基于單片機的智能太陽(yáng)能路燈設計

太陽(yáng)能路燈的應用具有重要的現實(shí)意義，尤其是靠小規?；鹆Πl(fā)電或季節性水力發(fā)電的地區，更應大力發(fā)展太陽(yáng)能電力。太陽(yáng)能路燈以其先進(jìn)、穩定、智能、成熟的控制技術(shù)及顯著(zhù)的節能特性、簡(jiǎn)便的維護方式等特點(diǎn)得到推廣。隨著(zhù)太陽(yáng)能照明燈具產(chǎn)品的普及，很多應用項目存在質(zhì)量和售后服務(wù)問(wèn)題。因此，需及時(shí)分析原因、規范市場(chǎng)，使太陽(yáng)能路燈市場(chǎng)健康有序地發(fā)展。太陽(yáng)能是地球上最為直接、普遍、清潔的能源，其作為一種可再生能源，每天達到地球表面的輻射能約2.5億萬(wàn)桶石油。

1 硬件電路設計

選擇DS1302計時(shí)器、AT24C02存儲器、4位數碼顯示器、過(guò)充過(guò)放電路、STC12C2051單片機等組成智能控制系統。根據各部分電路的功能不同，整體電路可分為以下幾個(gè)部分：太陽(yáng)能電池板組件、過(guò)充過(guò)放電路、STC12C2051單片機、蓄電池、時(shí)控光控電路、照明負載和時(shí)間顯示電路。

1.1 電源電路設計

電源電路如圖1所示。系統由太陽(yáng)能電池板供電，24 V蓄電池電壓經(jīng)過(guò)7805穩壓后產(chǎn)生5 V電壓，作為控制器的主電源。電容C2作為高頻旁路電容，將高頻信號旁路到地。同樣電容C1為濾波電容。

1.2 方案選擇

DS1302是美國Dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，其可對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計時(shí)，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5～5.5V采用三線(xiàn)接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節的時(shí)鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細電流充電的能力。

在設計中一般使用的計時(shí)功能電路有軟件計時(shí)，定時(shí)器定時(shí)，但其缺點(diǎn)是計時(shí)有誤差，需隔一段時(shí)間校正一次;另一種是硬件計時(shí)，現在流行的串行時(shí)鐘電路有DS1302、DS1 307、PCF8485等，這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。在設計中采用硬件定時(shí)，時(shí)鐘芯片DS1302。DS1302是Dallas公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。

RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器。其次，RST提供終止單字節或多字節數據的傳送手段。當RST為高電平時(shí)，所有數據傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì )終止此次數據傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。

采用時(shí)鐘控器型的路燈控制器，要預先設定開(kāi)關(guān)時(shí)間，使路燈按時(shí)亮燈、準時(shí)熄燈，從而達到自動(dòng)控制的目的。優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)開(kāi)關(guān)預先設定的開(kāi)關(guān)時(shí)間不受外界干擾，除本身故障外不會(huì )產(chǎn)生誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是不能根據季節變化和特殊的天氣情況自動(dòng)變換開(kāi)關(guān)時(shí)間，需人工調整開(kāi)關(guān)時(shí)間，費時(shí)費力，不利于節能。定時(shí)開(kāi)關(guān)又分為機械鐘表型和電子鐘表型，機械鐘表型以石英鐘為主，走時(shí)精準，但是由于機芯內使用塑料齒輪在高溫下會(huì )變形，從而導致停機現象。

電子鐘表型定時(shí)開(kāi)關(guān)使用的也較多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成塊為中心的電子鐘電路。圖2為與單片機的連接圖，其中VCC1為主電源，VCC2為后備電源。在一般情況下，SCL、I/O、RST與單片機連接實(shí)現1302的讀寫(xiě)控制。

存儲器AT2402的1，2，3腳為空腳，4腳為接地端，5腳為數據端，6腳為時(shí)鐘端，7腳為寫(xiě)保護端口，8腳為電源。

AT24C02在設計中的作用是掉電存儲器，是為防止電源突然斷開(kāi)時(shí)，用戶(hù)信息不會(huì )丟失，存儲當前設定的信息。AT24C02是Atmel公司的2 kB的電可擦除存儲芯片，由于A(yíng)T24C 02的數據線(xiàn)和地址線(xiàn)是復用的，采用串口的方式傳送數據，所以只用兩根線(xiàn)SCL(移位脈沖)和SDA(數據/地址)與單片機傳送數據。電壓最低可達2.5 V，額定電流為1 mA，靜態(tài)電流10 μA(5.5 V)，芯片內的資料可在斷電的情況下保存相當長(cháng)的時(shí)間，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。其與單片機的連接如圖3所示。

太陽(yáng)能路燈與普通路燈控制電路功能基本相同，均是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈以及對蓄電池的充電管理。國內外常用的控制器有單獨的光控制型、時(shí)鐘控器型、經(jīng)緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

2 軟件設計

系統的軟件設計主要包括程序初始化、時(shí)間設定子程序、1302的讀寫(xiě)程序、24C02的讀寫(xiě)程序、時(shí)間比較子程序、按鍵子程序、顯示刷新子程序等共同組成。程序開(kāi)始要進(jìn)行初始化，調用24C02內部存儲的開(kāi)關(guān)路燈時(shí)間點(diǎn)，程序每隔一段時(shí)間調一次1302中的時(shí)間。通過(guò)程序將設定的時(shí)間同系統當前時(shí)間進(jìn)行比較，設定的比較間隔為1 s/次，當時(shí)間相同時(shí)，則通過(guò)程序輸出控制信號，如圖4所示。

能源電路部分中的器件參數可以通過(guò)計算得出，驅動(dòng)電路是一種成熟的電路，已經(jīng)得到廣泛應用，單片機的算法程序已在開(kāi)發(fā)板上運行成功。其中器件參數也可確定單片機的算法程序在開(kāi)發(fā)板上運行，到達預期的目的，因此該方案是可行的。圖5為該系統顯示部分仿真電路圖，圖6是過(guò)沖過(guò)放電路圖。該系統理論值是12 V，實(shí)際測量值為9.4 V，存在一定的誤差。

3 結束語(yǔ)

針對目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能路燈的普遍不足之處，本文提出了一種基于單片機智能控制的太陽(yáng)能路燈設計方案。本方案不僅可以實(shí)現智能控制，且可使路燈系統運行在節能狀態(tài)，提高能源的利用率。