防盜用太陽能LED照明系統(tǒng)的開發(fā)

摘要：本系統(tǒng)結(jié)合報警技術(shù)與太陽能LED照明功能，報警裝置采用熱釋電紅外傳感器，控制器選用51單片機，照明系統(tǒng)采用LED照明燈具，整個系統(tǒng)由可控太陽能供電系統(tǒng)供電。本系統(tǒng)廣泛運用于大型住宅和工廠，作為防盜和照明裝置。

　　1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

　　系統(tǒng)由五大模塊組成：紅外報警模塊，單片機控制模塊， 太陽能供電模塊， 照明模塊， 報警模塊。每個報警裝置由一個單片機控制器控制，各個從控制器不斷與主控制器進行通信，將報警信號傳遞給主控制器。主控制器檢測各從控制器的報警信號，根據(jù)不同的信號做出反應(yīng)：報警或不報警。當有人通過檢測區(qū)域時，該區(qū)域的LED燈將亮一段時間，主控制器接收到報警信號后將控制報警器發(fā)出報警聲，并通過相關(guān)的指示燈指明報警區(qū)域。整個系統(tǒng)由可控太陽能供電系統(tǒng)供電，控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對供電線路的轉(zhuǎn)換和對蓄電池的過充電，過放電保護等功能。

　　2.主從控制器通信模塊

　　RS-232，RS-422，RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標準，其中RS-232標準傳輸距離最大約為15m，最高速率為20Kb/s。本系統(tǒng)在實驗過程中采用51單片機的串行接口實現(xiàn)主從機的通信，最多可連256臺叢機。若要實現(xiàn)長距離之間的通信可采用RS-485通信標準，其最大傳輸距離可達到1219m，最大傳輸速率可達10Mb/s。

圖1 系統(tǒng)機構(gòu)框圖

　　51單片機串行口的工作方式2和方式3可運用于多機通信系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)拓撲如下（圖2）：

　　在該多機通信系統(tǒng)中，主機向各從機發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　而從機只能向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，而不能在從機之間交換數(shù)據(jù)。多機通信的實現(xiàn)需要主，從機對相關(guān)的控制位SM2，TB8進行正確的設(shè)置。

圖2 單片機多機通信結(jié)構(gòu)圖

　　為更好的實現(xiàn)多機通信，首先對各從機進行編號，編號作為該機地址，如本系統(tǒng)的：0x00，0x01，0x02等。當主機需要發(fā)送指令給特定的從機時，要先發(fā)送目標從機的地址信號，這個地址用于從機判斷是否準備接收指令。地址數(shù)據(jù)和指令可以用第九位來區(qū)別。所以主機發(fā)送地址幀時，地址/數(shù)據(jù)標志位TB8應(yīng)該設(shè)置為1，以表示是地址幀。如本系統(tǒng)主機中：SCON=0xd8；//串行口工作在方式3，TB8設(shè)置為1，允許接收；此時從機初始化時均設(shè)置SM2為1，使其只處于接收地址幀的狀態(tài)。如：SCON=0xf0；//串行口工作在方式3，TB8設(shè)置為1，允許接收；當從機接收到主機發(fā)來的數(shù)據(jù)后，若第九位為1，進入串口中斷。中斷后將主機發(fā)來的地址與本機地址進行比較，如果相同，那么該從機清除其SM2位標志，準備接收即將從主機發(fā)來的指令。如果不同，該從機SM2位依然為1，由于主機在發(fā)送指令時，TB8為0，不會進入串口中斷，直到新的地址到來。主機在通信過程中以調(diào)用子程序的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完后執(zhí)行其他工作。從機在串口中斷程序中接收數(shù)據(jù)。這樣實現(xiàn)了主機向特定的從機發(fā)送數(shù)據(jù)，也可接收該從機的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

　　為保證通信的正確和合理的進行，在通信過程中可根據(jù)需要制定不同的通信協(xié)議，如本系統(tǒng)：

　　主機發(fā)送命令碼如下：

　　0xaa：主機命令從機應(yīng)答運行信號。

　　0xab：主機命令從機應(yīng)答報警信號。

　　0xac：主機命令從機解除警報。

　　3.熱釋電紅外報警模塊

　　工作原理：熱釋電紅外開關(guān)BISS0001配以熱釋電紅外傳感器和少量外接原件構(gòu)成的被動式紅外開關(guān)。它能自動快速的開啟各類燈，自動門，自動洗手池等裝置，是一種高科技產(chǎn)品。特別適用于企業(yè)，庫房，家庭過道，走廊等敏感區(qū)域，或用于照明和報警系統(tǒng)。

　　熱釋電紅外傳感器是一種新型敏感元件，它是由高熱電系數(shù)材料，配以濾光鏡片和阻抗匹配用場效應(yīng)管組成。它能以非接觸的方式檢測出來自人體發(fā)出的紅外輻射（7~10um），將其轉(zhuǎn)換為點信號輸出，并可有效抑制熱體輻射波長以外的干擾輻射。

　　如陽光，燈光及其反射光。通過對相關(guān)電路的研究設(shè)計，并經(jīng)過現(xiàn)場的調(diào)試，在傳感器上加菲涅爾透鏡后能有效的檢測到15m左右的范圍。由于被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，所以在系統(tǒng)安裝時要充分考慮探頭的安裝角度問題。

　　4.太陽能供電系統(tǒng)

　?。?）工作原理及相關(guān)介紹

　　整個系統(tǒng)采用太陽能供電，工作原理簡單。 白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中同時供給各個模塊用電。

　　控制器能根據(jù)蓄電池的荷電狀態(tài)，選擇適合的充電方式；當照度逐漸降低至一定程度時，充放電控制器將偵測到這一電壓值的變化，將斷開太陽能電池板供電線路，改由蓄電池對系統(tǒng)放供電。

　　蓄電池是太陽能供電系統(tǒng)的重要器件，它的主要功能是把太陽能電池發(fā)的電能即時儲存起來，以供用電設(shè)備使用，蓄電池具有儲存電能和穩(wěn)定電壓的作用。蓄電池的主要技術(shù)參數(shù)是電壓和容量（Ah），用太陽能電池給蓄電池充電時，太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20%～30%，才能保證給蓄電池正常充電。蓄電池有鉛酸電池、堿性鎳鎘電池、堿性鎳氫電池、鋰電池等，一般情況下，考慮成本選用鉛酸式電池。

　　DC/DC轉(zhuǎn)換模塊通過控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，配合電感、電容或高頻變壓器等元件以連續(xù)改變和控制輸出直流電壓?？紤]到蓄電池的內(nèi)阻，對于本系統(tǒng)采用12V的蓄電池， 設(shè)定DC/DC轉(zhuǎn)換后的電壓為15V。

　　本系統(tǒng)根據(jù)太陽能電池板輸出電壓的不同，分為幾個支路，利用不同的DC/DC穩(wěn)壓芯片進行DC/DC變換。

　　電源模塊通過電壓的轉(zhuǎn)換，為單片機提供工作電壓。系統(tǒng)采用單片開關(guān)電源穩(wěn)壓芯片78L05，以將經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換后電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V工作電壓。

　　電壓檢測電路由精密電阻和可調(diào)電阻構(gòu)成，由于51單片機外接A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809測量最大范圍為5V，因此要把蓄電池電壓成比例的縮小在5V內(nèi)，再利用其AD轉(zhuǎn)換功能進行轉(zhuǎn)換。

　　（2）注意事項

　　針對太陽能供電系統(tǒng)的特點，在設(shè)計時要充分考慮圖3 報警模塊電路圖以下環(huán)節(jié)：

圖3 報警模塊電路圖

　　①計算太陽能電池組件的總充電電流和最小功率。

　　②確定太陽能電池的設(shè)計容量，并根據(jù)安裝地區(qū)的特點，能夠滿足系統(tǒng)連續(xù)陰雨天夜晚的照明需要。

　　③設(shè)計合適的充放電控制器，實現(xiàn)反充保護、過充保護、過放保護、光控時控與溫度補償?shù)裙δ堋?/font>