太阳能安防装置的设计与研究
太阳能安防装置的设计与研究[20191223155942]
摘 要
太阳能安防报警系统的设计主要有两大部分，（1）太阳能电池发电输出通过用恒压控制法来稳定输出，从而为负载提供稳定的电压电流，以满足负载电路的正常工作。（2）压力传感报警系统是利用压力传感器来将非电量转化为电量，运用单片机来处理电信号，以实现压力传感报警的智能化。设计的最终目标是制作实物，在室外阳光充足的露天环境下运行。
设计中太阳能电池选用的是占现在太阳能电池市场主导地位的多晶硅太阳能电池，其功率为3W，开路电压10.69 ，短路电流为0.38 ，工作电压为9V，工作电流为0.33 。由于太阳能电池发电不稳定，不可以直接连接负载，随环境变换而波动的电压无法满足负载的工作要求，因此在太阳能电池和负载之间增加了稳压转换器，以实现对负载提供稳定的、符合负载工作要求的电能。稳压模块选用的芯片是LM2596S，输入3 -40 电压，经过LM2596S，输出5 电压。将太阳能电池与稳压模块连接，组成太阳能安防系统的供电部分。
传感报警系统使用的是电阻应变片，通过电桥法灵敏地检测压力的大小，并通过 模数转换芯片反馈给单片机，从而控制蜂鸣器的工作。单片机选用的是AT89S51芯片，AT89S51是一种带4K字节FLASH存储器 的低电压、高性能通用的8位微处理器 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:太阳能安防报警压力传感器AT89S51单片机
目 录
1.引言 3
1.1太阳能安防装置的产业和前景 3
1.2太阳能安防装置的设计目的和意义 3
1.3系统设计设计思路和方法 4
2.太阳能安防装置总体设计方案 5
2.1太阳能电池供电系统 5
2.2压力传感报警系统 6
2.3本章小结 7
3.太阳能电池供电系统设计 8
3.1太阳能电池概述 8
3.1.1太阳能电池的选择 8
3.1.2影响电池转换效率的因素 9
3.2稳压模块概述 11
3.3 DC—DC变换器 11
3.3.1降压型变换器 12
3.3.2升压型变换器 13
3.3.3降-升压变换电路 15
3.4蓄电池充放电控制器概述 17
3.4.1充放电控制器研究 17
3.5本章小结 19
4.压力传感模块 20
4.1电阻应变式传感器研究 20
4.2测量电路设计研究 20
4.2.1单臂应变电桥电路 21
4.2.2双臂半桥式应变电桥电路 21
4.2.3全桥应变电桥电路 22
4.3本章小结 24
5.基于51单片机的报警系统 25
5.1硬件单片机报警系统 25
5.2系统程序设计 27
5.3本章小结 29
结束语 30
参考文献 31
致谢 32
附录 33
1.引言
1.1太阳能安防装置的产业和前景
随着科学的不断进步，智能设备正快速替代人类从事各种工作，极大地节省人类劳动力。
太阳能安防装置的设计是一款利用清洁、无污染的光伏新能源为其供电的智能安防装置。该装置以电子技术为基础，配合AT89S51单片机硬件、高级语言C语言控制编程的简易装置。装置将光伏发电技术与自动控制技术进行了不同领域的融合，以太阳能电池为电源，实现了安防装置简易、轻便、灵巧安装等特点。为克服不同光照幅度下电池板输出电压不稳定的缺点，系统增加了稳压模块，确保为外部负载提供恒定的电压，保证了安防装置的正常工作。
太阳能安防装置可以在展柜中发挥防盗效用，当展品离开触发式的展台时，相应的信号就会反馈，从而启动信号灯或是警铃声；除此之外，太阳能安防装置还可以检测一些危险的事件，如：检测悬崖峭壁上的危石，当安放装置的传感器安放在危石与山体之间，当危石下落的瞬间，启动信号灯闪烁或是警铃声，来提醒预防危险。
该安防系统简易、轻便、便于安装，以可移动的太阳能电池为能源，克服了普通安防装置长距离供电的缺点，降低了成本，提高了安全性能，具有研究发展的巨大前景。
1.2太阳能安防装置的设计目的和意义
太阳能安防装置的设计符合当今低碳、绿色生活理念。尤其是响应政府扶持光伏产业的发展的举措。这不仅有利于增强人们的环境保护意识，更体现在对国家新能源战略计划的支持。
随着科技的不断发展，安防装置涉及到生活中的许多方面，如：红外线监控系统，环境监测系统、防火、防盗、防水、防燃气泄露等系统但是这些安防系统或是使用交流供电或是使用电池供电。使用交流供电需要设计相应的电线布线等问题，同时电线长时间在空中暴露会氧化，存在安全隐患，甚至有时会引起火灾；而干电池或者蓄电池供电虽然解决了布线麻烦的问题，但是废旧的电池会污染环境，不符合当今绿色、环保的生活理念，而太阳能电池提供洁净的能源与绿色、环保相吻合，同时太阳能一步步从光能转化为热能到光能转化为电能的进步也代表着我国新能源的快速发展。太阳能安防装置的研究意义在于将洁净的清洁能源太阳能应用到生活的领域当中，推动了当前光伏产业的发展，同时促进了安防装置的研究发展，有利于安防装置走进生活的各个方面。
1.3系统设计设计思路和方法
太阳能安放装置的设计大体包括五个方面，分为供电模块、稳压模块、控制模块、感应模块和报警模块。
太阳能安放装置主要是利用压力传感器将非电物理量转换为电压信号，起到对压力检测的功能。从控制模块的设计来看，系统大脑选用了低功耗、低电压和高性能的89S51单片机，当单片机接收到压力传感器的信号，反馈给报警系统，从而启动报警系统（蜂鸣器和信号灯工作）。整个安防系统以太阳能电池为电源，但是太阳能电池发电不稳定，为保证安防系统正常的工作，设计中加入了稳压模块，稳定了输出电压，为保证整个系统正常运行夯实了基础。
2.太阳能安防装置总体设计方案
太阳能安防装置的设置包括五个部分，主要由太阳能电池、DC—DC稳压控制、基于单片机89S51的控制模块和感应模块以及报警模块组成。由于天气的变化，太阳光辐射强度的不同，太阳能电池发电不稳定，因此在太阳能电池的输出端增加稳压装置，用于提供稳定的电源。感应模块、控制模块以及报警模块的设计是基于AT89S51单片机功能而设计的。压力传感器将非电量转换为可测的电信号反馈给基于AT89S51单片机的控制系统，促使报警装置工作。太阳能安防系统设计如图2-1所示：
a、太阳能电池供电系统
b、压力传感器报警系统
图2-1 太阳能安防系统设计图
多晶硅太阳能电池在有光的情况下，将光能转化为不稳定的电能，经过稳压器的作用，为安防报警系统提供稳定的电源。安防装置在有稳定电源的情况下，正常工作，压力传感器受到压力，从而控制蜂鸣器的工作。
2.1太阳能电池供电系统
太阳能电池种类繁多，太阳能电池的选择要与系统的额定电压相适应。安防系统需要的电压 ，以此条件选择合适面积的太阳能电池。从各种太阳能电池的优缺点以及经济方面考虑，最后决定选用多晶硅太阳能电池为其供电。
但是无论什么太阳能电池，都有一个共同的缺点——发电不稳定性。在不同辐照强度下，输出电压不稳定，因此设计增加了直流—直流稳压转换器。
在开关式稳压电路方式中，不带变压器的非绝缘式稳压电路是最简单的电路。之所以称为非绝缘型的原因是电路的输入和输出有一些部分是共通的，所以输出和输入两部分之间无法绝缘。非绝缘型稳压电路虽然简单，但适用范围也极其有限，常用于直流——直流转换器。关于独立太阳能器件所涉及的直流转换器主要分为三类：一是降压型 转换器，二是升压型DC-DC转换器，三是升降压型DC-DC转换器。由于系统所选用的太阳能电池得开路电压高，高于压力传感报警系统所需要的幅值，所以采用斩波电路的降压型DC-DC转换器。
图2-2 太阳能电池供电系统实物图
如图2-2所示，是多晶硅太阳能电池板与稳压器相连的太阳能电池供电系统实物图，太阳能电池发电，经过稳压器的作用，输出复合要求的电源。
2.2压力传感报警系统
压力传感报警系统主要有三部分组成：压力传感器模块、单电机控制模块和蜂鸣报警模块。单片机控制模块是整个压力传感报警系统的核心模块。
当压力传感器收到外界压力变化时，有非电量转换为电量反馈给单片机，单片机分析信号，向报警系统发送指令，报警系统接受指令进行工作。压力传感器是根据电子称的原理来工作的，单片机选用的是学校教学常见的AT89S51单片机。同时报警系统还设置了复位键来停止凤鸣报警。
图2-3 压力传感报警系统实物图
如图2-3所示为压力报警传感装置，该装置是使用单片机控制的压力传感报警器，利用应变桥电路将力转换为可测的电压变化，经过HX711芯片的分析，反馈给单片机，由单片机控制蜂鸣器的工作。
2.3本章小结
本章根据设计所涉及的要求，分别对太阳能电池供电部分的电池板的选择和直流转换器以及压力传感器报警系统的压力传感、报警以及控制部分做了简单介绍。设计的进程要求一步一个脚印，做到步步为营，只有确保每个部分的正常工作，才能确保整个设计功能的整体实现，在下一章的进程中，会对设计所涉及的每个模块做详细的说明。
摘 要
太阳能安防报警系统的设计主要有两大部分，（1）太阳能电池发电输出通过用恒压控制法来稳定输出，从而为负载提供稳定的电压电流，以满足负载电路的正常工作。（2）压力传感报警系统是利用压力传感器来将非电量转化为电量，运用单片机来处理电信号，以实现压力传感报警的智能化。设计的最终目标是制作实物，在室外阳光充足的露天环境下运行。
设计中太阳能电池选用的是占现在太阳能电池市场主导地位的多晶硅太阳能电池，其功率为3W，开路电压10.69 ，短路电流为0.38 ，工作电压为9V，工作电流为0.33 。由于太阳能电池发电不稳定，不可以直接连接负载，随环境变换而波动的电压无法满足负载的工作要求，因此在太阳能电池和负载之间增加了稳压转换器，以实现对负载提供稳定的、符合负载工作要求的电能。稳压模块选用的芯片是LM2596S，输入3 -40 电压，经过LM2596S，输出5 电压。将太阳能电池与稳压模块连接，组成太阳能安防系统的供电部分。
传感报警系统使用的是电阻应变片，通过电桥法灵敏地检测压力的大小，并通过 模数转换芯片反馈给单片机，从而控制蜂鸣器的工作。单片机选用的是AT89S51芯片，AT89S51是一种带4K字节
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:太阳能安防报警压力传感器AT89S51单片机
目 录
1.引言 3
1.1太阳能安防装置的产业和前景 3
1.2太阳能安防装置的设计目的和意义 3
1.3系统设计设计思路和方法 4
2.太阳能安防装置总体设计方案 5
2.1太阳能电池供电系统 5
2.2压力传感报警系统 6
2.3本章小结 7
3.太阳能电池供电系统设计 8
3.1太阳能电池概述 8
3.1.1太阳能电池的选择 8
3.1.2影响电池转换效率的因素 9
3.2稳压模块概述 11
3.3 DC—DC变换器 11
3.3.1降压型变换器 12
3.3.2升压型变换器 13
3.3.3降-升压变换电路 15
3.4蓄电池充放电控制器概述 17
3.4.1充放电控制器研究 17
3.5本章小结 19
4.压力传感模块 20
4.1电阻应变式传感器研究 20
4.2测量电路设计研究 20
4.2.1单臂应变电桥电路 21
4.2.2双臂半桥式应变电桥电路 21
4.2.3全桥应变电桥电路 22
4.3本章小结 24
5.基于51单片机的报警系统 25
5.1硬件单片机报警系统 25
5.2系统程序设计 27
5.3本章小结 29
结束语 30
参考文献 31
致谢 32
附录 33
1.引言
1.1太阳能安防装置的产业和前景
随着科学的不断进步，智能设备正快速替代人类从事各种工作，极大地节省人类劳动力。
太阳能安防装置的设计是一款利用清洁、无污染的光伏新能源为其供电的智能安防装置。该装置以电子技术为基础，配合AT89S51单片机硬件、高级语言C语言控制编程的简易装置。装置将光伏发电技术与自动控制技术进行了不同领域的融合，以太阳能电池为电源，实现了安防装置简易、轻便、灵巧安装等特点。为克服不同光照幅度下电池板输出电压不稳定的缺点，系统增加了稳压模块，确保为外部负载提供恒定的电压，保证了安防装置的正常工作。
太阳能安防装置可以在展柜中发挥防盗效用，当展品离开触发式的展台时，相应的信号就会反馈，从而启动信号灯或是警铃声；除此之外，太阳能安防装置还可以检测一些危险的事件，如：检测悬崖峭壁上的危石，当安放装置的传感器安放在危石与山体之间，当危石下落的瞬间，启动信号灯闪烁或是警铃声，来提醒预防危险。
该安防系统简易、轻便、便于安装，以可移动的太阳能电池为能源，克服了普通安防装置长距离供电的缺点，降低了成本，提高了安全性能，具有研究发展的巨大前景。
1.2太阳能安防装置的设计目的和意义
太阳能安防装置的设计符合当今低碳、绿色生活理念。尤其是响应政府扶持光伏产业的发展的举措。这不仅有利于增强人们的环境保护意识，更体现在对国家新能源战略计划的支持。
随着科技的不断发展，安防装置涉及到生活中的许多方面，如：红外线监控系统，环境监测系统、防火、防盗、防水、防燃气泄露等系统但是这些安防系统或是使用交流供电或是使用电池供电。使用交流供电需要设计相应的电线布线等问题，同时电线长时间在空中暴露会氧化，存在安全隐患，甚至有时会引起火灾；而干电池或者蓄电池供电虽然解决了布线麻烦的问题，但是废旧的电池会污染环境，不符合当今绿色、环保的生活理念，而太阳能电池提供洁净的能源与绿色、环保相吻合，同时太阳能一步步从光能转化为热能到光能转化为电能的进步也代表着我国新能源的快速发展。太阳能安防装置的研究意义在于将洁净的清洁能源太阳能应用到生活的领域当中，推动了当前光伏产业的发展，同时促进了安防装置的研究发展，有利于安防装置走进生活的各个方面。
1.3系统设计设计思路和方法
太阳能安放装置的设计大体包括五个方面，分为供电模块、稳压模块、控制模块、感应模块和报警模块。
太阳能安放装置主要是利用压力传感器将非电物理量转换为电压信号，起到对压力检测的功能。从控制模块的设计来看，系统大脑选用了低功耗、低电压和高性能的89S51单片机，当单片机接收到压力传感器的信号，反馈给报警系统，从而启动报警系统（蜂鸣器和信号灯工作）。整个安防系统以太阳能电池为电源，但是太阳能电池发电不稳定，为保证安防系统正常的工作，设计中加入了稳压模块，稳定了输出电压，为保证整个系统正常运行夯实了基础。
2.太阳能安防装置总体设计方案
太阳能安防装置的设置包括五个部分，主要由太阳能电池、DC—DC稳压控制、基于单片机89S51的控制模块和感应模块以及报警模块组成。由于天气的变化，太阳光辐射强度的不同，太阳能电池发电不稳定，因此在太阳能电池的输出端增加稳压装置，用于提供稳定的电源。感应模块、控制模块以及报警模块的设计是基于AT89S51单片机功能而设计的。压力传感器将非电量转换为可测的电信号反馈给基于AT89S51单片机的控制系统，促使报警装置工作。太阳能安防系统设计如图2-1所示：
a、太阳能电池供电系统
b、压力传感器报警系统
图2-1 太阳能安防系统设计图
多晶硅太阳能电池在有光的情况下，将光能转化为不稳定的电能，经过稳压器的作用，为安防报警系统提供稳定的电源。安防装置在有稳定电源的情况下，正常工作，压力传感器受到压力，从而控制蜂鸣器的工作。
2.1太阳能电池供电系统
太阳能电池种类繁多，太阳能电池的选择要与系统的额定电压相适应。安防系统需要的电压 ，以此条件选择合适面积的太阳能电池。从各种太阳能电池的优缺点以及经济方面考虑，最后决定选用多晶硅太阳能电池为其供电。
但是无论什么太阳能电池，都有一个共同的缺点——发电不稳定性。在不同辐照强度下，输出电压不稳定，因此设计增加了直流—直流稳压转换器。
在开关式稳压电路方式中，不带变压器的非绝缘式稳压电路是最简单的电路。之所以称为非绝缘型的原因是电路的输入和输出有一些部分是共通的，所以输出和输入两部分之间无法绝缘。非绝缘型稳压电路虽然简单，但适用范围也极其有限，常用于直流——直流转换器。关于独立太阳能器件所涉及的直流转换器主要分为三类：一是降压型 转换器，二是升压型DC-DC转换器，三是升降压型DC-DC转换器。由于系统所选用的太阳能电池得开路电压高，高于压力传感报警系统所需要的幅值，所以采用斩波电路的降压型DC-DC转换器。
图2-2 太阳能电池供电系统实物图
如图2-2所示，是多晶硅太阳能电池板与稳压器相连的太阳能电池供电系统实物图，太阳能电池发电，经过稳压器的作用，输出复合要求的电源。
2.2压力传感报警系统
压力传感报警系统主要有三部分组成：压力传感器模块、单电机控制模块和蜂鸣报警模块。单片机控制模块是整个压力传感报警系统的核心模块。
当压力传感器收到外界压力变化时，有非电量转换为电量反馈给单片机，单片机分析信号，向报警系统发送指令，报警系统接受指令进行工作。压力传感器是根据电子称的原理来工作的，单片机选用的是学校教学常见的AT89S51单片机。同时报警系统还设置了复位键来停止凤鸣报警。
图2-3 压力传感报警系统实物图
如图2-3所示为压力报警传感装置，该装置是使用单片机控制的压力传感报警器，利用应变桥电路将力转换为可测的电压变化，经过HX711芯片的分析，反馈给单片机，由单片机控制蜂鸣器的工作。
2.3本章小结
本章根据设计所涉及的要求，分别对太阳能电池供电部分的电池板的选择和直流转换器以及压力传感器报警系统的压力传感、报警以及控制部分做了简单介绍。设计的进程要求一步一个脚印，做到步步为营，只有确保每个部分的正常工作，才能确保整个设计功能的整体实现，在下一章的进程中，会对设计所涉及的每个模块做详细的说明。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/gdxx/400.html
