基于單片機的太陽(yáng)能路燈控制器設計方案

　　1 引言

　　隨著(zhù)人們環(huán)保意識的加強以及資源的日漸緊張，新能源的利用已快速進(jìn)入人們的生活。太陽(yáng)能路燈以太陽(yáng)光為能源， 白天充電、晚上使用， 無(wú)需鋪設復雜、昂貴的管線(xiàn)， 可任意調整燈具的布局， 安全節能無(wú)污染， 充電及開(kāi)/關(guān)過(guò)程采用光控自動(dòng)開(kāi)關(guān)， 無(wú)需人工操作， 工作穩定可靠， 節省電費， 免維護， 太陽(yáng)能路燈的實(shí)用性已經(jīng)得到人們的認可。

　　本文介紹基于單片機的太陽(yáng)能路燈控制器的方案設計， 對12 V 和24 V 蓄電池可自動(dòng)識別， 可實(shí)現對蓄電池的科學(xué)管理， 指示蓄電池過(guò)壓、欠壓等行狀態(tài)， 具有兩路負載輸出， 每路負載額定電流可達5 A, 兩路負載可以隨意設置為同時(shí)點(diǎn)亮、分時(shí)點(diǎn)亮以及單獨定時(shí)等工作模式， 同時(shí)具有負載過(guò)流、短路保護功能； 具有較高的自動(dòng)化和智能化水平。

　　2 硬件電路組成及工作原理

　　2.1 系統硬件結構

　　太陽(yáng)能路燈智能控制器系統硬件結構如圖1所示， 該系統以STC12C5410AD 單片機為核心， 外圍電路主要由電壓采集電路、負載輸出控制與檢測電路、LED 顯示電路及鍵盤(pán)電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽(yáng)能電池板和蓄電池電壓采集， 用于太陽(yáng)光線(xiàn)強弱的識別以及蓄電池電壓的獲取。單片機的P3 口的兩位作為鍵盤(pán)輸入口， 用于工作模式等參數的設置。

圖1 系統硬件結構框圖

　　2.2 STC12C5410AD 單片機

　　STC12C5410AD 是STC12 系列單片機， 采用RISC型CPU 內核， 兼容普通8051 指令集， 片內含有10 KB Flash 程序存儲器， 2 KB Flash 數據存儲器，512 B RAM 數據存儲器， 同時(shí)內部還有看門(mén)狗（WDT） ; 片內集成MAX810 專(zhuān)用復位電路、8 通道10 位ADC 以及4 通道PWM; 具有可編程的8 級中斷源4 種優(yōu)先級， 具有在系統編程（ ISP） 和在應用編程（ IAP） , 片內資源豐富、集成度高、使用方便。

　　STC12C5410AD 對系統的工作進(jìn)行實(shí)施調度， 實(shí)現外部輸入參數的設置、蓄電池及負載的管理、工作狀態(tài)的指示等。為充分使用片內資源， 本文所設置的參數寫(xiě)入Flash 數據存儲器內。

　　2.3 鍵盤(pán)電路

　　P3.4（T0）接F1 鍵， 用于設置狀態(tài)的識別及參數設置； P3.5（T1）接F2 鍵， 用于自檢及"加1"功能， 根據程序流程， 分別實(shí)現不同功能。

　　2.4 電壓采集與電池管理

　　太陽(yáng)能電池板電壓采集用于太陽(yáng)光線(xiàn)強弱的判斷， 因而可以作為白天、黃昏的識別信號。同時(shí)本系統支持太陽(yáng)能板反接、反充保護。

　　蓄電池電壓采集用于蓄電池工作電壓的識別。

　　利用微控制器的PWM 功能對蓄電池進(jìn)行充電管理。若太陽(yáng)能電池正常充電時(shí)蓄電池開(kāi)路， 控制器將關(guān)斷負載， 以保證負載不被損傷， 若在夜間或太陽(yáng)能電池不充電時(shí)蓄電池開(kāi)路， 控制器由于自身得不到電力， 不會(huì )有任何動(dòng)作。當充電電壓高于保護電壓（ 15 V） 時(shí)， 自動(dòng)關(guān)斷對蓄電池的充電； 此后當電壓掉至維護電壓（ 13.2V） 時(shí)， 蓄電池進(jìn)入浮充狀態(tài)， 當低于維護電壓（ 13.2 V） 后浮充關(guān)閉， 進(jìn)入均充狀態(tài)。當蓄電池電壓低于保護電壓（11 V）時(shí)， 控制器自動(dòng)關(guān)閉負載開(kāi)關(guān)以保護蓄電池不受損壞。通過(guò)PWM充電電路（ 智能三階段充電） , 可使太陽(yáng)能電池板發(fā)揮最大功效， 提高系統充電效率。本系統支持蓄電池的反接、過(guò)充、過(guò)放。

　　2.5 負載輸出控制與檢測電路

　　本系統設計了兩路負載輸出， 每路輸出均有獨立的控制和檢測， 具有完善的過(guò)流、短路保護措施，電路原理如圖2 所示。設計了兩級保護： 第一級采用了由R7（0.01 Ω康銅絲）以及運放LM358、比較器LM393 等器件組成的過(guò)流、短路檢測電路， 配合單片機的A/D 轉換及外部中斷響應來(lái)實(shí)現負載過(guò)流及短路保護， 是一種硬件+軟件的方式， LM358 的輸出送P1.7（A/D 轉換）口， 用作過(guò)流信號識別， 當電流超過(guò)額定電流20%并維持30 s 以上時(shí)， 確認為過(guò)流； 短路電流整定為10 A, 響應時(shí)間為毫秒數量級。