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單片機控制下太陽能路燈系統(tǒng)開發(fā)論文
隨著我國城市化發(fā)展的不斷加快，城市建設的規(guī)模越來越大，路燈是城市建設過程中最基礎的部分，為城市照明以及美化城市的過程中有著非常重要的作用。目前，大部分城市在建設路燈的過程中，都是采用人力進行的，建設成本較高，能源消耗較大，與目前可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略相沖突。一款建設成本較低、節(jié)約能源性能較好的路燈控制系統(tǒng)，已經(jīng)成為城市建設發(fā)展過程中必須品。
1、太陽能路燈系統(tǒng)
太陽能路燈控制系統(tǒng)主要是由太陽能電池板、蓄電池、燈具、控制箱、燈桿等組成的。太陽能路燈系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)如圖1所示。
這樣的太陽能系統(tǒng)是由太陽能電池方陣（含電池的支架）、路燈控制箱（內部設置有蓄電池組、路燈控制器等）、LED路燈照明燈頭、路燈燈桿等幾部分組成的。燈頭主要是使用1W功率的LED白光集成在電路板上，并按照一定間距進行排列的平面發(fā)光源。LED技術有21世紀新光源的稱號，是在白熾燈、日光燈、高壓氣體之后的新一代的光源，LED燈具有節(jié)能、無污染、使用時間長、沒有頻閃、安全、控制性能良好、直流供電等多種優(yōu)點。路燈控制箱的箱體主要是采用不銹鋼的材料布置的，既美觀又實用，路燈控制箱內布置的鉛酸蓄電池與相應的充放電控制元件，其中在設計充放電控制器的時候，需要考慮好控制器的功能以及花費的成本，功能上控制器需要具有光控、時間控制、過放保護控制、過充電保護控制以及接反電保護控制等性能，具有良好的性價比。
2、系統(tǒng)硬件電路設計
在對單片機太陽能路燈照明進行控制設計的過程中，主控制器采用AT89C52單片機，主要是經(jīng)過總線與系統(tǒng)中各模板進行連接。設置系統(tǒng)工作時間，因為時間不同，工作狀態(tài)也不相同。采用光敏感電阻器對路燈所處環(huán)境的光亮程度進行檢測，并經(jīng)過轉換芯片將收集的信息進行轉換，之后發(fā)送給單片機。單片機對這寫信息進行相應的處理后，再經(jīng)過繼電器對路燈的工作狀態(tài)進行控制。通常情況下，路燈的工作時間分布情況為 :每日0時-次日6時是路燈節(jié)能的時間，路燈需要處在半電壓的情況下工作 ;而9時-0時則是處在全電壓的情況下工作，其他的時間需要根據(jù)實際環(huán)境的光線情況對瀘路燈的亮暗情況進行控制。
2.1鍵盤電路設計
鍵盤S1,S2,S3分別接在單片機P2.4,P2.5,P2.6上，其中S1設置為模式選擇鍵，主要用來控制數(shù)碼管現(xiàn)實的模式（蓄電池的電壓情況、太陽能電池板的電壓、負載工作時間）。S2,S3則分別顯示控制負載工作時間的增減情況，每次的增減時間為15min.
2.2電源電路模塊設計
太陽能路燈控制系統(tǒng)正常工作的時候電壓為5V,主要采用12V/24V的鉛酸蓄電池進行供電，當蓄電池的電壓不穩(wěn)定的時候，需要提供相應的電壓進行穩(wěn)定控制，該系統(tǒng)采用LM7805三端穩(wěn)壓器，當輸入的電壓在5~24V之間的時候，可以保證輸出的電壓穩(wěn)定在+5V左右。LM7805三端穩(wěn)壓器組成穩(wěn)定的電源只需要少部分的元件，這樣使用更加方便，系統(tǒng)的工作情況更加穩(wěn)定。
2.3蓄電池電壓采樣電路設計
在整個太陽能單片機照明系統(tǒng)中，蓄電池是非常重要的設備，白天的時候蓄電池可以將電池板采集的太陽光轉換成電能存儲起來，等到天色暗下去的時候再將其轉換成電能輸送到照明設備上。智能控制系統(tǒng)所使用的電源也是由蓄電池提供的。蓄電池采樣電路主要使用的是V/F轉換器LM331.LM331轉換器是美國NS公司生產(chǎn)的具有高性價比的集成芯片，可以當做精密頻率的電壓轉換器。
LM331使用的是新的溫度補償能隙基準電路，在太陽能單片機照明系統(tǒng)工作的時候，在溫度范圍以內或者是降到4.0V電源電壓的時候都會輸出準確的數(shù)據(jù)，此外，LM331轉換器的動態(tài)范圍相對交寬，可以達到100d B;LM331轉換器的線性非常好，最大的非線性失真低于0.01%,工作狀態(tài)下的LM331轉換器工作頻率降到0.1Hz的時候還有非常好的線性 ;LM331轉換器的變換精度較高，數(shù)字分辨率可以高達12位 ;外接電路也相對簡單，只需要介入幾個外部元件就可以方便轉換器進行電路轉換，并且很容易確保轉換的精度。蓄電池電壓的采樣電路如圖2所示。
2.4環(huán)境光線檢測模塊
基于單片機的太陽能路燈照明控制系統(tǒng)設計使用的是光敏電阻與ADC0832模擬數(shù)字轉換器相結合的方式進行檢測，工作的原理是當照射在光敏電阻上的光線亮度發(fā)現(xiàn)變化的時候，光敏電阻的電阻值也會發(fā)生變化，光線變強電阻值變小，光線變弱電阻值變大，ADC0832可以將電壓信號轉換為數(shù)字信號，發(fā)送給單片機，保證單片機可以對環(huán)境的明暗程度的信號進行分析并作出相應的處理。
3、系統(tǒng)軟件程序設計
3.1白天充電子程序
白天太陽能電池板會收集相應的太陽光，轉換器會將其轉換成化學電能儲存起來，單片機可以通過蓄電池對路燈設置充電策略，這樣可以有效地控制電能的使用，有效地提高蓄電池的使用壽命。單片機設置的充電方式有三種 :
�。�1）快速充電階段，充電電路的輸出等于路燈使用的電流源。路燈的電流源輸出情況與蓄電池的工作情況有著非常密切的聯(lián)系，在整個充電的過程中，輸出的電源流會對整個蓄電池的電壓進行自動監(jiān)測，如果電壓達到轉換條件的時候，會自動轉換成下一個充電方式。
�。�2）過充階段。這個時候設計的充電電路會對蓄電池設置一個更高的電壓，如果蓄電池的電壓持續(xù)達到設置的于要求時2,電路會自行認為蓄電池已經(jīng)充滿，這時會轉換到浮充階段。
（3）浮充階段。該階段主要是對蓄電池設計一個準確的浮充電壓，確保路燈在晚上時可以正常工作。
3.2夜間放電子程序
夜間放電子程序主要對蓄電池進行放電保護，防止過放。12V系統(tǒng)蓄電池負載切斷電壓是1 111.9V（可調），24V系統(tǒng)切斷電壓是22.823 8V（可調）。夜間放電子程序的另一個主要功能是控制開燈時間。
4、結束語
本文主要AT89C52單片機設計了一個太陽能單片機照明系統(tǒng)，實現(xiàn)了路燈可以按照時間以及光源雙重的控制方式，經(jīng)過試驗，太陽能AT89C52單片機照明系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定、安全，相較于其他的控制系統(tǒng)更加智能化，可以大幅度的節(jié)省電能，降低施工成本，滿足節(jié)能的要求。
參考文獻
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