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1、本 科 毕 业 设 计毕业设计题目：太阳能LED路灯电路控制系统摘要太阳能路灯是太阳能应用产品的重要代表，本文主要介绍了以单片机为核心的太阳能路灯控制器的设计，该控制器通过对蓄电池电压、充电电流等参数的检测判断，控制开关管的关断，来实现充放电控制和保护功能。对系统的硬件和软件的设计做了说明，系统采用PWM技术对蓄电池进行充电管理。与以往的控制器相比，此控制器成本低，可靠性高。本文同时还简单介绍了LED的驱动电路设计。关键词：太阳能 控制器 充放电 LED 单片机 AbstractSolar street lamp is an important representation of solar
2、energy produces, The design of solar street lamp controller based on microcontroller is mainly introduced. By examination and judgment on the parameter such as battery voltage, charge hardcore current and etc., controlled the switch tube breaking in order to realize the control on charge, discharge
3、and protection function. The hardware structure and software design are given. The system adopts the PWM technique to carry on the charge management of storage battery. Compared with former controller, the cost of this controller was low, the credibility was high. At the same time, this paper also i
4、ntroduced the design of the LED lighting system. Key words： solar energy; controller; charge and discharge; LED; on-chip computer目 录1. 前言.12. 方案制定前的调查分析.1 2.1太阳能应用的前景.1 2.2市场调查.23. 太阳能路灯各个部件的简单介绍.3 3.1 太阳能电池的工作特性、原理及使用注意事项3 3.2 锂电池的特性5 3.3 LED的特性.5 4. 太阳能路灯的主要功能和组成.6 4.1 主要功能6 4.2 太阳能路灯的组成部份包括6 5. 太
5、阳能路灯控制器.75.1 原理7 5.2 电池电压和电流的检测7 5.2.1. 电压的检测.7 5.2.2. 充电电流的检测.7 5.3 锂电池充电控制.11 5.3.1 锂电池的充电过程.11 5.3.2 具体的控制原理.12 5.4 开关管的选择.13 5.5 照明部分的控制.13 5.6 光控电路.14 5.7 供电电源.15 5.8 程序的编写15 5.9 太阳能路灯控制器成本估计.186. 太阳能路灯照明部分的设计18 6.1 使用LED作为照明的理由.186.2 LED驱动196.2.1 LED驱动要求.19 6.2.2 LED驱动电路.20 6.2.3 LED散热.217. 太阳
6、能电池和蓄电池的选型.218 结语.22参考文献.23致谢.241前言当煤炭、石油等不可再生能源频频告急, 能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时,很多国家都正在开发新的能源.寻求经济发展的新动力,由于太阳能是一种可再生能源,用之不尽,是一种理想的能源, 世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。我国是一个太阳能资源非常丰富的国家。加上我国的光伏产业的迅猛发展。太阳能产品具备很广的市场。在照明灯具中，作为技术和艺术相结合的太阳能路灯已开始在很多地方推广应用。太阳能路灯具备很多优点：安装、维护方便，不需和电网相连接，所以不需要挖坑埋电缆或架设电缆。安装的地点灵活方便。太阳能路灯
7、只需太阳能作为能源，不污染环境。为了能更好地利用太阳能。本文就针对太阳能的利用，制定一个太阳能路灯控制系统的设计方案。一个完整的路灯由四个部分组成:太阳能电池、蓄电池（锂电池）、控制器、LED照明。2方案制定前的调查分析2.1太阳能应用的前景太阳能可以说是用之不竭能源，利用好太阳能可以解决人类能源问题。整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的，高达 3.865*1026 J，相当于每秒钟燃烧 1. 32 *1016 t标准煤所发出的能量。虽然太阳距离地球远在1.5 * 108km。之外，它的能量有22亿分之一到达地球之上1。平均来说，在地球大气外面正对着太阳的1 M2的面积上，每分钟接受的太阳
8、能量大约为1 367 W。这是一个很重要的数字，叫做太阳常数。总之到达地球范围内的太阳总辐射能量大约为 1.73 *1014 kW。其中，被大气吸收的太阳辐射能大约为 4.0 *1013 kW，约占到达地球范围内的太阳总辐射能量的 23%;被大气分子和尘粒反射回宇宙空间的太阳辐射能大约为 5.2*1013 kW，约占30%;穿过大气层到达地球表面的太阳辐射能大约为8.1 *1013 kW，约占47%。在到达地球表面的太阳辐射能中，到达地球陆地表面的辐射能大约为1.7*1013 kW，大约占到达地球范围内的太阳总辐射能量的10%。到达地球陆地表面的这 1.7 *1013 kW 是个什么量级呢?形
9、象地说，它相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的三万五千多倍。在陆地表面所接受的这部分太阳辐射能中，被植物吸收的仅占0.015%，被人们利用作为燃料和食物的仅占0.002%，已利用的比重微乎其微。在我国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳能总辐射量为3 340 - 8 400 MJ /（m2*a），中值为5 852 MJ /（m2*a）。从全国太阳能年总辐射量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳能总辐射量很大。尤其是青藏
10、高原地区最大，这里平均海拔高度在4 000 m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如，被人们称为 日光城”的拉萨市，1961年至 1970年的太阳年平均日照时间为 3 005.7 h,相对日照为68%，年平均晴天为108.5 d，阴天为98.8 d，年平均云量为4.8，太阳能总辐射量为8 160 MJ /（m2*a），比全国其他省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳能年总辐射量最小，尤其是四川盆地，那里雨多、雾多、晴天较少。例如，素有 “雾都”之称 的成 都，年 平 均 日照 时 数 仅 为1 152.2 h,相对 日照为 26%，年平均晴天为 24.7 d，阴天
11、达244.6 d，年平均云量高达8.4。其他地区的太阳能年总辐射量居中2。可见，利用太阳能的潜力是相当大的，开发利用太阳能为人类服务是大有可为的。2.2市场调查一个完整的路灯由四个部分组成:太阳能电池、蓄电池（锂电池）、控制器、LED照明.四个部分中价格最昂贵的是太阳能电池. 中国光伏产业正以每年30%的速度增长，2005年中国太阳能电池生产总量达到139MW，较2004年猛增了179%，2006年达到400MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，产能则达到惊人的1180MW。以3年产量增长45倍，产能增加125倍而成为全球发展最快的国家。在今后的十几年中，太阳电池的市场走向将发生很大的改变，
12、到2010年以前中国太阳电池多数是用于独立光伏发电系统，从2011年到2020年，中国光伏发电的市场主流将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。在国家各部委立项支持下，目前中国实验室太阳能电池的效率已达21%，可商业化的光伏组件效率达14-15%，一般商业化电池效率10-13%。中国太阳能光伏电池生产成本已大幅下降，目前太阳能电池的价格大约是34元/瓦.太阳能电池的封装形式主要有2种，层压和滴胶，层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅12年.因此，1W以下的小功率太阳能草坪灯,在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴
13、胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能灯，最好使用层压的封装形式.另外，有一种硅凝胶用于滴胶封装太阳能电池，据说工作寿命可以达到10年.由此可以看出使用层压工艺的太阳能电池的寿命是比较长的. 锂电池的寿命也比较长,只要充放电控制部分做得好一些以保证蓄电池不要过充过放等.由以上分析可知,做一个小的庭院灯价格为2000-3000元(包括蓄电池,控制器,LED灯),功率更大的路灯价格更是昂贵.总体价格高,但一次性投资便可使用20-30年,既省去以后20、30年的电费和维护费。既省电又环保.从长远来看,应该是值得选择的3. 太阳能路灯各个部件的简单介绍3.1 太阳能电池的工作特性、原理及使用注意事项太
14、阳能电池单体是用于光电转换的最小单元 ，它的尺寸一般为 4 cm2到 5 cm2。太阳能电池单体工作电压为 0.45一0.50 V，工作电流为20-25 mA/cm2，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串联、并联并封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦、百余瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串联、并联并装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，它可以满足负载所要求的输出功率，如图3.1.1所示。图3.1.1 太阳能电池的单体、组件和方阵太阳能电池的工作原理如下：光是由光子组成的，而光子是含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波长决定。光被晶体硅吸收后
15、 ，在 PN结中产生一对对的正、负电荷，由于在 PN结区域的正、负电荷被分离，于是一个外电流场就产生了，电流从晶体硅片电池的底端经过负载流至电池的顶端。将一个负载连接在太阳能电池的上、下两表面间时，将有电流流过负载，于是太阳能电池就产生了电流。太阳能电池吸收的光子越多，产生的电流也就越大。光子的能量由波长决定，低于基能能量的光子不能产生 自由电子，1个高于基能能量的光子将仅产生 1个自由电子，多余的能量将使电池发热，伴随电能损失的影响将使太阳能电池的效率下降。硅太阳能电池的种类：目前世界上有三种已经商品化的硅太阳能电池，即单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。由于单晶硅太阳能电
16、池所使用的单晶硅材料与半导体工业所使用的材料具有相同的品质，所以材料成本比较昂贵。多晶硅太阳能电池晶体方向的无规则性，意味着正、负电荷对并不能全部被 PN结电场所分离，因为电荷对在晶体与晶体之间的边界上可能因晶体的不规则性而损失，所以多晶硅太阳能电池的效率一般要比单晶硅太阳能电池稍低。但多晶硅太阳能电池可用铸造的方法生产，所以它的成本比单晶硅太阳能电池要低。非晶硅太阳能电池属于薄膜电池，造价低廉，但光电转换效率比较低，稳定性也不如晶体硅太阳能电池，目前多用于弱光性电源，如手表，计算器等的电池。太阳能电池电气特性：太阳能电池组件的电气特性主要是指电流电压特性，也称为 I-V曲线 ，如图3.1.2
17、所示。图3.1.2 太阳能电池的I-V特性曲线I-电流；Isc-短路电流；Im-最大工作电流V-电压；Voc-开路电压；Vm-最大工作电压Pm-最大功率I-V曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流Im与电压 Vm在特定的太阳辐照度下的关系。如果太阳能电池组件电路短路，即 V=0，此时的电流称为短路电流 Isc；如果电路开路，即 I=O，此时的电压称为开路电压 Vcc。太阳能电池组件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积，即P= V* I.当太阳能电池组件的电压上升时，例如 ，通过增加负载的电阻值或组件的电压从0(短路条件下)开始增加时，组件的输出功率亦从 0开始增加，当电压达到一定值时，功
18、率可达到最大。而当电阻值继续增加时，功率将跃过最大点，并逐渐减少至 0，即电压达到开路电压 Vcc。组件输出功率达到最大值的点，称为最大功率点;该点所对应的电压，称为最大功率点电压 Vm(又称为最大工作电压);该点所对应的电流，称为最大功率点电流Irn (又称为最大工作电流);该点的功率，称为最大功率Pm。 随着太阳能电池温度的增加，开路电压减小，大约温度每升高1，每片电池的电压减少5 mV，相当于在最大功率点的典型温度系数为-0. 4 % /。也就是说，如果太阳能电池温度每升高1，则最大功率减少 0.4%。 太阳能电池的可靠性在很大程度上取决于其防腐、防风、防雹、防雨等能力。而潜在的质量问题
19、是边沿的密封效果以及组件背面的接线盒质量。太阳能电池的封装方式主要有以下两种: a.双面玻璃密封。太阳能电池组件的正、反两面均是玻璃板，太阳能电池被镶嵌在一层聚合物中。这种密封方式存在的一个主要问题是玻璃板与接线盒之间的连接。这种连接不得不通过玻璃板的边沿，因为在玻璃板上打孔是很昂贵的。 b.玻璃合金层叠密封。这种组件的前面是玻璃板，背面是一层合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太阳能电池也是被镶嵌在一层聚合物中的。在这种太阳能电池组件中，电池与接线盒之间可直接用导线连接。太阳能电池使用注意事项：(1).太阳能电池安装倾斜角度的选择和装饰性外罩为了美观，许多太阳能灯具生产工厂将太阳能电池
20、水平放置，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少15%20%，如果再在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少5%左右，太阳能电池价格昂贵，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能.这就应该选择一个让阳光照得更多的角度. (2). 热岛效应：单片太阳能电池一般是不能使用的，实际应用的是太阳能电池组件。太阳能电池组件是由多片太阳能电池组合而成，用以达到期望的电压值。太阳能电池组件在使用过程中如果有一片太阳能电池单独被遮挡，例如树叶鸟粪等，单独被遮挡的太阳能电池在强烈阳光照射时就会发热损坏，于是就造成整个太阳能电池组件损坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能
21、电池倾斜放置，使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。3.2 锂电池的特性 锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源，尽管其价格相对来说比较昂贵。锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.52倍，而且具有很低的自放电率。此外，锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质等优点也是它广泛应用的重要原因。3.3 LED的特性LED寿命长，可以达到100000小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经实现了其关键性突破，并且其特性在过去5年中有很大地提高。同时性能价格比也有
22、较大地提高。另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，调节明暗，频繁开关都是可能的，并且不会对LED的性能产生不良影响。LED的发光原理是在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。4. 太阳能路灯的主要功能和组成4.1 主要功能：a：根据锂电池的充电特性，利用程序控制能够很好地为锂电池充电。2.2：利用一个液晶屏显示电池的电压和充电时的电流。b：根据光的强度可以精确地判断出是白天还是夜晚，从而控制路灯的开和关。c：能够根据电池的电压来决定一个晚上打开路灯的时间。d：照明部分还设有独立的驱动电路，能够使LED正常
23、工作保证LED的使用寿命。4.2 太阳能路灯的组成部份包括：太阳能电池板（功率约100W），控制器，锂电池（容量约50Ah），照明部分（功率30W）。它的结构和连接方法如下图4.2：图4.2 太阳能路灯的组成5. 太阳能路灯控制器5.1 原理控制器是太阳能路灯的核心部分，下面对控制器进行详细的介绍：通过对电池的电压和充电电流这两个参数的检测判断，控制两个场效应管的开通和关断，达到各种控制和保护功能。充电放电控制采用的都是PWM脉冲调制控制保护技术，能够进行恒压，恒流等充电阶段的控制，其中PWM脉冲调制就是控制脉冲的占空比，不同占空比的波形是由单片机的定时功能来实现的。调整脉冲的占空比，可以控制
24、流过灯的电流，也可以控制灯的开和关，高电平灯就关，低电平灯就开。5.2 电池电压和电流的检测5.2.1. 电压的检测：利用一个电位器把电池的电压降低,输进模数转换器(ADC0809)的第一个通道中,然后通过单片机(STC89C52)把电压反推出来再进行显示.5.2.2. 充电电流的检测：检测比较大的直流电流的方法不多，本系统用一个小电阻R（0.05欧姆）来检测电流，通过把小电阻的两端的电压放大41倍（具体的放大办法如图2），把电压输进数模转换器的第二个通道，测得一个电压U1后除以运算放大器放大的倍数Auf 得到实际的电压U， 根据欧姆定律（U=I*R）计算出电流I的大小，再在液晶屏上显示出来。
25、图5.2.2画的是一个同相比例放大电路，运算放大器使用的是LM358里其中的一个，根据运算放大器“虚短”与“虚断”可以得到： 所以，运算放大器放大倍数：图5.2.2 电压放大电路用一个小电阻来检测电流存在的问题是：对电池的电压有一定的影响，因为当电流比较大时，电池分给小电阻的电压也就大。这样加到负载的电压也就相应地减少一点。用小电阻检测电流存在的另外一个问题是:小电阻的阻值会发生变化。实际上绝对线性的电阻是不存在的。例如，绝大多数金属导体的电阻都随温度的升高而升高，当电流通过金属导体时，将电能转化为热能，使金属导体的温度升高，电阻就不是常数，而是随着电流或电压变化的。本系统中检测出来的充电电流
26、跟实际的充电电流不一样，但存在一个规律是：电流越大检测出来的电流跟实际电流的偏差就越大，它们成线性的关系。这是由于小电阻阻值随温度变化而造成的。以下是试验采集的单片机检测出的电流和实际电流的一些数据：实际电流单片机测出的电流0.090.040.10.060.110.060.130.080.170.160.180.160.190.180.210.20.220.220.230.240.240.260.250.260.260.280.270.30.280.320.290.340.30.340.310.360.320.380.330.380.340.40.350.420.360.420.370.440
27、.380.460.390.480.40.480.410.50.420.520.430.540.440.560.450.580.460.580.470.60.480.620.490.620.50.640.510.640.520.660.530.660.540.70.550.70.560.720.570.740.580.760.590.780.60.78这两组数存在着线性的关系，对第一列的数据进行处理，首先求出它的关系式，假设关系式为：y1=a(1)*x+a(2);使用MATLAB求出系数a(1)和a(2)：cleardatax=1:39;a1=0.22,0.23,0.24,0.25,0.26,0
28、.27,0.28,0.29,0.3;a2=0.31,0.32,0.33,0.34,0.35,0.36,0.37,0.38,0.39;a3=0.40,0.41,0.42,0.43,0.44,0.45,0.46,0.47,0.48;a4=0.49,0.50,0.51,0.52,0.53,0.54,0.55,0.56,0.57,0.58,0.59,0.60;datay=a1,a2,a3,a4; %原始数据A=datax,ones(39,1);B=datay;a=AB,r=1/a(1); %线性拟合plot(datax,datay,.),hold on; %绘出原始数据值点x=0:0.1:39;y1=
29、a(1)*x1+a(2);plot(x,y1);hold on;运行以上程序得：a(1)= 0.0100 a(2)= 0.2100 所以这组数据可以用关系式y1=0.01*x+0.21（1）来表示。采集的数据和线性拟合后的坐标图如图5.2.2（1）图5.2.2（1） 实际电流数据采集和线性拟合对第二列的数据进行处理，首先求出它的关系式，也假设关系式为：y2=a(1)*x+a(2);使用MATLAB求出系数a(1)和a(2)：cleardatax=1:39;a1=0.22,0.24,0.26,0.26,0.28,0.3,0.32,0.34,0.34;a2=0.36,0.38,0.38,0.4,0
30、.42,0.42,0.44,0.46,0.48;a3=0.48,0.5,0.52,0.54,0.56,0.58,0.58,0.6,0.62;a4=0.62,0.64,0.64,0.66,0.66,0.7,0.7,0.72,0.74,0.76,0.78,0.78;datay=a1,a2,a3,a4; %原始数据A=datax,ones(39,1);B=datay;a=AB,r=1/a(1); %线性拟合plot(datax,datay,.),hold on; %绘出原始数据点图x=0:0.1:39;yi=a(1)*x+a(2);plot(x,y2);hold on;运行以上程序得：a(1)= 0
31、.0147 a(2)= 0.2109 所以这组数据可以用关系式y2=0.0147*x+0.2109（2）来表示。采集的数据和线性拟合后的坐标图如图5.2.2（2）图5.2.2（2） 单片机检测出的电流数据采集和线性拟合结合关系式（1）和（2）便可得出两列数据的关系式（也就是单片机测出的电流和实际电流的关系）：y1=0.680272*(y2-0.2109)+0.21，其中y1表示实际的电流，y2表示单片机检测出来的电流，单片机检测出来的电流y2通过上式的转换后变成y1再在液晶屏上显示出来，这时显示的就是实际的电流。5.3 锂电池充电控制5.3.1 锂电池的充电过程 上面介绍了电压，充电电流的检测
32、。有了这两个数据就可以对锂电池充电进行控制了。锂电池的充电曲线如下图5.3.1：图5.3.1 锂电池的充电曲线锂电池的充电过程：1.如果开始充电时,电池电量很低(例如低于13V), 那么必须用小电流(大概为0.24A)开始充电，即涓流充电.如果电压高于13V就不必进行这个步骤. 小电流充电是为了保护电池，避免大电流冲击给电池内部结构带来损害（电池在电压很低的时候遇到大电流会受到的伤害比电压高的时候高得多）。 2.当电池电压大于13V可以开始大电流充电，就是采用允许的最大电流充电，这是为了节省充电时间，采用最大电流进行充电就是最能节省时间的了，于是就是恒流充电，随着充电的进行，电池电压逐渐升高。
33、3. 当电池电压达到或接近充满电压（如16.8V左右）时，则要开始转入恒压充电，因为达到了充满电压，这时就可以保持电压基本不变，逐渐减小充电电流，如果不转入小电流充电，就可能导致电压过高，有过充的危险，过充也是对电池有害的。就像往暖瓶里面充开水，前面可以使劲儿灌，到快到灌满的时候就要减小水流了，这样充满的时候水就不容易溢出来。当电流减少到大概0.25A左右,就停止充电.5.3.2 具体的控制原理本方案采用PWM脉冲调制控制保护技术,不仅能有效地保护蓄电池,防止过充电现象的发生,还能快速、平稳地为蓄电池充电。所谓PWM控制就是控制输出波形的占空比，周期并不改变，通过开关管的导通与闭合来控制充放电
34、。锂电池的充电曲线图如图5.3.1 具体的控制电路如图5.3.2.蓄电池的电压低于13V时，单片机输出一个相应占空比的脉冲，控制三极管（Q1）通和断的时间，从而控制场效应管IRFZ44（Q3）的通和断，使到充电的电流为0.24A左右，此时处于预充状态。蓄电池的电压高于13V时。单片机输出一个高电压（相当于PWM占空比为0），三极管（Q1）导通，场效应管IRFZ44（Q3）处于截断状态，此时太阳能电池板以最大的电流为蓄电池充电-恒流充电。当蓄电池电压接近或等于16.8V时，通过控制占空比，也使场效应管IRFZ44（Q3）实现通断控制，使充电状态处于恒压浮充状态。当电流小于一个值（0.24A）时，
35、单片机就输出一个低电平，使场效应管IRFZ44（Q3）完全导通，停止给蓄电池充电。图5.3.2 充放电控制电路5.4 开关管的选择考虑到太阳能电池的功率和负载的功率不一致，可用不同的MOS管做充放电的开关管，用小功率的MOS管要考虑温度因素，必要时必须加散热器。为了提高可靠性，降低成本，通过大量的试验、分析、比较得出：以3 A电流工作，可选用IRFZ44，IRF540，IRF530，50N60等MOS管，基本不需加散热器；在5 A电流工作，须加小散热器；在8 A电流工作，用2807，3205，150，064等MOS管要加小散热器，其它MOS管要加大散热器，在1O A以上电流工作，都应该加大散热
36、器，2807，3205，150，064MOS管带载能力较强，价格高。在元件选用上，应根据具体情况加以选择3。5.5 照明部分的控制照明灯的亮和灭的控制原理如上图6，当单片机控制照明灯的控制脚输出高电平（5V）的时候，三极管Q2就会导通，三极管Q2集电极E的电压变低（约为0V），此时加到场效应管（Q4）栅极的电压就会变低，场效应管就截止，流过照明灯的电流减少到0。相反，当单片机控制照明灯的控制脚输出低电平（0V）的时候，三极管Q2就会截止，三极管Q2集电极E的电压高，此时加到场效应管（Q4）栅极的电压也就高，场效应管就导通，流过照明灯的电流大，照明灯打开。根据监测出的电池的电压。利用单片机的定时
37、功能可以控制照明灯亮灯的时间。我把开灯时间分成5个模式：电池电压大于16.24V时为模式1；电池电压大于15.92V时为模式2；电池电压大于15.68V时为模式3；电池电压大于15.48V时为模式4；电池电压小于15.48V时为模式5。具体开灯时间如下：模式1开灯10个小时；模式2开灯8个小时；模式3开灯7个小时；模式4开灯6个小时；模式5开灯4个小时。这样根据实际情况来决定开灯时间，可以防止电池过放从而更好地保护蓄电池。提高了系统的可靠性。5.6 光控电路 顾名思义，光控电路的功能就是根据光的亮暗程度来控制其它的东西。本方案采用了两个光敏电阻，这样做的目的是使控制更加准确。防止了大白天还会打
38、开路灯的情况。如图5.6所示，加在三极管Q5,Q6基极的电压是由光敏电阻L11和L21分压而得来的。没有光照射到光敏电阻时，光敏电阻的阻值会变得很大，接近1M欧姆。此时，光敏电阻上的压降会很大，加到三极管上的电压也大，三 图5.6 光控电路 图5.7 供电电源极管就导通，输进单片机的是低电平。相反，有光照射到光敏电阻时，光敏电阻的阻值会变小，约为15K欧姆。此时，光敏电阻上的压降会变小，三极管就截止，输进单片机的是高电平。这里采用两个光敏电阻同时工作。编程的时候使用逻辑与，只有两路都是低电平的时候才判断为是黑夜。5.7 供电电源单片机，AD0809和LCD1206对电源质量要求都比较高，特别是
39、AD0809的参考电压要求是稳定的5V的电压。电路中采用了L7805作为稳压器。电源直接从蓄电池取电。经L7805后给电路供电。电路图如右图5.7. 5.8 程序的编写本方案使用51系列单片机作为控制处理核心。对51系列单片机编程，首先要了解它的工作原理、特性和各个管脚的功能等。该器件采用了高密度非易失存储器制造技术制造。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，51系列单片机是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。下面对51系列单片机作简要的介绍：（1）管脚说明：VCC：供电电压；GND：接地； P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸
40、收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高； P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收； P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口
41、被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉
42、的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间；ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效；PSEN：外部程
43、序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现；EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）；XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入； XTAL2：来自反向振荡器的输出。（2）振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（3）芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，C