智能充電照明控制系統設計

　當前能源短缺成為制約社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，如何實(shí)現能源高效利用是我們面臨的重要問(wèn)題。LED 作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，有著(zhù)節能、環(huán)保、壽命長(cháng)、體積小等特點(diǎn)，在實(shí)際生活中的利用也越來(lái)越廣泛。而現在太陽(yáng)能電池板充電技術(shù)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，在公路兩旁的路燈很多就是利用太陽(yáng)能進(jìn)行充電?，F有的充電和照明技術(shù)都是根據預先的設置進(jìn)行工作，不能根據環(huán)境的改變而實(shí)現自動(dòng)調節，因此在能源利用率方面還可以進(jìn)一步提高。

　　原有的充電技術(shù)中，太陽(yáng)能電池板的角度位置是固定的，所以在一天中面對太陽(yáng)光照的角度也不同。這樣使太陽(yáng)能充電無(wú)法達到最大效率。如果設計系統能夠根據一天當中太陽(yáng)位置的變化而調整角度，使充電電池板始終正對太陽(yáng)，獲得最大光照，這樣就可以很大程度的提高充電效率。在夜間照明時(shí)可以根據環(huán)境的光照來(lái)調節LED 的亮度，同樣也可以節省能量。

　　該系統所利用的MSP430F169 單片機是美國德州儀器（TexasInstruments）公司生產(chǎn)的16 位超低功耗的混合信號處理器，它具有超低功耗、強大的處理能力、豐富的片上外圍模塊等優(yōu)點(diǎn)，適合應用于一些低功耗產(chǎn)品。

　　1.系統總體設計

　　該智能充電照明控制系統主要由以下幾個(gè)模塊構成：光信號檢測模塊， MSP430 單片機模塊，電機控制及驅動(dòng)模塊，太陽(yáng)能電池板充電模塊，LED 照明模塊等。該系統在白天運行時(shí)光信號檢測模塊會(huì )檢測不同方向的光照強度以尋找最大光照強度即太陽(yáng)光照角度，經(jīng)過(guò)單片機處理控制電機的旋轉，使太陽(yáng)能電池板能夠正對光照，以最大效率進(jìn)行充電。在傍晚或夜間，利用光敏電阻檢測外界環(huán)境的亮度，并經(jīng)過(guò)單片機控制流經(jīng)LED 的電流大小， 使照明能夠根據環(huán)境亮度實(shí)現自動(dòng)調節。

　　2.系統各分立模塊分析和說(shuō)明

　　2.1 光信號檢測模塊

　　光信號檢測模塊主要是利用不同的光敏三極管作為傳感器，檢測外界不同角度的光照強度，并將光照強度這一非電量轉化為電流并送至單片機的AD，進(jìn)行進(jìn)一步處理。受到光輻射時(shí)，光敏三極管內部形成光電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了的信號電流。與光敏二極管相比，具有很大的光電流放大作用，因而具有較高的靈敏度。

　　2.2 MSP430 單片機模塊設計方案

　　系統單片機模塊采用MSP430F169 最小系統板，充電方式工作時(shí)利用AD 采樣模塊采集光信號檢測模塊的輸出電壓值，根據分析采集到的電壓變化來(lái)產(chǎn)生控制信號控制步進(jìn)電機的轉動(dòng)，實(shí)現太陽(yáng)光照的跟蹤和定位。照明方式工作時(shí)，單片機可以利用AD 采集光敏電阻的電壓值，經(jīng)過(guò)數據處理產(chǎn)生控制信息控制照明LED 的亮度，以實(shí)現亮度自動(dòng)調節功能。

　　2.3 電機控制及驅動(dòng)模塊

　　該模塊主要是利用單片機產(chǎn)生的控制信息工作，使電池板旋轉一定的角度達到正對太陽(yáng)光照的目的。電機驅動(dòng)電路采用電機驅動(dòng)芯片L298N 實(shí)現。L298N 是SGS 公司生產(chǎn)的恒壓恒流橋式2A 驅動(dòng)芯片，內部包含4 通道邏輯驅動(dòng)電路， 可以直接通過(guò)電源來(lái)調節輸出電壓，也可以直接用單片機的IO 口提供信號，電路簡(jiǎn)單，使用方便。

　　2.4 LED 照明模塊

　　由于LED 為電流驅動(dòng)，故該模塊設計時(shí)應包括電流源模塊。該模塊在夜間照明時(shí)能夠根據光敏電阻檢測的環(huán)境亮度值轉化為電壓的變化，并經(jīng)過(guò)單片機模塊的數據處理來(lái)控制流經(jīng)LED 的電流大小，實(shí)現自動(dòng)調整LED 亮度的功能。

　　該模塊的輸入量為單片機DA 的輸出電壓。輸入信號經(jīng)過(guò)運放和NPN后，NPN 的C 極電流為恒流源。因此可以驅動(dòng)LED 實(shí)現LED 照明。

　　3.系統軟件設計與分析

　　系統軟件設計主要是通過(guò)程序設計使單片機能夠實(shí)現數據分析與控制電路工作。MSP430F169 單片機內置有12 位8 外部信道連續逼近式模擬數字轉換（AD）模塊和12 位數字模擬轉換（DA）電壓輸出模塊。在系統工作時(shí)，單片機AD 采集光敏三極管的檢測電壓值，經(jīng)過(guò)單片機處理，DA 轉換器將數字信號轉換為模擬信號加至電機驅動(dòng)模塊，驅動(dòng)電機進(jìn)行旋轉，以正對太陽(yáng)光照，進(jìn)行最大效率充電。此外，照明工作時(shí)，光采集模塊將光信號強度變化轉換為電壓的變化，將此電壓輸入至MSP430 單片機的AD 模塊，實(shí)現數據的采集。數據經(jīng)過(guò)單片機處理通過(guò)DA 模塊將數字信號轉換為模擬信號加至LED 照明模塊。該方式可以實(shí)現自動(dòng)根據外界光強變化來(lái)改變LED 的亮度。

　　4.設計可行性分析

　　該系統包括智能充電和LED 照明兩部分。充電時(shí)系統可以根據檢測分析得到太陽(yáng)光的角度，并控制電機旋轉，使太陽(yáng)能電池板以最大面積正對太陽(yáng)光，能夠充分利用太陽(yáng)光進(jìn)行充電。智能LED 照明部分則利用光敏電阻檢測外界環(huán)境的亮度，然后經(jīng)過(guò)單片機分析產(chǎn)生控制電流控制LED 的亮度。這兩部分結合可以實(shí)現充電效率的最大化和根據環(huán)境亮度自動(dòng)調節照明亮度的功能， 能夠充分的節約能源，對當今低碳生活和能源節約有著(zhù)十分重要的作用。此外，該系統設計簡(jiǎn)單，成本較低，易于操作，可行性較大。

　　5.結語(yǔ)

　　該系統的設計充分考慮了當前能源節約的社會(huì )主題， 結合已有的技術(shù)和原理，對充電照明系統做了改進(jìn)。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源的高效利用技術(shù)會(huì )更加成熟，社會(huì )在能源節約方面也會(huì )進(jìn)一步加強。