太阳能路灯控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

太阳能路灯控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

，而将外接电容减至 1pF。 在上电复位的电路中，当 Vcc 掉电时，必然会使 RST 端电压迅速下降到0V 以下 [6]。 但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。 另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“ l”态。 如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器 PC 将得不到一个合适的初值，因此， CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。 （ 3）时钟电路：单片机引脚 18 和引脚 19 外接电容及晶振， STC89C52单片机的工作频率 在 2~33MHz范围之内，单片机工作频率取决于晶振 XT 的频率，通常选用 晶振 [7]。 两个小电容通常取值 3pF，以保证振荡器电路的稳定性及快速性。 此设计中 P0口做为输出口用来驱动 LCD显示，而 P0口内部又没有上拉电阻，所以加上 10K 上拉电阻。 图 为最小系统电路图。 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 图 单片机最小系统图 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 40 页 显示电路设计 系统设计中 采用的是 LCD1602 液晶屏显示。 LCD1602使用非常普遍，在生活中很多地方都能见到 LCD1602 液晶显示屏，例如计算器，遥控器，家用电器等，它主要用来显示数字，字母，专用字符和图形，具有显示质量高、功耗低、体积小等优点 [8]。 此外， LCD1602采用数字式接口，与单片机连线简单，故采用 LCD1602 来显示。 如图 所示为液晶显示器的管脚图。 LCD 1602 液晶显示1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111213141516 图 LCD1602 管脚图 引脚说明如表。 表 LCD1602 引脚图 液晶显示器 LCD1602 与单片机 STC89C52 的接口由一组 8位数据传输线和 3根控制线完成。 LCD1602 的 RS、 RW、 E 分别由单片机的 、 、 来控制，数据输入口 DB0~DB7由 ~，因为是接在 P0口 ,所以要接上拉电阻。 LCD1602与单片机的接口电路如图 所示。 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VCC 电源地 9 D2 Data 1/0 2 VDD 电源正极 10 D3 Data 1/0 3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 Data 1/0 4 RS 数据 /命令选择端（ H/L） 12 D5 Data 1/0 5 R/W 读 /写选择端（ H/L) 13 D6 Data 1/0 6 E 使能信号 14 D7 Data 1/0 7 D0 Data 1/0 15 BLA 背光源正极 8 D1 Data 1/0 16 BLK 背光 源负极 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 40 页 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 图 LCD1602 与单片机的接口电路 按键开关电路 本次设计的按键有三个分别是 KSET,K1， K2，分别与 、 、 相接， KSET 为设置键， K K2分别为加和减，用来设置预设电压的切换值。 P 3 . 1P 3 . 5P 3 . 7K SETK 1K 2 图 按键开关电路 太阳能板模块 太阳能电池板模块主要包含了太阳能电池板、 A/D 转换电路。 (1)太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。 其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。 在众多太阳能电池中比较普遍而且较实用的 有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池三种 [9]。 单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南 方地区使用； 多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低，适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用； 非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光不足的地区使用。 根据设计要求，本设计采用的是输出电压为 5V，输出电流为 1200mA 的单晶太阳能电陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 40 页 池板，尺寸为 35ｍｍ 35ｍｍ。 在光强较弱情况下短路电流也能达到 140mA,满足设计的要求，同时 在光照充足情况下也可以直接输出稳定的 5V。 太阳能电池板通过充电管理模块直接给蓄电池充电，同时给单片机提供实时电压值。 （ 2） A/D 转换电路 A/D 转换器即模数转换器，或简称 ADC。 通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件 [10]。 通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。 本设计采用 ADC0832 模 /数转换芯片，采用串行方式，对检测电压的缓慢变化比较有利，外围电路简单，价格便宜。 将太阳能电池采集到的电压转换成数字的形式传输给单片机。 下面进行转换器的接口说明。 CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用。 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用。 芯片参考 0电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用） [11]。 ADC0832与单片机管脚的接口电路如图。 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 图 ADC0832 与单片机管脚的接口电路图 ADC0832 的控制原理： ADC0832为 8位分辨率 A/D转换芯片，其最高分辨可达 256级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0~5V 之间。 独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 芯片转换时间仅为 32μ S，为了减少数据误差，用双数据输出可作为数据校验，稳定性能强、转换速度快。 通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4条数据线 ，分别是 CS、 CLK、 DO、 DI。 在电路设计时应将 DO和 DI并联在一根数据线上使用。 当 ADC0832未工作时其 CS端应为高电平，芯片禁用。 当要进行 A/D转换时，将 CS使能端置于低电平直到转换完全结束。 此时芯片开始转换工作，同时由 CPU 向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲， DI 端输入通道功能选择的数据信号。 在第 1 个时钟脉冲的下降沿之前DI端一定要置为高电平，表示启始信号。 其功能如表。 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 40 页 表 ADC0832 功能表 数据 地址 通道 SGL/DIF ODD/SIGN CHO CH1 0 0 + 0 1 + 1 0 + 1 1 + 由上表可知：当数据为 “0” 、 “0” 时， CH0作为正输入端 IN+， CH1作为负输入端 IN。 当数据为 “0” 、 “1” 时，将 CH0作为负输入端 IN， CH1作为正输入端 IN+。 将 CH0作为正输入端 IN+， CH1作为负输入端 IN进行输入。 当数据为 “1” 、 “0” 时，只对 CH0进行单通道转换。 当数据为 “1” 、 “1” 时，只对 CH1进行单通道转换。 蓄电池管理模块 蓄电池管理模块中主要是蓄电池和充电管理系统两部分。 蓄电池主要是通过吸收太阳能电池板的 光能转换成的电能，从而通过充电管理系统来给自身充电，同时也给单片机持续供电，在傍晚的时候也同样给路灯放电。 （ 1）蓄电池 由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能 工作。 一般有铅酸蓄电池、 NiCd 蓄电池、 NiH 蓄电池。 铅酸蓄电池有多种充电形式，主要可分为：恒流充电、恒压充电、 3 阶段最优形式充电。 一般来讲，这种蓄电池充电时，应外接直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来 [12]。 其过充电时间与充电速 率有关，实际工作中可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。 镍镉（ NiCd）蓄电池的正极为氧化镍，其负极为海绵状金属镉，电解液多为氢氧化钾，氢氧化钠碱性水溶液。 小型密封镍镉电池的结构紧凑，坚固，耐冲击，震动，成品电池自放电小，在使用上适合大电流放电，使用温度范围广，零下 40 度到零上 60 度。 镍氢（ NiH）蓄电池镍氢电池的设计源于镍镉电池，但在改善镍镉电池的记忆效应上，有极大的发展。 其主要的改变，在于以储氢合金取代负极原来使用的镉 [13]。 因此镍氢电池可以说是材料革新的典型代表。 镍氢电池所造成 的污染，会比含有镉的镍镉电池小很多。 蓄电池是太阳能灯具的核心部件。 它储存并释放电能。 蓄电池容量的选择一般满足以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件吸收的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。 蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，容量过大蓄电池始终处在亏电状态，影响寿命，造成浪费。 胶体蓄电池的特点： 深度放电后回充电性能强，甚至在放电后未及时补充电的情况下容量也能 100％得到回 充； 循环使用寿命长达 8～ 10 年，适合每天使用； 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 40 页 适合用于较长时间 的放电使用； 工作环境温度更高； 优越的耐低温性能； 适合在电力干线不稳定的环境下使用； 无流动的胶体电解液使电解液在电池内部不产生分层现象； 自放电小，很小均衡充电； 内阻低，充电接受能力强。 所以综合考虑，我会选择胶体蓄电池。 （ 2）充电管理系统 根据设计 要求， 直接 选取 通过 太阳能板 给蓄电池 充电的 专用充电 管理模块 TP4056，它不仅能自动检测 蓄 电池 的 电压 值 ， 而且 能够判断 蓄 电池的饱和程度， 充满电时会自动断开，从而很好的防止了蓄电池的过充现象。 该 充电管理 模块 的 价格便宜，并设有两个 LED指示灯 ，开始工作的时候，当蓄电池开始充电时，红色指示灯亮；当蓄电池停止充电时，蓝色指示灯亮。 图 充电管理系统实物图 路灯控制模块 本次设 计的路灯控制模块中，主要包含了路灯和继电器。 （ 1）路灯 太阳能路灯采用何种光源，是判断太阳能灯具能否正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、 LED 光源。 低压节能灯：功率小，光效较高，但使用寿命在 202。