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(bào)警技術(shù)與太陽能LED照明功能，報(bào)警裝置采用熱釋電紅外傳感器，控制器選用51單片機(jī)，照明系統(tǒng)采用LED照明燈具，整個(gè)系統(tǒng)由可控太陽能供電系統(tǒng)供電。本系統(tǒng)廣泛運(yùn)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(bào)警模塊，單片機(jī)控制模塊， 太陽能供電模塊， 照明模塊， 報(bào)警模塊。每個(gè)報(bào)警裝置由一個(gè)單片機(jī)控制器控制，各個(gè)從控制器不斷與主控制器進(jìn)行通信，將報(bào)警信號(hào)傳遞給主控制器。主控制器檢測(cè)各從控制器的報(bào)警信號(hào)，根據(jù)不同的信號(hào)做出反應(yīng)：報(bào)警或不報(bào)警。當(dāng)有人通過檢測(cè)區(qū)域時(shí)，該區(qū)域的LED燈將亮一段時(shí)間，主控制器接收到報(bào)警信號(hào)后將控制報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，并通過相關(guān)的指示燈指明報(bào)警區(qū)域。整個(gè)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(duì)供電線路的轉(zhuǎn)換和對(duì)蓄電池的過充電，過放電保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)，其中RS-232標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離最大約為15m，最高速率為20Kb/s。本系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過程中采用51單片機(jī)的串行接口實(shí)現(xiàn)主從機(jī)的通信，最多可連256臺(tái)叢機(jī)。若要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離之間的通信可采用RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)，其最大傳輸距離可達(dá)到1219m，最大傳輸速率可達(dá)10Mb/s。

圖1 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)框圖

　　51單片機(jī)串行口的工作方式2和方式3可運(yùn)用于多機(jī)通信系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)拓?fù)淙缦拢▓D2）：

　　在該多機(jī)通信系統(tǒng)中，主機(jī)向各從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。[!--empirenews.page--]

　　而從機(jī)只能向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，而不能在從機(jī)之間交換數(shù)據(jù)。多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)需要主，從機(jī)對(duì)相關(guān)的控制位SM2，TB8進(jìn)行正確的設(shè)置。

圖2 單片機(jī)多機(jī)通信結(jié)構(gòu)圖

　　為更好的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，首先對(duì)各從機(jī)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)作為該機(jī)地址，如本系統(tǒng)的：0x00，0x01，0x02等。當(dāng)主機(jī)需要發(fā)送指令給特定的從機(jī)時(shí)，要先發(fā)送目標(biāo)從機(jī)的地址信號(hào)，這個(gè)地址用于從機(jī)判斷是否準(zhǔn)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(jī)發(fā)送地址幀時(shí)，地址/數(shù)據(jù)標(biāo)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(jī)中：SCON=0xd8；//串行口工作在方式3，TB8設(shè)置為1，允許接收；此時(shí)從機(jī)初始化時(shí)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(dāng)從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)后，若第九位為1，進(jìn)入串口中斷。中斷后將主機(jī)發(fā)來的地址與本機(jī)地址進(jìn)行比較，如果相同，那么該從機(jī)清除其SM2位標(biāo)志，準(zhǔn)備接收即將從主機(jī)發(fā)來的指令。如果不同，該從機(jī)SM2位依然為1，由于主機(jī)在發(fā)送指令時(shí)，TB8為0，不會(huì)進(jìn)入串口中斷，直到新的地址到來。主機(jī)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(jī)在串口中斷程序中接收數(shù)據(jù)。這樣實(shí)現(xiàn)了主機(jī)向特定的從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，也可接收該從機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。[!--empirenews.page--]

　　為保證通信的正確和合理的進(jìn)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(jī)發(fā)送命令碼如下：

　　0xaa：主機(jī)命令從機(jī)應(yīng)答運(yùn)行信號(hào)。

　　0xab：主機(jī)命令從機(jī)應(yīng)答報(bào)警信號(hào)。

　　0xac：主機(jī)命令從機(jī)解除警報(bào)。

　　3.熱釋電紅外報(bào)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(dòng)式紅外開關(guān)。它能自動(dòng)快速的開啟各類燈，自動(dòng)門，自動(dòng)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(bào)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(chǎng)效應(yīng)管組成。它能以非接觸的方式檢測(cè)出來自人體發(fā)出的紅外輻射（7~10um），將其轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信號(hào)輸出，并可有效抑制熱體輻射波長(zhǎng)以外的干擾輻射。

　　如陽光，燈光及其反射光。通過對(duì)相關(guān)電路的研究設(shè)計(jì)，并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，在傳感器上加菲涅爾透鏡后能有效的檢測(cè)到15m左右的范圍。由于被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，所以在系統(tǒng)安裝時(shí)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(gè)系統(tǒng)采用太陽能供電，工作原理簡(jiǎn)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(chǔ)存在蓄電池中同時(shí)供給各個(gè)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(dāng)照度逐漸降低至一定程度時(shí)，充放電控制器將偵測(cè)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(duì)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(shí)儲(chǔ)存起來，以供用電設(shè)備使用，蓄電池具有儲(chǔ)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(shí)，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(shí)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(duì)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(gè)支路，利用不同的DC/DC穩(wěn)壓芯片進(jìn)行DC/DC變換。

　　電源模塊通過電壓的轉(zhuǎn)換，為單片機(jī)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(cè)電路由精密電阻和可調(diào)電阻構(gòu)成，由于51單片機(jī)外接A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809測(cè)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(jìn)行轉(zhuǎn)換。[!--empirenews.page--]

　?。?）注意事項(xiàng)

　　針對(duì)太陽能供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮圖3 報(bào)警模塊電路圖以下環(huán)節(jié)：

圖3 報(bào)警模塊電路圖

　?、儆?jì)算太陽能電池組件的總充電電流和最小功率。

　?、诖_定太陽能電池的設(shè)計(jì)容量，并根據(jù)安裝地區(qū)的特點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)連續(xù)陰雨天夜晚的照明需要。

　?、墼O(shè)計(jì)合適的充放電控制器，實(shí)現(xiàn)反充保護(hù)、過充保護(hù)、過放保護(hù)、光控時(shí)控與溫度補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/font>