基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器設(shè)計(jì)方案

　　1 引言

　　隨著人們環(huán)保意識(shí)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(dòng)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(jì)， 對(duì)12 V 和24 V 蓄電池可自動(dòng)識(shí)別， 可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)點(diǎn)亮、分時(shí)點(diǎn)亮以及單獨(dú)定時(shí)等工作模式， 同時(shí)具有負(fù)載過流、短路保護(hù)功能； 具有較高的自動(dòng)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(cè)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(shí)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(chǔ)器， 2 KB Flash 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，512 B RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 同時(shí)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(jí)中斷源4 種優(yōu)先級(jí)， 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(duì)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(chǔ)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(shí)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(shí)別信號(hào)。同時(shí)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(shí)別。

　　利用微控制器的PWM 功能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電管理。若太陽能電池正常充電時(shí)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(shí)蓄電池開路， 控制器由于自身得不到電力， 不會(huì)有任何動(dòng)作。當(dāng)充電電壓高于保護(hù)電壓（ 15 V） 時(shí)， 自動(dòng)關(guān)斷對(duì)蓄電池的充電； 此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓（ 13.2V） 時(shí)， 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(shí)， 控制器自動(dòng)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(cè)電路

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩路負(fù)載輸出， 每路輸出均有獨(dú)立的控制和檢測(cè)， 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(jì)了兩級(jí)保護(hù)： 第一級(jí)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(cè)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(hào)識(shí)別， 當(dāng)電流超過額定電流20%并維持30 s 以上時(shí)， 確認(rèn)為過流； 短路電流整定為10 A, 響應(yīng)時(shí)間為毫秒數(shù)量級(jí)。