【正文】 亮度自適應(yīng)節(jié)能控制算法根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜粘鋈章鋾r(shí)間分時(shí)段控制，是一種基于時(shí)段、環(huán)境亮度和人員活動(dòng)的節(jié)能控制方法，其流程。 4） t4 時(shí)刻到 t5 時(shí)刻，即由黑夜過渡到白天的時(shí)段，此階段是由黑夜過渡到白天的時(shí)刻，路面光線逐漸變亮，可根據(jù)亮度傳感器檢測的亮度等級進(jìn)行自適應(yīng)控制， LED的亮度由大逐漸變小直至路燈熄滅。 2） t2 時(shí)刻到 t3 時(shí)刻，即前半夜，零點(diǎn)以前，此時(shí)段路面光線最暗，人員活動(dòng)頻繁，路燈亮度應(yīng)調(diào)為最大， LED 全功率照明。路燈亮度由 PWM 調(diào)光控制，每盞燈都配備行人車輛檢測裝置，用于在后半夜人員活動(dòng)情況檢測，有人車行走時(shí)全亮度照明，無人車行走時(shí)半功率照明，行人車輛檢測采用熱釋電紅外人體探測傳感器。給 HV9910 的 PWMD 端提供數(shù)百赫茲到1k Hz 的 PWM 信號，可以通過占空比改變 LED 的導(dǎo)通時(shí)間，獲得從 0％～ 100％ 的PWM 調(diào)光。 采用 PWM 法進(jìn)行調(diào)光，即在恒流和恒定頻率的情況下，通過調(diào)節(jié) MOS 開關(guān)管 30 的導(dǎo)通時(shí)間來調(diào)節(jié)平均亮度。前者調(diào)節(jié)的范圍大、線性度好 ,但是功耗大 ， 所以很少采用。 LED 亮度控制 LED 自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì) :LED 的亮度與正向流過它的電流成正比 ,可以調(diào)節(jié)正向電流大 小來調(diào)節(jié) LED 的亮度。接著，進(jìn)行蓄電池電壓檢測和判斷時(shí)間，進(jìn)入放電控制子程序，控制蓄電池對負(fù)載的放電強(qiáng)度。嵌入式 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境可以有效提高用戶的工作效率 ，通過 IAR 工具，我們可以大大節(jié)省工作時(shí)間。 嵌入式 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 支持絕大多數(shù) 8 位、 16 位以及 32 位的微處理器和微控制器，使用戶在開發(fā)新的項(xiàng)目時(shí)也能在所熟悉 的 開發(fā)環(huán)境 中 進(jìn)行。通過其內(nèi)置的針對不同芯片的代碼優(yōu)化器， IAR Embedded Workbench 可以 為 ARM 芯片生成 非常高效和 可靠的FLASH/PROMable 代碼。 IAR Embedded Workbench 是一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng)用編程開發(fā)工具。此外，為了減少干擾，芯片的輸入端和輸出端都加上相應(yīng)的電容進(jìn)行濾波處理。圖 316 所示為具體的電路圖。 將穩(wěn)壓輸出的電壓接到反饋輸入端 FB 的目的是同內(nèi)部電壓基準(zhǔn)比較，若電壓偏低，則用放大器來控制內(nèi)部振蕩器以提高輸出占空比，從而提高輸出電壓。 圖 315 所示為具體的 12V 轉(zhuǎn) 5V 電源電路圖。 12V 轉(zhuǎn) 5V 電路 12V 轉(zhuǎn) 5V 電路采用 美國 TI 公司生產(chǎn)的 1A 集成穩(wěn)壓電 源芯片 LM2575， 它內(nèi)部集成了一個(gè)固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu) 成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等；芯片可提供外部控制引腳。 電源電路 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的供電質(zhì)量是整個(gè) 太陽能路燈控制器 穩(wěn)定可靠工作的 保證，這就要求能夠提供穩(wěn)定的電源模塊 。獨(dú)立式鍵盤采用一鍵一線，各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一條 I/O 口線，通過檢測 I/O 輸入線的電平狀態(tài)，可以很容易地判斷哪個(gè)按鍵被按下。 鍵盤電路如圖 314 所示。獨(dú)立式鍵盤配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量多時(shí)，接口線占用多。 表 6 LCD1602 引 腳功能 表 液晶八位數(shù)據(jù)線分別由總線由高位到低位對應(yīng)連接到單片機(jī)的 P2 口，寄存器選擇腳 RS、讀 /寫操作 R/W 選擇、使能端 E 分別對應(yīng)連接單片機(jī)的 、 、 ，引腳號 符號 引腳功能 1 VSS 電源地 2 VCC +5V邏輯電源 3 VL 液晶驅(qū)動(dòng)電源 4 RS 寄存器選擇 5 讀 /寫操作選擇 6 E 使能 714 D0～ D7 數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線相連，三態(tài) 15 BLA 背光電源 16 BLK 背光電源地 26 VL 接滑動(dòng)變阻器的中性端，用以調(diào)節(jié)背光亮度， BLA 經(jīng) 1K 電阻接電源， BLK 接地，具體 LCD 液晶顯示電路如圖 313 所示。為了減小干擾，芯片的電源輸入端加上相應(yīng)的電容進(jìn)行濾波處理。DS1302 在工作的時(shí)候，在 Vcc2 和 Vcc1 兩個(gè)管腳中，選擇電壓高的那個(gè)管腳的電源作為工作電源。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 本設(shè)計(jì)選用 DS1302 時(shí)鐘芯片，有圖可知，該時(shí)鐘電路非常簡單，在 X1 和 X2引腳跨接 的石英振蕩器和 6pF 的微調(diào)電容，構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。 表 5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 引腳功能表 芯片功能介紹 ◆ 時(shí)鐘計(jì)數(shù)功能，可以對秒、分鐘 、小時(shí)、月、星期、年的計(jì)數(shù)。 DS1302 時(shí)鐘芯片引腳簡 介 Vcc21X12X23GND4CE5I/O6SCLK7Vcc18DS1302 圖 311 DS1302 芯片引腳圖 由上圖可以看出，該芯片只有 8 個(gè)管腳，這樣使用起來很簡單，只需要簡單的外 24 圍電路。光電傳感電路如圖 310 所示。 Po188 電氣特性及額定參數(shù) ◆ 暗電流小，低照度響應(yīng)，靈敏度高，電流隨光照度增強(qiáng)呈線性變化； ◆ 內(nèi)置雙敏感元，自動(dòng)衰減近紅外，光譜響應(yīng)接近人眼函數(shù)曲線； ◆ 內(nèi)置微信號 CMOS 放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓范圍寬，溫度穩(wěn)定性好； ◆ 可選光學(xué)納米材料封裝，可見光透過，紫外線截止、近紅外相對衰減，增強(qiáng)了光學(xué)濾波 效果； ◆ 符合歐盟 RoHS 指令 ,無鉛、無鎘； ◆ 工作電壓范圍 ： ； ◆ 工作溫度范圍 : 20 to +75； ◆ 存儲溫度 : 40 to +120 ℃； ◆ 焊接溫度 : 260℃。 光電傳感 電 路 Po188 是一個(gè)光電集成傳感器，典型入射波長為λ p=520nm，內(nèi)置雙敏感元接收器，可見光范圍內(nèi)高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。左側(cè)的小功率三極管9013 控制整個(gè)探測電路的開通與關(guān)斷（如在下午 5 點(diǎn)到第二天早晨七點(diǎn)開通，其他時(shí)間點(diǎn)關(guān)斷，以保護(hù)芯片電路和節(jié)省電能）。 本設(shè)計(jì)選用 SDA0254 型號的熱釋電紅外傳感器，外罩 NL3 型菲涅爾透鏡， 熱釋電紅外探測電路 如圖 39 所示： A1VO2RR13RC14RC25RR26VSS7VRF/RESET8VC9IB10VDD112OUT122IN131IN+141IN151OUT16LP000110KR16R173KR191MR212MR231MR2647KR2547KR2751KR1810KR22C1910uFC20C22C27C29C2847uFC30Q39013GNDHoutHoffSDA0254菲涅爾透鏡NL3DSG 圖 39 熱釋電紅外探測電路 紅外探測電路中， A 引腳接地，芯片處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。范圍為 3~5V 12 2OUT 第二級運(yùn)算放大器的輸出端 13 2IN 第二級運(yùn)算放大器的反相 輸出端 14 1IN+ 第一級運(yùn)放放大器的同相輸入端 15 1IN 第一級運(yùn)放放大器的反相輸入端 16 1OUT 第一級運(yùn)算放大器的輸出端 21 芯片功能敘述及極限參數(shù)（ Vss=0）： ◆ CMOS 數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐罚? ◆ 具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器；可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號與處理； ◆ 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾； ◆ 內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器；結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬； ◆ 內(nèi)置參考電壓； ◆ 工作電壓范圍 +3V～ +5V； ◆ 用于多種傳感器和延時(shí)控制器； ◆ 電源電壓： ～ 6V； ◆ 輸入電壓范圍： ～ +6V（ VDD=6V）； ◆ 各引出端最大電流：177。 VR≈ 10 IB 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。 9 VC 觸發(fā)禁止端。一般接 VDD。由 Vs 上跳邊沿觸發(fā)使 Vo 從低電平跳變到高電平時(shí)為有效觸發(fā)。 LP0001 芯片引腳簡介： 20 A1VO2RR13RC14RC25RR26VSS7VRF/RESET8VC9IB10VDD112OUT122IN131IN+141IN151OUT16LP0001 圖 38 LP0001 芯片引腳電路 表 3 傳感信號處理器 LP0001 引腳功能表 引腳號 符號 引腳功能 1 A 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。下面對這兩個(gè)電路做具體介紹。 本設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電路輸入電壓是 12V，輸出電壓是 24V，采用 HV9910B 升降壓斬波電路來實(shí)現(xiàn) [13]，兩片 HV9910B 分別驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的兩串 LED 燈，燈的亮度及亮滅通過 PWMD 引腳控制， MSP430F149 單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)器提供 PWM 信號。 功率 MOSFET 選擇 IRFD024，它的 為 60V， 為 ， 為 。 相關(guān)參數(shù)計(jì)算： 已知參數(shù)： = 7=≈ 24V 700mA =12V 占空比： D= = MOSFET 工作頻率設(shè)定： = 取 100kHz 計(jì)算的 =228k 此電阻可以通 過 200k 固定電阻和 100k 可調(diào)電阻組成， 取 228k 電感選?。?= = L= = = 電流檢測電阻計(jì)算： = = = 可以通過兩個(gè) 。本設(shè)計(jì)選用 28 個(gè) 1W LED串并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，每個(gè) LED 壓降約 ，電流 350mA。另外， HV9910B 也提供一個(gè)低頻的 PWM 調(diào)光功能，能接受一個(gè)外部達(dá)幾千赫茲的控制信號在 0～ 100%的占空比下進(jìn)行調(diào)光。 HV9910B 使用了一個(gè)高壓隔離連接工藝，能經(jīng)受高達(dá) 450V 的浪涌輸入電壓的沖擊。為了保證亮度恒定并增強(qiáng) LED 的可靠性，外部高亮 LED 串采用恒流方式控制 [11]，而不是恒壓控制。 16 圖 35 單片機(jī)電路 17 LED 恒流 驅(qū) 動(dòng)電路 HV9910B 引腳簡介及功能特性 圖 36 HV9910B 引腳電路 表 2 LED 恒流驅(qū)動(dòng)芯片 HV9910B 引腳功能 表 HV9910B 功能特性： HV9910B 是一個(gè)高效 PWM LED 驅(qū)動(dòng)器控制集成電路 [10]，它在輸入電壓從 8V到 450V DC 范圍內(nèi)能有效驅(qū)動(dòng)高亮 LED。 MAX809STR 復(fù)位芯片給單片機(jī)提供復(fù)位信號。另外，單片機(jī)還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，由于在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，在模擬電源輸入管腳增加一個(gè)濾波電容以減小干擾。該系統(tǒng)的時(shí)鐘部分都是采用晶體振蕩 器實(shí)現(xiàn)的。 相關(guān)電阻計(jì)算：已知 Vo=3V 由 Vo=（ 1+ ） 得 == 故 R9 取 30k， R11 取 150k 輸出電流 I= = =20mA MSP430 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 由上可以知道， MSP430 單片機(jī)的接口電路非常簡單 [9]。 具體 A/D 轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)電壓電路 如圖 34 所示。 A/D 轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)電壓電路 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。 圖 33 單片機(jī)時(shí)鐘電路 合適頻率的晶振對于選頻信號強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處，本次設(shè)計(jì) 需要選取兩個(gè)時(shí)鐘輸入，一個(gè) 選取 8MHz 無源晶振接入 XT2IN 和 XT2OUT 引腳 ， 并聯(lián) 2 個(gè) 56pF 陶瓷電容幫助起振 ，另一個(gè)選取 無源晶振直接接入 XIN 和 XOUT 引腳 。 高頻率的時(shí)鐘有利于程序更快的運(yùn)行，也有可以實(shí)現(xiàn)更高的信號采樣率，從而實(shí)現(xiàn)更多的功能。 MSP430 單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)上與其他的單片機(jī)有一定的區(qū)別： MSP430F149 單片機(jī)采用兩個(gè)時(shí)鐘輸入 。 單片機(jī) 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘是 MSP430 單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基 14 準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。RST/NMI 圖 32 單片機(jī)復(fù)位電路 該復(fù)位電路非常簡單，只需要在電源管腳 Vcc 處加一個(gè) F 的電容進(jìn)行濾波處理 ，以減少干擾。本設(shè)計(jì)中選用 MAX809STR 復(fù)位芯片，具體復(fù)位電路如圖 32 所示。 ◆ 具有 JTAG 仿真調(diào)試接口，這樣非常便于軟件的調(diào)試。 ◆ 代碼保護(hù)功能。 ◆ 提供較多的外圍接口，提供 ～ 共 6 個(gè)數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。兩個(gè)串口都可以通過軟件設(shè)置成 UART 方式或者 SPI 方式，由于該系列單片機(jī)提供了兩個(gè)串口，因此能為用戶進(jìn)行多機(jī)通信設(shè)計(jì)提供了方便。 ◆ 片內(nèi)提供模擬信號比較器。這樣可以根據(jù)功耗要求和速度要求進(jìn)行靈活