shí)格式 。 時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫 數(shù)據(jù)以 一個(gè) 字節(jié)或 多達(dá) 31個(gè)字 節(jié)的 字符組 方式 通信 。 DS1302 工作時(shí)功耗很低 ,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。 DS1302 是由 DS1202 改進(jìn)而來 ,增加 了 以 下 的特 性 。 雙電 源 管 腳 用于 主 電 源 和備 份 電 源供 應(yīng)Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器 。 方案 二： 采用 DSl2C887。 DSl2C887也是 美國 Dallas公司 的新 型時(shí)鐘日歷芯 片，能 夠自動(dòng) 產(chǎn)生 世紀(jì)、 年、月 、日 、時(shí)、 分、 秒等時(shí) 間信息 ，其內(nèi)部 又增加 了世紀(jì) 寄存 器，從 而利用 硬件 電路解 決了 “千年 ”問 題；自帶有 鋰電池 ，外部 掉電 時(shí)，其 內(nèi)部時(shí) 間信 息還能 夠保 持 10年 之久； 對于一天 內(nèi)的時(shí) 間記錄 ，有 12小時(shí) 制和 24小時(shí) 制兩種 模式 。由于 其通信 方式為總線方式，雖然速度快，但是占用了 控制器太多的 I/O口，并且因 為ADC使用 PA口進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，因此資源的使用沖突，解決這個(gè)問題只有增加一 個(gè)控制 器，使 系統(tǒng) 采用雙 擊通信 的方 式工作 ，或 者外部 增加一 個(gè)ADC芯片．當(dāng)然筆者認(rèn)為這兩個(gè)方案都增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性以及成本。 綜合 所述 ，考 慮我 們所處 的時(shí) 間、本 系統(tǒng) 的使用 壽命 以及 系統(tǒng)的功能要求，選擇方案一。 接口電路 接口 電路如圖 45所示。 SCLK是串行數(shù)據(jù)輸入端， RST 是復(fù)位 /片選線，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中置 RST 為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳 送，并且 I/O 引腳變?yōu)?高阻態(tài) 。上電 運(yùn)行 時(shí)，在 Vcc≥ 之 前， 必須 保持低 電平。 只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 I/O是串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，是雙向的 在控制指令字輸入后的下一個(gè) SCLK 時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫入 DS1302， 數(shù)據(jù)輸 入從 低位即 位 0 開始。 同樣 ，在緊 跟 8 位的控 制指令字 后的 下一個(gè) SCLK 脈 沖的 下降 沿讀出 DS1302 的 數(shù)據(jù) ，讀 出數(shù)據(jù) 時(shí)從低位 0 位至高位 7。 10KR2410KR2510KR26VCCGND100pFC21100pFC22BT212Y2Vcc28SCLK7I/O6RST5GND4X23X12Vcc11U4 DS1302 圖 45 時(shí)鐘芯片的接口電路 電壓采樣模塊 方案選擇 在獨(dú)立 的太陽 能應(yīng) 用產(chǎn)品 中， 蓄電池 是整 個(gè)系統(tǒng) 的重 要組 成部分，對蓄電 池的保 護(hù)也至 關(guān)重 要，所 以電路 中必 須設(shè)計(jì) 有蓄 電池兩 端電壓 的檢測電 路，來 檢測蓄 電池 電壓的 大小， 從而 控制器 有效 地工作 。為了 保證準(zhǔn)確性，整個(gè)控制器的基準(zhǔn)零電位點(diǎn)需用蓄電池的負(fù)極。 方案一：采用電壓變送器。 HZDV系列直 流 電壓隔離變送器的初、次級之間是絕緣的，可用于測量直流電壓。 方案二：電壓檢測電路主要是將蓄電池兩端的電壓進(jìn)行采 集，利用 2個(gè) 分壓電阻來獲得采樣電壓。 經(jīng)過比較，方案二簡單可行，因此選擇方案二。 電壓檢測電路 1） 蓄電池電壓采樣電路 蓄電池 電壓檢測電路及電壓計(jì)算公式如圖 46所示： 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 50KR41150KR391uFC28GNDBT3 圖 46 蓄電池電壓采樣電路 如圖， C8051F020單片機(jī)有真正 12位的 8通道 ADC，故可以將采樣結(jié)果送到 。 在很多 需要 模數(shù)轉(zhuǎn) 換的 場合， 為了 提高 AD的分 辨率， 往往都選 擇較小 的電壓 作為 基準(zhǔn)源 ，特別 是采 樣一些 電壓 值較小 的模擬 信號，此時(shí) C8051F020內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓 （ ）無疑 是最好的選擇。本控 制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊就是采用的 C8051F020片內(nèi) 基準(zhǔn)電壓，蓄電池采樣電 路將采集的信息送到 A/D轉(zhuǎn)換器，通過單片機(jī)的分析，判斷當(dāng)前電池的工 作狀態(tài)。這里電容 C28的作用是濾波。 采樣電壓的計(jì)算公式 1434EVURRR??? (41) 2） 太陽能電池電壓采樣 有時(shí)候 ，由于 太陽 能電池 的電 壓過低 而不 能對蓄 電池 充電 ，所以本設(shè)計(jì)還 需要檢 測太陽 能電 池的電 壓，保 證蓄 電池能 正常 充電， 太陽能 電池電壓采樣電路如圖 47所示 +33KR41KR7D33V 圖 47 太陽能電池電壓采樣電路 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 電流采樣模塊 方案選擇 方案一 ：采用 霍爾 電流傳 感器 。我選 用的 是 南京 托肯 電子 科技有限公司的 TBCDS系 列霍爾 電流 傳感器 。此 系列電 流傳 感器的 初、 次級之 間是絕緣的，可用于測量直流、交流和脈沖電流。 方案二 ：蓄電 池電 流采樣 電路 主要是 利 用 小電阻 進(jìn)行 采樣 ，將小電阻兩端采樣的電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，送到單片機(jī)。 經(jīng)過比 較，采 用電 流傳感 器 測 量電流 方便 簡單， 響應(yīng) 時(shí)間 快， 可以同時(shí)測量充電和放電電流， 因此選擇方案一。 采樣 電路： 電流采 樣電路 是由 霍爾電 流傳 感器和 跟隨 器組成 的。 電流 傳感器主要有 +、 OUT、 0和 i+、 i五 個(gè)端 口， 傳 感器通 過 i+和 i接 入電路 中， +接+5V， 0接地， OUT通過兩個(gè) 分壓電阻分壓，把輸出 電壓限制在 ， 跟隨器的輸出接單片機(jī)的 ，電路圖如圖 48所示。 +102OUT3i5i+4U5TBC06DS10KR2710KR29GNDGNDVCC+U8A VCCGND 48 電流傳感器電路 電流傳感器的工作原理：當(dāng)匝數(shù)為 1時(shí)，初級額定電流是177。 6A，額定輸出電壓為 177。 ，電流與電壓曲線圖如圖 49所示 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 圖 49 輸出電壓 初級電流 LED 燈的設(shè)計(jì) LED 芯 片 選 取 及 組合 方式 按目前市場產(chǎn)品的輸入功率進(jìn)行分類，其輸入功率為幾十個(gè) mW 的LED，稱為傳統(tǒng)的小功率芯片；其輸入功 率小于 1W 的 LED，叫做功率 LED；對于輸入功率等于 1W或大于 1W 的 LED，則叫做 W 級功率（大功率） LED。目前大功率比較常見的有 1W、 3W、 5W、 8W、 10W。已大批量應(yīng)用的有 1W 和3W LED， 其正 朝著 大電 流（ 300mA～ ） 、高 效率（ 60～ 120lm/W）、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。 LED 路燈 采用單 顆功率大于 1 瓦以上的 LED 芯 片，將 多 個(gè) 芯 片 集 成 于 印 刷 電 路 板 上 排 列 為 一 定 間 距 的 點(diǎn) 陣 作 為 平 面 發(fā) 光源，組 合成一 個(gè)大 功率 LED 單體 模塊， 裝入 路燈燈 具中 ，藉由 提高芯 片面積來增加發(fā)光量。 在本課題中選用美國 CREE 公司的 3W 白光 LED 芯片，其特點(diǎn)： 當(dāng)芯片工作電流 700 mA 時(shí)，工作電壓平均為 ，光通量最高可達(dá) 160 lm，色溫： 5000K10000K。 半功率視角為 75 度。 工作溫度： 40℃ ~ +85℃。 溫升每 W升 8℃；最高結(jié) 溫 145℃。 最高額定工作電流 700mA，最高脈沖電流 (在 1 kHz， 10%占空比條件下 ) A ， 防靜電＞ 20210V，50000 個(gè)小時(shí)后光衰低于 30%。 常用的 LED 組合方式有 3 種：并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)。 并聯(lián)方 式： 要求 LED 驅(qū)動(dòng) 器輸出 較大 的電 流，負(fù) 載電 壓較低 。分配在所有 LED 兩端電壓相同，當(dāng) LED 的一致性差別較大時(shí)，而通過每顆 LED 的電流不一致， LED 的亮度也不同。 串聯(lián)方 式： 要求 LED 驅(qū)動(dòng) 器輸 出較 高的電 壓。 當(dāng) LED 的一致 性差別較大時(shí) ，分配 在不 同的 LED 兩端 電壓 不同， 通過 每顆 LED 的電 流相同 ，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 LED 的基本亮 度一致。 混聯(lián)方 式： 在需要 使用 比較 多 LED 時(shí)，如 果將 所有 LED 串聯(lián) ，將需要 LED 驅(qū) 動(dòng)器 輸出較 高的 電壓。 如果 將所 有 LED 并 聯(lián)， 則需 要 LED 驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。將所有 LED 串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著 LED 的使用 量，而且并聯(lián) LED 負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)大增?；炻?lián)方式的 LED 數(shù)量平均 分配， 分配 在一串 LED 上 的電 壓相同 ，通 過同一 串每 顆 LED 上的電流也基本相同， LED 亮度一致。同時(shí)通過每串 LED 的電流也相近。 通過以上分析，大功率白光 LED 應(yīng)用于照明領(lǐng)域，由于 LED 的電流、電壓參數(shù)具 有典型的 PN 結(jié)伏安特性，如圖 410所示。 伏安特性的表達(dá)式 : ? ?/ 1DrVDSi I e ??? （ 42） 式中： Di — 通過 PN結(jié)的電流 D? — PN結(jié)兩端的外加電壓 rV — 溫度的電壓當(dāng)量 e — 自然對數(shù)的底 SI — 反向飽和電流 圖 410 PN結(jié)的伏安特性曲線 所以， 其正向 壓降 的微小 變化 會(huì)引起 較大 的正向 電流 變化 。不穩(wěn)定的工作 電流會(huì) 影響 LED 的 壽命和 光衰 。電流 過強(qiáng) 會(huì)