信息与通信]基于51单片机的太阳能路灯研究论文

信息与通信]基于51单片机的太阳能路灯研究论文内容摘要：

用照射角度大一些的高亮管 [13]。 蓄电池和太阳能板的选用 该电源给路灯供电 ,该路灯的工作电压为 24V ,工作电流约。 由于路灯一天要工作 8个小时左右 ,考虑连续阴天 3天情况下系统的供电 ,后备电源须具有 24h的供电能力 ,且按 80%的放电率计 算 ,则蓄电池的容量如公式（ 1）为 : Qx=(Tx Is)=(24 )/=36(Ah) (1) 式中 : Qx—— 蓄电池容量。 10 Tx—— 蓄电池放电时间。 Is—— 设备工作电流。 应选用 24V/36Ah 免维护蓄电池。 有日照时，要求太阳能板给蓄电池充电，每天有效充电时间 8H,两天充满 ,则可计算出太阳能板输出的功率如式 (2)： P=24Ic =Vg〔 Qx+Qs (D1)〕 /(Tc D) =24Qx/Tc=24*(36+)/16= (2) 式中 : Qx—— 蓄电池容量； D—— 充满电需要的天数； Qs—— 日耗蓄电池容量； Vg—— 设备工作电压； Tc—— 充电满电所用时间。 则太阳能板取 24V/70W。 太阳能 LED 灯具的具体技术指标如表 ： 太阳能电池 70W ， 24 V LED发光源 28只 LED、每只 1 W 工作温度 40℃ +80℃ 过充保护电压 26 V(25C) 过放保护电压 22 V 蓄电池 24 V,36Ah 照明时间 天黑后，光控自动启动电光转换功能，使路灯点亮；在深夜时控（时间点可调）自动使路灯熄灭；早晨时控（时间点可调）自动使路灯点亮；天亮后光控自动恢复到光电转换模式 阴雨天保证时间 保证连续 3个阴雨天正常工作 表 太阳能 LED 灯具的主要性能指标 显示电路 本电路采用单片机串口显示，由 74LS164 作为数码管驱动电路，二极管 DD2和 D3 起降压、保护数码管作用，数码管用四位，前两位显示小时内容，后两位 11 显示分钟内容，电路图如图。 STC12C2051 单片机的串行口 RXD， TXD 为一个全 abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpU6A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U 1 0A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U 1 1A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U 1 2A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9U 1 3abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpU7abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpU8abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpU9R X DT X DD7D6D5+ 5 V 图 显示电路 双工串行通信口，但工作在方式 0 下可作同步移位寄存器用，其数据 RXD()端串行输出或输入；而同步移位时钟由 TXD()端串行输出，在同步时钟作用下，实现由串行到并行的数据通信。 由于 74LS164 在低电平输出时允许通过的电流达8mA，故不必添加驱动电路，亮度也较理想 [14]。 过充、过放控制电路 过充控制，就是在蓄电池处于过充状态时断开充电电路，过放控制电路就是在蓄电池处于过放状态时断开放电电路。 过充、过放控制都是为了保护蓄电池 ,延长蓄电池的使用寿命。 过充、过放控制电路如图。 过充、过放判断的依据主要是蓄电池电压的高低，其工作原理如下： 过充控制电路中将继电器 J1 的开关串联在充电电路中，当白天有太阳光时处D1IN 5 4 0 8D2IN 4 0 0 7L E D 2L E D 1D3IN 4 0 0 7Z D 18 .2 VR11 0 KR22KR31 0 KR41 0 KR61 0 KR5 2 0 K R81 0 KR71 0 KR92KR P 11 5 KR P 21 5 KQ18 0 5 0Q38 0 5 0Q28 0 5 0Q48 0 5 0U 1 AU 1 BR 1 02 0 KR 1 11 0 KR 1 21 0 KR 1 31 0 KF1F U S E 1蓄电池K1太阳能板J2J1K2K3灯过充过放停放保护+ 2 4 VCOM1COM2停充指示 图 过充过放控制电路 12 于正常充电状态时，由太阳能板吸热经继电器开关常闭点向蓄电池充电，当蓄电池的电压高于 26V时，认为蓄电池处于过充状态， U1A“ ”端电压高于“ +”端电压时 U1A 输出“ ”，低电平，使 Q1截止，同时 Q2导通，继电器线圈 J1通电，则继电器常闭点断开，常开点闭合，充电电路断开过充指示灯亮，停止向蓄电池充电，达到过充保护功能。 过放控制电路中将继电器 J2 的开关串联在放电电路中，当处于正常放电状态时，放电电路正常工作。 在晚上由蓄电池向负载供电时，当蓄电池的电压低于 22V时，认为蓄电池处于过放状态，此时 U1B“ +”端 电压低于其“ ”端电压时， U1B输出“ ”低电平，使 Q3 截止，同时 Q4导通，继电器线圈 J2 通电，继电器开关由常闭点转到常开点，放电电路就断开，过放指示灯亮停止向负载供电。 达到过放保护功能 [15]。 DS1302 的结构及工作原理 在设计中一般使用的计时功能电路有软件计时，定时器定时，但其缺点是计时有误差，需要隔一段时间校正一次；另一种就硬件计时，现在流行的串行时钟电路很多，如 DS130 DS130 PCF8485 等。 这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用 [12]。 在设计中采 用是硬件定时，时钟芯片 DS1302。 DS1302是 DALLAS 公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。 采用普通 晶振。 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 ～。 采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。 DS1302 内部有 一个 31 8 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源 /后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力 [16]。 表 DS1302引脚功能 ,图 ,其中 Vcc1为主电源，VCC2 为后备电源。 在一般情况下，由主电源供电，同时主电源向备用电源充电，在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者 13 中的较大者供电。 当 Vcc2 大于 Vcc1＋ 时， Vcc2 给 DS1302 供电。 当 Vcc2 小于 Vcc1 时， DS1302 由 Vcc1 供电。 X1 和 X2 是振荡源，外接 晶振。 RST是复位 /片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 表 DS1302 的管脚介绍 RST 输入有两种功能：首先， RST 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。 当 RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。 如果在传送过程中 RST置为低电平，则会终 止此次数据传送， I/O引脚变为高阻态。 上电运行时，在 Vcc≥ 之前， RST必须保持低电平。 只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 图 、 I/O、 RST 与单片机连接实现 1302 的读写控制。 c81 0 pc9 1 0 pv c cp 1 .5p 1 .4p 1 .3v c c2x1x2g n dv c c1s cli/or st1 3 0 2 图 1302 与单片机的连接图 存储器 AT24C02 简介 存储器 AT2402的 1， 2， 3脚为空脚， 4脚为接地端， 5脚为数据端， 6脚为时钟端， 7 脚为写保护端口， 8 脚为电源端口。 其与单片机的连接如图 所示： 管脚名称 功 能 X X2 晶振引脚 RST 复位 I/O 数据输入 /输出 SCLK 写保护 VCC1 、 VCC2 电源引脚 GND 地 14 图 24C02 与单片机连接图 AT24C02 在本设计中的作用是掉电存储器，是为了防止电源突然断开的时候，用户的信息不会丢失，存储当前设定的信息。 AT24C02 是 ATMEL 公司的 2KB 字节的电可擦除存储芯片，由于 AT24C02 的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线 SCL（移位脉冲）和 SDA（数据 /地址）与单片机传送数据。 电压最低可以到 ，额定电流为 1mA，静态电流 10uA()，芯片内的资料可以在断电的情况下保存相当 长的时间，而且采用 8 脚的 DIP 封装，使用方便。 表 24C02 的管脚介绍 图中 R1 R19 为上拉电阻，其作用是减少 AT24C02 的静态功耗。 每当设定一次信息，系统就自动调用存储程序，将信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程 序，将存储器内的信息，读到缓存单元中，供主程序使用。 管脚名称 功 能 A0、 A A2 器件地址选择 SDA 串行数据 /地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 VCC +～ 工作电压 GND 地 a0a1a2a3v c cwps c ls d a2 0 c 4 25 .1 kR 1 85 .1 kR 1 9V C C P 1 .6P 1 .7 15 第五章 系统软件设计 系统的软件设计主要包括程序初始化、时间设定子程序、 1302 的读写程序、24C02 的读写程序、时间比较子程序、按键子程序、显示刷新子程序等共同组成。 程序开始要进行初始化，调用 24c02 内部存储的开关路灯时间点，程序每各一段时间调一次 1302 中的时间 [17]。 通过程序将设定的时间同系统当前时间进行比较，设定的比较间隔为 1 秒一次，当时间相同时，则通过程序输出控制信号，对驱动电路进行驱动。 系统总体程序流程图如图。 如果想调整开关路灯时间点和 1302中的当前时间可以通过设置的按键手动进行时间的调节图中开关 S S S3 分别为显示 1302 时间键，功能键和加一键。 具体程序流程图如图 所示。 16 暗 亮 是 否 是 否 否 否 是 是 保护现场 选定时器初值 光线亮 暗 是否已开路灯 是否到 关灯时间 是否到开 路灯 时。