基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器設(shè)計方案

　　1 引言

　　隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)以及資源的日漸緊張，新能源的利用已快速進(jìn)入人們的生活。太陽能路燈以太陽光為能源， 白天充電、晚上使用， 無需鋪設(shè)復(fù)雜、昂貴的管線， 可任意調(diào)整燈具的布局， 安全節(jié)能無污染， 充電及開/關(guān)過程采用光控自動開關(guān)， 無需人工操作， 工作穩(wěn)定可靠， 節(jié)省電費(fèi)， 免維護(hù)， 太陽能路燈的實(shí)用性已經(jīng)得到人們的認(rèn)可。

　　本文介紹基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器的方案設(shè)計， 對12 V 和24 V 蓄電池可自動識別， 可實(shí)現(xiàn)對蓄電池的科學(xué)管理， 指示蓄電池過壓、欠壓等行狀態(tài)， 具有兩路負(fù)載輸出， 每路負(fù)載額定電流可達(dá)5 A, 兩路負(fù)載可以隨意設(shè)置為同時點(diǎn)亮、分時點(diǎn)亮以及單獨(dú)定時等工作模式， 同時具有負(fù)載過流、短路保護(hù)功能； 具有較高的自動化和智能化水平。

　　2 硬件電路組成及工作原理

　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　太陽能路燈智能控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示， 該系統(tǒng)以STC12C5410AD 單片機(jī)為核心， 外圍電路主要由電壓采集電路、負(fù)載輸出控制與檢測電路、LED 顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽能電池板和蓄電池電壓采集， 用于太陽光線強(qiáng)弱的識別以及蓄電池電壓的獲取。單片機(jī)的P3 口的兩位作為鍵盤輸入口， 用于工作模式等參數(shù)的設(shè)置。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　2.2 STC12C5410AD 單片機(jī)

　　STC12C5410AD 是STC12 系列單片機(jī)， 采用RISC型CPU 內(nèi)核， 兼容普通8051 指令集， 片內(nèi)含有10 KB Flash 程序存儲器， 2 KB Flash 數(shù)據(jù)存儲器，512 B RAM 數(shù)據(jù)存儲器， 同時內(nèi)部還有看門狗（WDT） ; 片內(nèi)集成MAX810 專用復(fù)位電路、8 通道10 位ADC 以及4 通道PWM; 具有可編程的8 級中斷源4 種優(yōu)先級， 具有在系統(tǒng)編程（ ISP） 和在應(yīng)用編程（ IAP） , 片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。

　　STC12C5410AD 對系統(tǒng)的工作進(jìn)行實(shí)施調(diào)度， 實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、蓄電池及負(fù)載的管理、工作狀態(tài)的指示等。為充分使用片內(nèi)資源， 本文所設(shè)置的參數(shù)寫入Flash 數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)。

　　2.3 鍵盤電路

　　P3.4（T0）接F1 鍵， 用于設(shè)置狀態(tài)的識別及參數(shù)設(shè)置； P3.5（T1）接F2 鍵， 用于自檢及"加1"功能， 根據(jù)程序流程， 分別實(shí)現(xiàn)不同功能。

　　2.4 電壓采集與電池管理

　　太陽能電池板電壓采集用于太陽光線強(qiáng)弱的判斷， 因而可以作為白天、黃昏的識別信號。同時本系統(tǒng)支持太陽能板反接、反充保護(hù)。

　　蓄電池電壓采集用于蓄電池工作電壓的識別。

　　利用微控制器的PWM 功能對蓄電池進(jìn)行充電管理。若太陽能電池正常充電時蓄電池開路， 控制器將關(guān)斷負(fù)載， 以保證負(fù)載不被損傷， 若在夜間或太陽能電池不充電時蓄電池開路， 控制器由于自身得不到電力， 不會有任何動作。當(dāng)充電電壓高于保護(hù)電壓（ 15 V） 時， 自動關(guān)斷對蓄電池的充電； 此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓（ 13.2V） 時， 蓄電池進(jìn)入浮充狀態(tài)， 當(dāng)?shù)陀诰S護(hù)電壓（ 13.2 V） 后浮充關(guān)閉， 進(jìn)入均充狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓低于保護(hù)電壓（11 V）時， 控制器自動關(guān)閉負(fù)載開關(guān)以保護(hù)蓄電池不受損壞。通過PWM充電電路（ 智能三階段充電） , 可使太陽能電池板發(fā)揮最大功效， 提高系統(tǒng)充電效率。本系統(tǒng)支持蓄電池的反接、過充、過放。

　　2.5 負(fù)載輸出控制與檢測電路

　　本系統(tǒng)設(shè)計了兩路負(fù)載輸出， 每路輸出均有獨(dú)立的控制和檢測， 具有完善的過流、短路保護(hù)措施，電路原理如圖2 所示。設(shè)計了兩級保護(hù)： 第一級采用了由R7（0.01 Ω康銅絲）以及運(yùn)放LM358、比較器LM393 等器件組成的過流、短路檢測電路， 配合單片機(jī)的A/D 轉(zhuǎn)換及外部中斷響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)負(fù)載過流及短路保護(hù)， 是一種硬件+軟件的方式， LM358 的輸出送P1.7（A/D 轉(zhuǎn)換）口， 用作過流信號識別， 當(dāng)電流超過額定電流20%并維持30 s 以上時， 確認(rèn)為過流； 短路電流整定為10 A, 響應(yīng)時間為毫秒數(shù)量級。