单片机太阳能LED照明系统设计
单片机太阳能LED照明系统设计[20200419160724]
摘要
太阳能路灯是利用收集来的太阳能储存在蓄电池中从而给予发光负载供电的一种新型照明工具。太阳能具有清洁无污染、可再生等优势。现如今太阳能路灯不仅得到人们的青睐，而且已经开始被实施使用。本文主要讲述了基于AT89系列单片机的太阳能LED照明系统的设计。在系统总体建构基础上，首先对太阳能LED照明系统各组成部分工作原理进行深入的研究，控制器选用AT89C52单片机和ADC0808转换芯片作为主要设计单元； 其次，在Keil uVision3的基础上进行软件编写；然后，利用protues软件，对系统进行整体仿真，并且还对该系统设计过充保护、过放保护；最终实现了整个太阳能LED照明系统的模拟仿真。并且在仿真的基础上成功地完成了实物调试。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:太阳能蓄电池AT89单片机控制器
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究主要内容 1
1.3 系统主要构思 2
2 系统硬件设计 4
2.1 系统各部分组成 4
2.1.1 控制器 4
2.1.2 太阳能光电池组 5
2.1.3 蓄电池 5
2.1.4 LED负载 6
2.1.5 光敏电阻 7
2.1.6 ADC0808模数转换 8
2.2电路设计 9
2.2.1 整体模拟仿真电路设计 9
2.2.2 防过充过放 10
2.2.3 防反接 10
2.2.4 数码管 11
2.2.5 蜂鸣器 12
3 系统软件设计 14
3.1 系统总体设计 14
3.2 软件各功能模块设计 15
3.2.1 定时处理模块 15
3.2.2 蓄电池电压检测模块/昼夜检测模块 15
3.2.3 充电控制模块 16
3.2.4 负载控制模块 17
4 系统整体调试 19
4.1 调试过程 19
4.2 调试结果 20
4.3 所遇问题及解决方法 22
结束语 23
参考文献 24
附录 25
致谢 32
1 绪论
1.1 课题研究背景
21世纪以来人类面临着一场巨大的挑战，众所周知就是能够实现经济与能源可持续发展。由于随着石油、天然气、煤碳等不可再生资源的日渐枯竭，这种挑战愈演愈烈，与此同时环境的污染也成为全球紧急的问题。新能源的开发、利用对人类而言是迫在眉睫，加之不仅要实现能源再生化还要做到能源不污染环境，这就成了全球热议的话题与将要面临的巨大挑战。
太阳能利用的发展让人们看到了希望，太阳能是一种清洁无污染、可再生的新能源，因此得到很多人的青睐。近些年来发展最快，最具活力的研究领域当然包括太阳能光伏照明系统，它是利用收集到的太阳能转换成电能从而提供给照明灯具供能，要想实现这一过程就必须建立在能量储存与能量转换上，而太阳能LED照明系统中使用的是蓄电池储能，与传统的照明系统相比较太阳能LED照明系统不需要大范围的架设电缆线拉电网，这样就可以节约很多费用与能量，比较方便灵活性好，而且还无污染。
由于对太阳能LED照明系统的设施需要耗费的资金比较多，现如今技术的发展也还有一定的限度，再加上人们对太阳能LED照明系统的了解也不够透彻，并且太阳能LED照明系统需要大量收集存储太阳能，而到处都有高楼大厦，树木林荫，这样一来就对太阳能的收集产生很大的影响，因此在当今社会对太阳能LED照明系统的普及性还不是很大。但是我相信科学的力量是无止境的，未来太阳能LED照明系统一定会得到普遍使用。
本设计中的太阳能LED照明系统一共包括四个部分，即控制器、太阳能光电池、蓄电池以及LED负载。其中控制器包括光控、数模转换、驱动、以及防过充过放部分。该系统实现智能化工作，白天收集太阳能储存在蓄电池中，晚上进行供电照明，其中还包括防过充过放功能，选择适当的储能器件就可以连续几天阴雨天气都正常照明。
1.2 课题研究主要内容
基于AT89C52单片机建立一个太阳能LED照明系统，使得以下功能得以实现。
（1）蓄电池的过充保护
通过测量蓄电池两端电压来判断电量是否充满，当两端电压大于14.5V时，电子开关断开，充电结束，否则继续充电。
（2）蓄电池的过放保护
通过检测蓄电池两端电压来判断能否达到继续供电，当两端电压小于10V时，停止对外供电，反之可继续向负载供电。
（3）光控开灯
本设计中实行光控开灯，即当光敏电阻感受到光时测量其两端电压，再通过A/D转换使单片机做出正确的判断，打开灯或是关闭灯。
（4）防反接
为了保护电路，防止发生意外情况导致系统的损坏，在设计过程中还应加入防反接电路，以此来保护电路的正常运行。
（5）智能控制
智能控制在该系统中起到举足轻重的作用。通过对蓄电池两端电压采集，经过A/D转换传输给单片机，由单片机根据事先编写好的代码进行条件判断，再做出相应的功能反馈，打开放电模块还是充电模块；通过采集光敏电阻两端的电压，再经过A/D转换输送给单片机，让单片机在先前编好代码的情况下能够对数据进行比对，根据比对的结果，做出白天或者晚上相应的功能反馈。
1.3 系统主要构思
在开始进入本系统设计之前，为了深入了解太阳能电池、LED照明系统、蓄电池等主要器件的背景、性能和未来的发展前景等信息，便于我在太阳能LED照明系统的设计上能够得到启发，我在图书馆查阅了大量与之相关的书籍资料，从而对整个太阳能LED照明系统有了更深地了解。
该系统采用光控开灯，这就涉及到对光线的检测与命令的执行控制（关灯、开灯），在光照度满足设定条件时，光线采集电路将检测到的相关数据输送给控制器，由控制器做出比对判断，发出指令使得相应的电路被执行。在这过程中还需要A/D转换对采集到的数据进行处理才可以准确无误的被单片机识别判断，做出更准确的指令发送。
如图1-1所示为系统的总体框图。太阳能光电池模块经过防过充过放电路实现太阳能的采集，并将所获得的能量储存在蓄电池中，蓄电池向驱动电路进行供电，在AT89C52智能控制器控制的情况下，驱动电路驱动负载电路工作。本设计中通过判断采集电压值的大小输入到ADC0808进行模数转换输送给单片机从而实现模拟光控开灯，最终实现本系统的总体设计。
图 1-1 系统框图
2 系统硬件设计
2.1 系统各部分组成
系统主要由控制器、太阳能光电池、蓄电池、LED负载组成，每一个组成的选择都对整个太阳能LED照明系统有着决定性的影响，所以该系统各组成部分的选择极其重要。
2.1.1 控制器
控制器在太阳能LED照明系统中起着很大的作用，它能够使太阳能光电池与蓄电池在最高效、节能、稳定、安全的状态下进行工作，并且能够使蓄电池的寿命得以延长，从而使得系统更加稳定，正常工作，还可以节约大量资金。蓄电池的充电、放电都是通过控制器进行控制，并且要根据发光负载的工作需求进行合理的给予电量，这就需要控制器对太阳能光电池组件进行合理的控制，从而输出负载所需要的工作电量。有控制器对蓄电池的有效控制就可以防止蓄电池发生过充、过放的情况，从而使得蓄电池得到应有的保护。此外，该系统还具有防反接保护，这样就使得系统更加安全有效地工作。并且，光控功能也是控制器所具备的，晚上自动开灯照明，白天关灯充电储能，这些工作状态都是由检测太阳能光电池组件两端和蓄电池两端电压并通过A/D转换传送给控制器进行判别才得以确定执行，最终实现整个太阳能LED照明系统的智能化控制管理。
本设计中基于对芯片的熟悉我采用的是AT89C52芯片， AT89C52芯片里的只读存储器（PEROM）是8k bytes可以反复擦写，它的随机存取数据存储器（RAM）是256bytes ，它的生产是采用了ATMEL公司的非易失性、高密度存储技术， 8052产品及标准MCS-51指令系统引脚都与其兼容， 片内的Flash存储单元和8位中央处理器（CPU）都是通用的。AT89C52在本设计中的用途及各引脚功能如表2-1所示。
摘要
太阳能路灯是利用收集来的太阳能储存在蓄电池中从而给予发光负载供电的一种新型照明工具。太阳能具有清洁无污染、可再生等优势。现如今太阳能路灯不仅得到人们的青睐，而且已经开始被实施使用。本文主要讲述了基于AT89系列单片机的太阳能LED照明系统的设计。在系统总体建构基础上，首先对太阳能LED照明系统各组成部分工作原理进行深入的研究，控制器选用AT89C52单片机和ADC0808转换芯片作为主要设计单元； 其次，在Keil uVision3的基础上进行软件编写；然后，利用protues软件，对系统进行整体仿真，并且还对该系统设计过充保护、过放保护；最终实现了整个太阳能LED照明系统的模拟仿真。并且在仿真的基础上成功地完成了实物调试。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:太阳能蓄电池AT89单片机控制器
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究主要内容 1
1.3 系统主要构思 2
2 系统硬件设计 4
2.1 系统各部分组成 4
2.1.1 控制器 4
2.1.2 太阳能光电池组 5
2.1.3 蓄电池 5
2.1.4 LED负载 6
2.1.5 光敏电阻 7
2.1.6 ADC0808模数转换 8
2.2电路设计 9
2.2.1 整体模拟仿真电路设计 9
2.2.2 防过充过放 10
2.2.3 防反接 10
2.2.4 数码管 11
2.2.5 蜂鸣器 12
3 系统软件设计 14
3.1 系统总体设计 14
3.2 软件各功能模块设计 15
3.2.1 定时处理模块 15
3.2.2 蓄电池电压检测模块/昼夜检测模块 15
3.2.3 充电控制模块 16
3.2.4 负载控制模块 17
4 系统整体调试 19
4.1 调试过程 19
4.2 调试结果 20
4.3 所遇问题及解决方法 22
结束语 23
参考文献 24
附录 25
致谢 32
1 绪论
1.1 课题研究背景
21世纪以来人类面临着一场巨大的挑战，众所周知就是能够实现经济与能源可持续发展。由于随着石油、天然气、煤碳等不可再生资源的日渐枯竭，这种挑战愈演愈烈，与此同时环境的污染也成为全球紧急的问题。新能源的开发、利用对人类而言是迫在眉睫，加之不仅要实现能源再生化还要做到能源不污染环境，这就成了全球热议的话题与将要面临的巨大挑战。
太阳能利用的发展让人们看到了希望，太阳能是一种清洁无污染、可再生的新能源，因此得到很多人的青睐。近些年来发展最快，最具活力的研究领域当然包括太阳能光伏照明系统，它是利用收集到的太阳能转换成电能从而提供给照明灯具供能，要想实现这一过程就必须建立在能量储存与能量转换上，而太阳能LED照明系统中使用的是蓄电池储能，与传统的照明系统相比较太阳能LED照明系统不需要大范围的架设电缆线拉电网，这样就可以节约很多费用与能量，比较方便灵活性好，而且还无污染。
由于对太阳能LED照明系统的设施需要耗费的资金比较多，现如今技术的发展也还有一定的限度，再加上人们对太阳能LED照明系统的了解也不够透彻，并且太阳能LED照明系统需要大量收集存储太阳能，而到处都有高楼大厦，树木林荫，这样一来就对太阳能的收集产生很大的影响，因此在当今社会对太阳能LED照明系统的普及性还不是很大。但是我相信科学的力量是无止境的，未来太阳能LED照明系统一定会得到普遍使用。
本设计中的太阳能LED照明系统一共包括四个部分，即控制器、太阳能光电池、蓄电池以及LED负载。其中控制器包括光控、数模转换、驱动、以及防过充过放部分。该系统实现智能化工作，白天收集太阳能储存在蓄电池中，晚上进行供电照明，其中还包括防过充过放功能，选择适当的储能器件就可以连续几天阴雨天气都正常照明。
1.2 课题研究主要内容
基于AT89C52单片机建立一个太阳能LED照明系统，使得以下功能得以实现。
（1）蓄电池的过充保护
通过测量蓄电池两端电压来判断电量是否充满，当两端电压大于14.5V时，电子开关断开，充电结束，否则继续充电。
（2）蓄电池的过放保护
通过检测蓄电池两端电压来判断能否达到继续供电，当两端电压小于10V时，停止对外供电，反之可继续向负载供电。
（3）光控开灯
本设计中实行光控开灯，即当光敏电阻感受到光时测量其两端电压，再通过A/D转换使单片机做出正确的判断，打开灯或是关闭灯。
（4）防反接
为了保护电路，防止发生意外情况导致系统的损坏，在设计过程中还应加入防反接电路，以此来保护电路的正常运行。
（5）智能控制
智能控制在该系统中起到举足轻重的作用。通过对蓄电池两端电压采集，经过A/D转换传输给单片机，由单片机根据事先编写好的代码进行条件判断，再做出相应的功能反馈，打开放电模块还是充电模块；通过采集光敏电阻两端的电压，再经过A/D转换输送给单片机，让单片机在先前编好代码的情况下能够对数据进行比对，根据比对的结果，做出白天或者晚上相应的功能反馈。
1.3 系统主要构思
在开始进入本系统设计之前，为了深入了解太阳能电池、LED照明系统、蓄电池等主要器件的背景、性能和未来的发展前景等信息，便于我在太阳能LED照明系统的设计上能够得到启发，我在图书馆查阅了大量与之相关的书籍资料，从而对整个太阳能LED照明系统有了更深地了解。
该系统采用光控开灯，这就涉及到对光线的检测与命令的执行控制（关灯、开灯），在光照度满足设定条件时，光线采集电路将检测到的相关数据输送给控制器，由控制器做出比对判断，发出指令使得相应的电路被执行。在这过程中还需要A/D转换对采集到的数据进行处理才可以准确无误的被单片机识别判断，做出更准确的指令发送。
如图1-1所示为系统的总体框图。太阳能光电池模块经过防过充过放电路实现太阳能的采集，并将所获得的能量储存在蓄电池中，蓄电池向驱动电路进行供电，在AT89C52智能控制器控制的情况下，驱动电路驱动负载电路工作。本设计中通过判断采集电压值的大小输入到ADC0808进行模数转换输送给单片机从而实现模拟光控开灯，最终实现本系统的总体设计。
图 1-1 系统框图
2 系统硬件设计
2.1 系统各部分组成
系统主要由控制器、太阳能光电池、蓄电池、LED负载组成，每一个组成的选择都对整个太阳能LED照明系统有着决定性的影响，所以该系统各组成部分的选择极其重要。
2.1.1 控制器
控制器在太阳能LED照明系统中起着很大的作用，它能够使太阳能光电池与蓄电池在最高效、节能、稳定、安全的状态下进行工作，并且能够使蓄电池的寿命得以延长，从而使得系统更加稳定，正常工作，还可以节约大量资金。蓄电池的充电、放电都是通过控制器进行控制，并且要根据发光负载的工作需求进行合理的给予电量，这就需要控制器对太阳能光电池组件进行合理的控制，从而输出负载所需要的工作电量。有控制器对蓄电池的有效控制就可以防止蓄电池发生过充、过放的情况，从而使得蓄电池得到应有的保护。此外，该系统还具有防反接保护，这样就使得系统更加安全有效地工作。并且，光控功能也是控制器所具备的，晚上自动开灯照明，白天关灯充电储能，这些工作状态都是由检测太阳能光电池组件两端和蓄电池两端电压并通过A/D转换传送给控制器进行判别才得以确定执行，最终实现整个太阳能LED照明系统的智能化控制管理。
本设计中基于对芯片的熟悉我采用的是AT89C52芯片， AT89C52芯片里的只读存储器（PEROM）是8k bytes可以反复擦写，它的随机存取数据存储器（RAM）是256bytes ，它的生产是采用了ATMEL公司的非易失性、高密度存储技术， 8052产品及标准MCS-51指令系统引脚都与其兼容， 片内的Flash存储单元和8位中央处理器（CPU）都是通用的。AT89C52在本设计中的用途及各引脚功能如表2-1所示。
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