基于PWM的路燈節(jié)能裝置的設(shè)計(jì)

　　3.4 時(shí)鐘芯片電路設(shè)計(jì)

　　Dallas半導(dǎo)體公司的DS1302涓流充電時(shí)鐘芯片是一個(gè)可編程I2C串行接口時(shí)鐘芯片，還提供31字節(jié)的非易失SRAM用于數(shù)據(jù)存儲，結(jié)構(gòu)簡單，可以通過單片機(jī)任意的I/O口作為SCL和SDA信號線，編程簡單，成本較低；缺點(diǎn)是掉電數(shù)據(jù)丟失。存儲相應(yīng)數(shù)據(jù)的話可用超級電容或可充電電池備份系統(tǒng)的時(shí)間和日期。其電路如圖6所示。

　　3.5 LCD電路設(shè)計(jì)

　　在下位機(jī)工作的過程中，要對系統(tǒng)的參數(shù)要進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。對于顯示模塊，采用LCD液晶顯示器，其型號為CM19264。與LED比較，它的工作電流小，顯示容量大，可實(shí)現(xiàn)漢字及圖像的顯示，美觀、大方、顯示方便。在編程上，LCD有獨(dú)立的控制器及內(nèi)部存儲器，其顯示能夠被內(nèi)部的控制器所存，因此并不需要?jiǎng)討B(tài)掃描，節(jié)省了系統(tǒng)的時(shí)間。

　　3.6 鍵盤設(shè)計(jì)

　　通過鏈?zhǔn)桨存I設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。鏈?zhǔn)桨存I在軟件編程上類似行列式鍵盤，本設(shè)計(jì)采用15個(gè)鍵，共用了單片機(jī)的6個(gè)I/O端口。共設(shè)置了10個(gè)數(shù)字鍵，4個(gè)方向選擇鍵和一個(gè)確認(rèn)鍵，使得鍵盤接口設(shè)計(jì)的人性化。相對于行列式鍵盤節(jié)省了2個(gè)I/O端口。

　　3.7 電源電路設(shè)計(jì)

　　在系統(tǒng)工作現(xiàn)場電源可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場取電，將電網(wǎng)電壓通過變壓器變換，然后通過整流電路將其變換為直流電，再通過集成穩(wěn)壓器將其穩(wěn)定在某個(gè)電壓值為系統(tǒng)工作提供電源。采用±5V和±12V電源供電。電源模塊可采用線性三端穩(wěn)壓器78LM05、79LM05、78LM12、79LM12，78xx系列的靜態(tài)電流在5mA~8Ma,，在使用中要通過散熱片對其進(jìn)行散熱，提高電源效率，并且右超載或短路保護(hù)，技術(shù)成熟，成本低廉。ADC基準(zhǔn)電壓采用LM336-5.0芯片，同時(shí)更加保證了ADC的量程及其采樣精度。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　前述硬件電路的各個(gè)模塊是本系統(tǒng)對現(xiàn)場電壓采樣的基礎(chǔ)，微控制器的程序編寫是整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的核心，能夠協(xié)調(diào)各個(gè)模塊高效準(zhǔn)確的工作。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)包括電網(wǎng)電壓采集A/D轉(zhuǎn)換子程序、LCD顯示子程序、鍵盤控制子程序、數(shù)字信號處理子程序、控制輸出子程序、串行通信子程序六個(gè)主要的部分。

　　系統(tǒng)上電后，先對單片機(jī)的內(nèi)部資源進(jìn)行初始化，包括設(shè)置堆棧指針、中斷的禁止及優(yōu)先級的決定、設(shè)置各個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式等；然后對單片機(jī)的外部設(shè)備進(jìn)行初始化，包括LCD、時(shí)鐘芯片以及串口。初始化之后系統(tǒng)開始工作，首先采樣電網(wǎng)電壓，并且進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)相應(yīng)的算法控制電網(wǎng)電壓；對鍵盤和LCD顯示器接口進(jìn)行查詢，顯示各設(shè)定值，并且進(jìn)行設(shè)定；適時(shí)讀取時(shí)間芯片的時(shí)間值，并且根據(jù)不同的時(shí)間段對電網(wǎng)分等級調(diào)控。用中斷方式將數(shù)據(jù)從串口上傳。

　　5 系統(tǒng)抗干擾措施

　　系統(tǒng)運(yùn)行在復(fù)雜的環(huán)境中，容易運(yùn)行失控，使得程序進(jìn)入死循環(huán)，甚至發(fā)出錯(cuò)誤的執(zhí)行動作，造成很大的損失。系統(tǒng)的抗干擾能力在很大程度上決定了其工作的可靠性，這樣就應(yīng)在設(shè)備、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中把抗干擾問題放在重要的位置來考慮。在本設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了以下幾種硬件抗干擾的措施：

　?。?）獨(dú)立電源

　　為了使模擬電路部分和數(shù)字電路部分的隔離，設(shè)計(jì)了獨(dú)立電源對數(shù)字電路部分進(jìn)行供電。因此系統(tǒng)數(shù)字部分采用獨(dú)立的電源供電，這樣不僅可以使模擬部分和數(shù)字部分進(jìn)一步隔離，也可抑制由于電網(wǎng)諧波增多和電壓不穩(wěn)所帶來的尖峰、過壓、浪涌等現(xiàn)象對系統(tǒng)數(shù)字部分的影響，從而保證了檢測系統(tǒng)正常工作。

　　（2）接地措施

　　系統(tǒng)的模擬地、數(shù)字地接與外殼地采用單點(diǎn)接地，如果采用多點(diǎn)接地，多個(gè)接地點(diǎn)之間可能產(chǎn)生電位差，繼而產(chǎn)生噪聲電流，影響系統(tǒng)的正常工作。

　?。?）PCB布線抗干擾

　　為了保證信號傳輸?shù)恼_性在設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)PCB的信號走線時(shí)，按照以下原則設(shè)計(jì)了信號線：走線盡可能短而粗，拐彎時(shí)走45°斜線或弧線，絕對避免90°拐角；數(shù)字線和模擬線分開走線，若無法避免，則兩者垂直走線；大電流快速信號線盡量靠近地線，必要時(shí)采取電容濾波。

　　6 總結(jié)

　　路燈節(jié)能裝置安全可靠，延長了路燈使用壽命，減少了電能消耗，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。