【正文】 成本不斷的下降，太陽能的利用無處不在 [1]。 太陽能路燈是以太陽光為能源，和傳統(tǒng)的路燈相比有以下一些優(yōu)點： (1)節(jié)能環(huán)保：據(jù)統(tǒng)計，所有路燈改為太陽能路燈可以節(jié)省一個三峽水電站的發(fā)電量。有關(guān)數(shù)據(jù)表明太陽能路燈每年可以減少 7740 萬噸二氧化碳就相當(dāng)于節(jié)省了 310億美元的二氧化碳減量成本。 (3)成本低廉：就產(chǎn)品本身價格和首次投入費(fèi)用而言，太陽能路燈比普通路燈造價要高。且規(guī)模越大，普通路燈安裝的相關(guān)費(fèi)用越高，如把電力增容費(fèi)用、架設(shè)電力變壓器、光源的功率因數(shù)補(bǔ)償耗能、電力電纜、遠(yuǎn)距離線路功率損耗及路燈開 啟控制系統(tǒng)和管理人員工資等相關(guān)費(fèi)用考慮進(jìn)去的話實際費(fèi)用要遠(yuǎn)大于預(yù)計費(fèi)用。太陽能路燈免維護(hù)，絕對安全，不會發(fā)生觸電事故且可通過改變控制方式來增強(qiáng)其穩(wěn)定性。 除此之外， LED 路燈還具有光線質(zhì)量高，基本上無輻射，可靠耐用，維護(hù)費(fèi)用極為低廉等優(yōu)勢，屬于典型的綠色照明光源。 近幾年，太陽能產(chǎn)業(yè)從無到有、從小到大發(fā)展起來，國內(nèi)許多研究單位都對太陽能路燈作了詳細(xì)的調(diào)查和研究。太陽能不僅擁有良好的經(jīng)濟(jì)前景，且隨其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，也將提供越來越多的就業(yè)機(jī)會。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 40 頁 方案一：采用分立元件設(shè)計 太陽能路燈智能控制系統(tǒng)主要由電源、 蓄電池過充和過放保護(hù)電路、紅外控制及光控電路以及燈具組成，總體框圖如圖 。 ACDC轉(zhuǎn)換電路主要由變壓器及集成穩(wěn)壓管構(gòu)成。蓄電池過放保護(hù)電路的主要元件為滯回比較器和繼電器。紅外控制和光控電路主要組成部分是紅外探頭、數(shù)字電路及光敏電阻，而紅外控制部分可以集成一塊芯片，即 BISS001芯片。由于設(shè)計的是路燈，照明燈具需要足夠的亮度，可以選用 LED 指示燈用簡單的發(fā)光二極管即可。整體框圖如圖 。同時，蓄電池也要給負(fù)載供電。另一方面，電路的模塊比較多會增加控制電路的誤差，使電路最終不能達(dá)到預(yù)期的理想效果。 方案二采用的是用 STC89C52 單片機(jī)作為核心控制器來控制蓄電池的充放電和路燈的亮滅。在有陽光時，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并儲存在蓄電池中。在太陽能電池板對蓄電池充電的過程中，也設(shè)置了防反充和過充保護(hù)。 經(jīng)過綜合考慮，此次設(shè)計采用方案二。此設(shè)計是以 ATMEL 系列 STC89S52單片機(jī)為控制核心的軟硬件結(jié)合，對太陽能電池板和蓄電池進(jìn)行控制。白天時，太陽能電池板通過充電管理模塊給蓄電池充電并監(jiān)控充電的狀態(tài)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計 單片機(jī)最小系統(tǒng)中中，主要是由單片機(jī)、復(fù)位電路、時鐘電路等組 成。 本次設(shè)計采用的是 STC89C52 單片機(jī)。 a) 主要特性如下： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 的內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個外部中斷源 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 b) 單片機(jī)的引腳說明： VCC：電源電壓輸入端。 P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 40 頁 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口除了作為普通 I/O口，還有第二功能： RXD（串行輸入口）。 /INT0（外部中斷 0）。 T0（ T0定時器的外部計數(shù)輸入）。 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通）。 P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。 89C51的 P0、 P PP3口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口。 RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存允許 /編程脈沖信號端。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 2）復(fù)位電路：系統(tǒng)上電時為單片機(jī)提供復(fù)位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，系統(tǒng)再撤消復(fù)位信號。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時， 且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳有一個高電平并維持 2 個機(jī)器周期 (24 個振蕩周期 )，則 CPU就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。當(dāng)人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST端。 上電復(fù)位電路只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電阻到地即可。在上電復(fù)位的電路中，當(dāng) Vcc 掉電時，必然會使 RST 端電壓迅速下降到0V 以下 [6]。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。 （ 3）時鐘電路：單片機(jī)引腳 18 和引腳 19 外接電容及晶振， STC89C52單片機(jī)的工作頻率 在 2~33MHz范圍之內(nèi)，單片機(jī)工作頻率取決于晶振 XT 的頻率，通常選用 晶振 [7]。 此設(shè)計中 P0口做為輸出口用來驅(qū)動 LCD顯示，而 P0口內(nèi)部又沒有上拉電阻，所以加上 10K 上拉電阻。 X T A L 1X T A L 2R S TP S E NA L EE AP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7P 2 . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5P 3 . 0 / R X DP 3 . 1 / T X DP 3 . 2 / I N T 0P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R D 1 91 892 93 03 1123456783 93 83 73 63 53 43 33 22 22 32 42 52 62 72 82 11 11 21 31 41 51 61 71 0R 1 01 0 KR SC 71 0 u FC 12 2 p FC 22 2 p F1 2 M H zX 11 0 K * 8STC89C52 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 40 頁 顯示電路設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計中 采用的是 LCD1602 液晶屏顯示。此外， LCD1602采用數(shù)字式接口，與單片機(jī)連線簡單，故采用 LCD1602 來顯示。 LCD 1602 液晶顯示1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111213141516 圖 LCD1602 管腳圖 引腳說明如表 。 LCD1602 的 RS、 RW、 E 分別由單片機(jī)的 、 、 來控制，數(shù)據(jù)輸入口 DB0~DB7由 ~，因為是接在 P0口 ,所以要接上拉電阻。 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VCC 電源地 9 D2 Data 1/0 2 VDD 電源正極 10 D3 Data 1/0 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data 1/0 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L） 12 D5 Data 1/0 5 R/W 讀 /寫選擇端（ H/L) 13 D6 Data 1/0 6 E 使能信號 14 D7 Data 1/0 7 D0 Data 1/0 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data 1/0 16 BLK 背光 源負(fù)極 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 40 頁 D7D6D5D4D3D2D1D0ERWRSVEEVDDVSSL C D 1 6 0 21 k * 81 0 kP 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7 圖 LCD1602 與單片機(jī)的接口電路 按鍵開關(guān)電路 本次設(shè)計的按鍵有三個分別是 KSET,K1， K2，分別與 、 、 相接， KSET 為設(shè)置鍵， K K2分別為加和減，用來設(shè)置預(yù)設(shè)電壓的切換值。 (1)太陽能電池板 太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。在眾多太陽能電池中比較普遍而且較實用的 有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池三種 [9]。 根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計采用的是輸出電壓為 5V，輸出電流為 1200mA 的單晶太陽能電陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 40 頁 池板，尺寸為 35ｍｍ 35ｍｍ。太陽能電池板通過充電管理模塊直接給蓄電池充電，同時給單片機(jī)提供實時電壓值。通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件 [10]。 本設(shè)計采用 ADC0832 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，采用串行方式，對檢測電壓的緩慢變化比較有利，外圍電路簡單，價格便宜。下面進(jìn)行轉(zhuǎn)換器的接口說明。 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 芯片參考 0電位（地）。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用） [11]。 12348765C SC H 0C H 1 G N D V C C C L K D I D OP 1 . 7P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 2 圖 ADC0832 與單片機(jī)管腳的接口電路圖 ADC0832 的控制原理： ADC0832為 8位分辨率 A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。在電路設(shè)計時應(yīng)將 DO和 DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時，將 CS使能端置于低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第 1 個時鐘脈沖的下降沿之前DI端一定要置為高電平，表示啟始信號。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 40 頁 表 ADC0832 功能表 數(shù)據(jù) 地址 通道 SGL/DIF ODD/SIGN CHO CH1 0 0 + 0 1 + 1 0 + 1 1 + 由上表可知：當(dāng)數(shù)據(jù)為 “0” 、 “0” 時， CH0作為正輸入端 IN+， CH1作為負(fù)輸入端 IN。將 CH0作為正輸入端 IN+， CH1作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。當(dāng)數(shù)據(jù)為 “1” 、 “1” 時，只對 CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。蓄電池主要是通過吸收太陽能電池板的 光能轉(zhuǎn)換成的電能，從而通過充電管理系統(tǒng)來