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    高杆灯景观灯庭院灯路灯厂家讲解智能太阳能路灯的单片机设计方案
    发布时间:2018/4/25 14:42:21 阅读:

    太阳能路灯的应用具有重要的现实意义,尤其是靠小规模火力发电或季节性水力发电的地区,更应大力发展太阳能电力。太阳能路灯以其先进、稳定、智能、成熟的控制技术及显著的节能特性、简便的维护方式等特点得到推广。随着太阳能照明灯具产品的普及,很多应用项目存在质量和售后服务问题。因此,需及时分析原因、规范市场,使太阳能路灯市场健康有序地发展。太阳能是地球上最为直接、普遍、清洁的能源,其作为一种可再生能源,每天达到地球表面的辐射能约2.5亿万桶石油。


    选择DS1302计时器、AT24C02存储器、4位数码显示器、过充过放电路、STC12C2051单片机等组成智能控制系统。根据各部分电路的功能不同,整体电路可分为以下几个部分:太阳能电池板组件、过充过放电路、STC12C2051单片机、蓄电池、时控光控电路、照明负载和时间显示电路。


    1.1 电源电路设计


    电源电路如图1所示。系统由太阳能电池板供电,24 V蓄电池电压经过7805稳压后产生5 V电压,作为控制器的主电源。电容C2作为高频旁路电容,将高频信号旁路到地。同样电容C1为滤波电容。


    1.2 方案选择


    DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,其可对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2。5~5。5V采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加了主电源/后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。


    在设计中一般使用的计时功能电路有软件计时,定时器定时,但其缺点是计时有误差,需隔一段时间校正一次;另一种是硬件计时,现在流行的串行时钟电路有DS1302、DS1 307、PCF8485等,这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便,被广泛地采用。在设计中采用硬件定时,时钟芯片DS1302。DS1302是Dallas公司的一种具有涓细电流充电能力的电路,主要特点是采用串行数据传输,可为掉电保护电源提供可编程的充电功能,并且可以关闭充电功能。


    RST输入有两种功能:首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送入移位寄存器。其次,RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时,所有数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平,则会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态。


    采用时钟控器型的路灯控制器,要预先设定开关时间,使路灯按时亮灯、准时熄灯,从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰,除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间,需人工调整开关时间,费时费力,不利于节能。定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型,机械钟表型以石英钟为主,走时精准,但是由于机芯内使用塑料齿轮在高温下会变形,从而导致停机现象。


    电子钟表型定时开关使用的也较多,常用LR6818、LM8650、LM8561等集成块为中心的电子钟电路。图2为与单片机的连接图,其中VCC1为主电源,VCC2为后备电源。在一般情况下,SCL、I/O、RST与单片机连接实现1302的读写控制。


    存储器AT2402的1,2,3脚为空脚,4脚为接地端,5脚为数据端,6脚为时钟端,7脚为写保护端口,8脚为电源。


    AT24C02在设计中的作用是掉电存储器,是为防止电源突然断开时,用户信息不会丢失,存储当前设定的信息。AT24C02是Atmel公司的2 kB的电可擦除存储芯片,由于AT24C 02的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。电压最低可达2.5 V,额定电流为1 mA,静态电流10 μA(5.5 V),芯片内的资料可在断电的情况下保存相当长的时间,而且采用8脚的DIP封装,使用方便。其与单片机的连接如图3所示。


    太阳能路灯与普通路灯控制电路功能基本相同,均是为了完成晚上亮灯,早晨熄灯以及对蓄电池的充电管理。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等,但由于其工作原理不同,各有优缺点。


    2 软件设计


    系统的软件设计主要包括程序初始化、时间设定子程序、1302的读写程序、24C02的读写程序、时间比较子程序、按键子程序、显示刷新子程序等共同组成。程序开始要进行初始化,调用24C02内部存储的开关路灯时间点,程序每隔一段时间调一次1302中的时间。通过程序将设定的时间同系统当前时间进行比较,设定的比较间隔为1 s/次,当时间相同时,则通过程序输出控制信号,如图4所示。


    能源电路部分中的器件参数可以通过计算得出,驱动电路是一种成熟的电路,已经得到广泛应用,单片机的算法程序已在开发板上运行成功。其中器件参数也可确定单片机的算法程序在开发板上运行,到达预期的目的,因此该方案是可行的。图5为该系统显示部分仿真电路图,图6是过冲过放电路图。该系统理论值是12 V,实际测量值为9.4 V,存在一定的误差。


    3 结束语


    针对目前市场上太阳能路灯的普遍不足之处,本文提出了一种基于单片机智能控制的太阳能路灯设计方案。本方案不仅可以实现智能控制,且可使路灯系统运行在节能状态,提高能源的利用率。

     

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