基于單片機控制的太陽能LED智能路燈照明系統(tǒng)

摘要：系統(tǒng)本著充分利用太陽能供電，并且實現(xiàn)路燈照明系統(tǒng)的智能化為目的，以AT89S51單片機為控制核心，自行設計了一套太陽能LED路燈智能照明系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中以單片機與模數(shù)轉(zhuǎn)換器構成數(shù)據(jù)采樣模塊，實現(xiàn)蓄電池的過充與過放保護電路；數(shù)碼管顯示電路顯示蓄電池的電壓和當前時間；通過光敏電阻感知外界環(huán)境亮度，實現(xiàn)LED路燈的開啟與關閉；無線模塊實現(xiàn)對LED路燈人為的控制。實驗結果表明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、實時性高、節(jié)能、智能。具有良好的應用前景。
關鍵詞：蓄電池過充；過放保護；AT89S51；ADC0809；無線收發(fā)；光敏電阻

    我國經(jīng)濟的高速發(fā)展必然伴隨著能源的大量消耗，節(jié)約資源和保護環(huán)境是政府堅持的基本國策，目前國家大力倡導既環(huán)保又再生的能源(水電、風電、太陽能發(fā)電等)的開發(fā)，特別是太陽能的應用。本文基于此，結合單片機設計了一種太陽能LED路燈控制器，利用太陽能對蓄電池充電和LED路燈照明，并且具過充電、過放電保護功能、可根據(jù)白天晚上亮度自動啟動和關閉LED燈等智能功能的路燈照明系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結構
    圖1為該系統(tǒng)結構圖，由7個模塊組成，分別為主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、過充電保護模塊、過放電保護模塊、光控模塊和遙控模塊組成。1)主控模塊主要負責數(shù)據(jù)處理與外部電路控制；2)數(shù)據(jù)采集模塊主要用于采集蓄電池兩端的電壓并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出；3)顯示模塊主要用于顯示當前電壓和時間；4)過充電保護模塊主要用于避免蓄電池被過度充電而損壞；5)過放電模塊主要用于避免蓄電池過度放電而損壞；6)光電模塊主要用于根據(jù)白天和晚上的亮度自動啟動和關閉LLED燈；7)遙控模塊主要用于實現(xiàn)對LED燈的人為控制。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 主控及數(shù)據(jù)采集模塊
    主控及數(shù)據(jù)采集電路如圖2所示，包括單片機最小系統(tǒng)和A／D0809芯片，其中單片機P1口向數(shù)碼管發(fā)送顯示數(shù)據(jù)；P0口連接A／D0809芯片數(shù)據(jù)輸出端，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；ALE(30引腳)連接A／D0809的CLOCK端，用于給A／D0809提供時鐘信號；P2．7，P2．6分別用于控制過充過放電路，通過這2個端的高低電平變化，對電路進行過充過放保護以及對指示燈亮滅控制；P2．5連接A／D0809的OE端，用于控制A／D0809轉(zhuǎn)換輸出允許；P2．4連接A／D0809的轉(zhuǎn)換啟動端START，用于控制AD轉(zhuǎn)換啟動信號；P2．3連接A／D0809地址鎖存端ALE，用于控制地址鎖存信號；P2．0，P2．1，P2．2連接A／D0809模擬通道地址端ADDA，ADDB，ADDC，用于對模擬通道進行選擇。主控電路功能實現(xiàn)：單片機通過P2．0，P2．1，P2．2控制A／D0809 ADDA，ADDB，ADDC，選擇A／D0809模擬輸入IN0端作為模擬信號輸入端，A／D0809通過內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過數(shù)據(jù)口傳送給單片機，單片機通過一系列處理控制數(shù)碼管顯示以及充放電控制端。

[!--empirenews.page--]
2．2 過充過放控制模塊
    過充控制是在蓄電池處于過充狀態(tài)時斷開充電電路，過放控制是在蓄電池處于過放狀態(tài)時斷開放電電路。過充、過放控制都是為了保護蓄電池，延長蓄電池的使用壽命。過充、過放判斷的依據(jù)主要是蓄電池電壓的高低。其功能實現(xiàn)：過充控制電路中將繼電器J1的開關串聯(lián)在充電電路中，當白天有太陽光時處于正常充電狀態(tài)時，由太陽能板吸熱經(jīng)繼電器開關常閉點向蓄電池充電，當蓄電池的電壓高于26 V時，認為蓄電池處于過充狀態(tài)，單片機向P2．6送出一個低電平，使得繼電器線圈J1通電，則繼電器常閉點斷開，常開點閉合，充電電路斷開，過充指示燈亮，停止向蓄電池充電，達到過充保護功能。過放控制電路中將繼電器J2的開關串聯(lián)在放電電路中，當處于正常放電狀態(tài)時，放電電路正常工作。在晚上由蓄電池向負載供電時，當蓄電池的電壓低于10．3 V時，認為蓄電池處于過放狀態(tài)，此時單片機向P2．7送一個低電平，使得繼電器線圈J2通電，繼電器開關由常閉點轉(zhuǎn)到常開點，放電電路就斷開，過放指示燈亮，停止向負載供電，達到過放保護功能，該模塊電路如圖3所示。

[!--empirenews.page--]
2．3 顯示電路模塊
    圖4為數(shù)碼管顯示電路，本電路采用單片機并行口顯示，由741s373作為數(shù)碼管驅(qū)動及位選電路，數(shù)碼管用于顯示當前時間，以及當前電壓。741s373位選端LE1，LE2，LE3，LE4分別接單片機P3．4，P3．5，P3．6，P3．7端口，單片機通過每次選擇741s373的一位位選，選擇當前顯示的數(shù)碼管送入顯示編碼，然后選擇另外一位位選，送入顯示編碼，依次類推，實現(xiàn)數(shù)碼管靜態(tài)顯示。
2．4 光敏電阻控制模塊
    利用通常情況下單片機低電平應低于0．8 V的特點，結合光敏電阻受光照影響電阻變化靈敏的特點，通過光敏電阻與固定電阻串聯(lián)的方式，即通過檢測固定電阻的分壓值來檢測白天與黑夜。當黑夜時設計固定電阻的分壓值為0．8 V以下，即單片機引腳低電平值范圍，此時通過單片機給P2．7送高電平，使放電電路工作，LED正常工作，否則LED滅。

3 系統(tǒng)軟件設計
    如圖5所示為該系統(tǒng)程序流程圖，上電之后進行初始化操作，包括關頭關閉LED，禁止電池充電與放電，初始化數(shù)碼管顯示等。啟動AD08 09轉(zhuǎn)換，讀取外界電壓值，判斷蓄電池是否過沖或過放，之后判斷是否有外界控制和時間是否大于6點，如果有外界控制則強制開燈或關燈，否則根據(jù)光強判斷開燈或關燈，時間小于6點時，定時為關燈。

4 結束語
    本文對基于單片機控制的太陽能LED路燈照明系統(tǒng)硬件進件進行了模塊化設計，并著重介紹了系統(tǒng)的主要模塊主控及數(shù)據(jù)采集模塊、過充過放控制模塊、顯示電路模塊、光敏電阻控制模塊。軟件設計給出了程序流程。目前系統(tǒng)的實驗效果良好，該設計結構簡單，數(shù)字顯示電壓值，無觸點充放電控制，外界隨時遙控LED燈的亮滅，可據(jù)外界光線的強度開燈或關燈，一定時間可定時為滅燈狀態(tài)。本系統(tǒng)設計充分且
可行的利用太陽能供電，節(jié)約了大量能源，對LED路燈照明系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化，具有較強的實用性。