基于單片機(jī)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(shí)現(xiàn)路燈照明系統(tǒng)的智能化為目的，以AT89S51單片機(jī)為控制核心，自行設(shè)計(jì)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(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成數(shù)據(jù)采樣模塊，實(shí)現(xiàn)蓄電池的過充與過放保護(hù)電路；數(shù)碼管顯示電路顯示蓄電池的電壓和當(dāng)前時(shí)間；通過光敏電阻感知外界環(huán)境亮度，實(shí)現(xiàn)LED路燈的開啟與關(guān)閉；無線模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)LED路燈人為的控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性高、節(jié)能、智能。具有良好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：蓄電池過充；過放保護(hù)；AT89S51；ADC0809；無線收發(fā)；光敏電阻

    我國經(jīng)濟(jì)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(hù)環(huán)境是政府堅(jiān)持的基本國策，目前國家大力倡導(dǎo)既環(huán)保又再生的能源(水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等)的開發(fā)，特別是太陽能的應(yīng)用。本文基于此，結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種太陽能LED路燈控制器，利用太陽能對(duì)蓄電池充電和LED路燈照明，并且具過充電、過放電保護(hù)功能、可根據(jù)白天晚上亮度自動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉LED燈等智能功能的路燈照明系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    圖1為該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由7個(gè)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(hù)模塊、過放電保護(hù)模塊、光控模塊和遙控模塊組成。1)主控模塊主要負(fù)責(zé)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(dāng)前電壓和時(shí)間；4)過充電保護(hù)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(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉LLED燈；7)遙控模塊主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的人為控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
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(jī)最小系統(tǒng)和A／D0809芯片，其中單片機(jī)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(shí)鐘信號(hào)；P2．7，P2．6分別用于控制過充過放電路，通過這2個(gè)端的高低電平變化，對(duì)電路進(jìn)行過充過放保護(hù)以及對(duì)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(dòng)端START，用于控制AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)；P2．3連接A／D0809地址鎖存端ALE，用于控制地址鎖存信號(hào)；P2．0，P2．1，P2．2連接A／D0809模擬通道地址端ADDA，ADDB，ADDC，用于對(duì)模擬通道進(jìn)行選擇。主控電路功能實(shí)現(xiàn)：單片機(jī)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(hào)輸入端，A／D0809通過內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)口傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過一系列處理控制數(shù)碼管顯示以及充放電控制端。

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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(shí)斷開充電電路，過放控制是在蓄電池處于過放狀態(tài)時(shí)斷開放電電路。過充、過放控制都是為了保護(hù)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(shí)現(xiàn)：過充控制電路中將繼電器J1的開關(guān)串聯(lián)在充電電路中，當(dāng)白天有太陽光時(shí)處于正常充電狀態(tài)時(shí)，由太陽能板吸熱經(jīng)繼電器開關(guān)常閉點(diǎn)向蓄電池充電，當(dāng)蓄電池的電壓高于26 V時(shí)，認(rèn)為蓄電池處于過充狀態(tài)，單片機(jī)向P2．6送出一個(gè)低電平，使得繼電器線圈J1通電，則繼電器常閉點(diǎn)斷開，常開點(diǎn)閉合，充電電路斷開，過充指示燈亮，停止向蓄電池充電，達(dá)到過充保護(hù)功能。過放控制電路中將繼電器J2的開關(guān)串聯(lián)在放電電路中，當(dāng)處于正常放電狀態(tài)時(shí)，放電電路正常工作。在晚上由蓄電池向負(fù)載供電時(shí)，當(dāng)蓄電池的電壓低于10．3 V時(shí)，認(rèn)為蓄電池處于過放狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)向P2．7送一個(gè)低電平，使得繼電器線圈J2通電，繼電器開關(guān)由常閉點(diǎn)轉(zhuǎn)到常開點(diǎn)，放電電路就斷開，過放指示燈亮，停止向負(fù)載供電，達(dá)到過放保護(hù)功能，該模塊電路如圖3所示。

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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(jī)并行口顯示，由741s373作為數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)及位選電路，數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前時(shí)間，以及當(dāng)前電壓。741s373位選端LE1，LE2，LE3，LE4分別接單片機(jī)P3．4，P3．5，P3．6，P3．7端口，單片機(jī)通過每次選擇741s373的一位位選，選擇當(dāng)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(shí)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(jī)低電平應(yīng)低于0．8 V的特點(diǎn)，結(jié)合光敏電阻受光照影響電阻變化靈敏的特點(diǎn)，通過光敏電阻與固定電阻串聯(lián)的方式，即通過檢測(cè)固定電阻的分壓值來檢測(cè)白天與黑夜。當(dāng)黑夜時(shí)設(shè)計(jì)固定電阻的分壓值為0．8 V以下，即單片機(jī)引腳低電平值范圍，此時(shí)通過單片機(jī)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(shè)計(jì)
    如圖5所示為該系統(tǒng)程序流程圖，上電之后進(jìn)行初始化操作，包括關(guān)頭關(guān)閉LED，禁止電池充電與放電，初始化數(shù)碼管顯示等。啟動(dòng)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(shí)間是否大于6點(diǎn)，如果有外界控制則強(qiáng)制開燈或關(guān)燈，否則根據(jù)光強(qiáng)判斷開燈或關(guān)燈，時(shí)間小于6點(diǎn)時(shí)，定時(shí)為關(guān)燈。

4 結(jié)束語
    本文對(duì)基于單片機(jī)控制的太陽能LED路燈照明系統(tǒng)硬件進(jìn)件進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)給出了程序流程。目前系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)效果良好，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)字顯示電壓值，無觸點(diǎn)充放電控制，外界隨時(shí)遙控LED燈的亮滅，可據(jù)外界光線的強(qiáng)度開燈或關(guān)燈，一定時(shí)間可定時(shí)為滅燈狀態(tài)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分且
可行的利用太陽能供電，節(jié)約了大量能源，對(duì)LED路燈照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。