(整理)太阳能路灯控制器的设计
全自动太阳能路灯控制器的设计毕业设计
毕业设计专业：测控技术与仪器题目：全自动太阳能路灯控制器的设计河北科技大学毕业设计成绩评定表注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书中毕业设计中文摘要毕业设计外文摘要本科毕业设计第I 页共I 页目录1 引言 (1)1.1 本课题研究的背景 (1)1.2 本课题的主要目标及任务 (2)2 系统总体方案设计 (3)3 硬件设计 (4)3.1 供电系统的设计 (4)3.2 微控制器系统的设计 (9)3.3 输出系统的设计 (20)4 软件设计 (24)5 仿真部分 (26)5.1 传感器部分仿真 (26)5.2 按键及输出部分仿真 (28)结论 (1)致谢 (2)参考文献 (3)附录A：单片机C语言程序 (4)附录B：仿真原理图附录C：电路原理图1 引言1.1 本课题研究的背景随着人们生产和生活方式的改变，能源的使用量也在逐年增加，能源危机日益加重。
据资料显示，目前全球的油量储蓄仅约为13 000亿桶。
而当前的原油消耗在世界范围内每年以1.5%的比例在增加。
从2007年7 500万桶/ 日增长到2020年1. 03亿桶/ 日。
因而，各国能源设施的投入需要大幅度的增加。
近年来，原油价格的不断增长导致了2008 年上半年石油价格的暴涨，在短时间内价格急剧波动，突显了价格对于市场失衡的敏感程度非常之高。
这些现象警示着人们：石油资源终究是有限的。
第一次工业革命后煤炭便成为人类所使用的重要能源。
虽然目前其重要位置已经逐渐开始下降，但随着石油储量的日渐减少，而煤炭资源的储蓄量相对来说比较大，况且煤炭气化、液化等新技术的出现，使得煤炭的利用更加便捷、有效。
目前中国的煤炭消耗中，大部分用于发电、炼钢等重工业。
然而，煤炭的现有储量也仅可供使用约100年[1]。
因此，开发和利用新能源已经迫在眉睫，目前的新能源主要有太阳能，风能，潮汐能，地热能等。
相比较潮汐能、空气能、地热能、核能来说，太阳能更加清洁，更加安全，并且技术已经较为成熟。
太阳能LED路灯控制系统设计
太阳能LED路灯控制系统设计一、设计目标随着人们对环境保护意识的增强和能源消耗的压力，太阳能照明系统作为一种新型照明方式逐渐被广泛应用。
本设计旨在设计一套太阳能LED路灯控制系统，使其能够实现按需调节光照亮度、延长路灯使用寿命、提高能源利用效率和减少能源浪费。
二、系统组成该太阳能LED路灯控制系统主要由三部分组成：太阳能光电转换装置、储能装置和LED路灯控制装置。
1.太阳能光电转换装置：通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并将其充电送到储能装置。
太阳能电池板应根据实际情况选择合适的功率，以满足夜间照明需求。
2.储能装置：由电池组成，用于存储白天由太阳能电池板转化的电能，以供夜晚照明使用。
储能装置应具有较大的容量和高效的充放电特性，以确保路灯能够持续工作数天。
3.LED路灯控制装置：主要由控制器、传感器和LED路灯组成。
控制器采用微处理器控制，能够根据不同的环境条件和光照需求调节路灯的亮度，实现节能调光。
传感器可以负责检测环境亮度和电池电量，以便对路灯的亮度进行调节，并进行充电和放电管理。
LED路灯采用高效节能的LED光源，能够提供优质的照明效果。
三、系统工作原理当太阳能电池板接收到太阳能并转化为电能时，控制器通过传感器来调节LED路灯的亮度。
在光线较暗的时候，控制器会自动提高LED路灯的亮度，以确保良好的照明效果。
当光线足够亮时，控制器会自动降低LED路灯的亮度，以实现节能减排的目的。
储能装置起到了存储电能的作用，当夜晚来临时，路灯可以从储能装置中获取电能来提供照明。
当电池电量较低时，控制器会自动调整LED路灯的亮度，以延长电池的寿命。
同时，控制器也会监测电池电量，当电量过低时，会自动调节LED路灯的亮度或者关停路灯，以充电恢复电量。
四、系统特点1.节能环保：太阳能光电转换装置将太阳能转化为电能，具有非常高的能源利用效率，是一种非常环保的照明方式。
而LED路灯作为光源，比传统的荧光灯和白炽灯更加节能。
太阳能路灯控制器设计
太阳能路灯控制器设计太阳能路灯控制器是一种在路灯系统中应用太阳能技术的设备。
它通过收集太阳能并将其转换为电能来为路灯提供能源，实现了路灯的绿色、高效能运行。
太阳能路灯控制器的设计是为了能够有效管理和控制太阳能路灯的运行，并确保其在各种环境条件下正常工作。
2.电池：电池是太阳能路灯的能源储存装置，可以在太阳能不足或夜晚的时候为路灯提供电能。
在控制器的设计中需要选择合适的电池，以确保路灯能够持续工作一整晚。
3.控制电路：控制电路是太阳能路灯控制器的核心部分，负责管理和控制太阳能路灯的开关、充电、放电等操作。
在控制电路的设计中需要考虑对电能的高效利用，以及对路灯的精确控制。
4.光敏电阻：光敏电阻是太阳能路灯控制器的检测器件，可以通过感应周围光照来控制路灯的开关和亮度。
在控制器的设计中需要选择合适的光敏电阻，以确保路灯能够根据环境光照情况自动调整亮度。
5.过载保护：过载保护是太阳能路灯控制器的重要功能之一，可以保护路灯免受电流过大或过载的损坏。
在控制器的设计中需要添加过载保护电路，以确保路灯系统的安全运行。
1.高效能：控制器需要具备高效能转换太阳能为电能的能力，以确保路灯系统的连续供电。
2.稳定性：控制器需要具备稳定的性能，并能适应不同天气和光照条件下的工作。
3.自动控制：控制器需要具备自动控制功能，能够根据环境光照情况自动调整路灯的亮度和开关。
4.过载保护：控制器需要具备过载保护功能，能够在电流过大或过载时及时切断电源，以保护路灯系统的安全运行。
5.节能环保：控制器需要能够最大限度地利用太阳能资源，减少对传统能源的依赖，实现节能环保的目标。
总之，太阳能路灯控制器的设计是为了能够实现太阳能路灯的高效能运行，并确保其在各种环境条件下正常工作。
通过有效管理和控制太阳能路灯的能源供给和亮度调节，太阳能路灯控制器能够为人们提供安全、节能、绿色的路灯照明服务。
开题报告太阳能路灯控制器的设计
开题报告
三、参考文献
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[9]陈育明.《太阳能LED照明系统》，第1版，北京;化学工业出版社，2011[10]吴财福，等.《太阳能光伏并网发电及照明系统》，科学出版社，2009[11]李宏仲，等.《电力系统》，机械工业出版社，2016[12]福多佳子.《照明设计》，中国青年出版社，2015
[13]谭建成《新编电机控制专用集成电路与应用》[m] . 北京:机械工业出版
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设计LED太阳能路灯控制器设计Word
LED太阳能路灯控制器设计根据LED太阳能路灯系统特点，设计了太阳能路灯控制器。
详细说明了蓄电池充电控制及负载输出控制的硬件设计原理，并采用三段式充电理论实现了控制器的软件设计。
控制器功能易于实现，满足控制和环保节能的要求。
太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染等优点，正得到迅速的推广应用。
LED具有体积小而坚固耐用，耗电量低、使用奉命长、环保、光色性能好等特点，有资料显示，每年用于照明的电力在3000亿度以上，若采用LED 照明，每年就可以节约1/3的照明用电，基本上相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。
由于太阳能电池板输出的是直流电能，而LED也是直流驱动光源，两者的结合更能提高整个系统的效率，降低市政成本，所以LED 太阳能路灯越来越受到人们的重视。
2LED太阳能路灯系统结构LED太阳能路灯系统1所示，可以看出其由太阳能电池、路灯控制器、蓄电池、市电供电和LED路灯五部分组成，其中太阳电池用于把太阳光能转互电能，即白天时刻太阳能电池给蓄电池充电，并且可以根据太阳能电池两端电压的大小判断光亮程度。
也就是从太阳电池电压的大小来判断天黑和天亮。
蓄电池是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上或阴雨天系统和负载用电由蓄电池来提供。
3路灯控制器硬件设计太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，其功能设计的好坏决定了一个太阳能路灯系统运行情况的优劣。
路灯控制器需要实现的功能有：根据太阳亮度，白天断开LED路灯而给蓄电池充电，晚上通过蓄电池给路灯供电，并能分时段进行功率调整，在蓄电池电量不足时，自动切换到市电供电系统；防止蓄电池过充和过放，具有短路保护和反接保护功能等。
根据需要实现的控制功能，本文选择STM8单片机对LED 太阳能路灯系统进行控制。
单片机主要完成的功能包括检测蓄电池两端电压并根据不同状态采用不同的充电模式；判断白天黑夜并以此来切换蓄电池充电和放电模式以及切换到市电供电系统。
基于单片机的太阳能路灯控制器设计
基于单片机的太阳能路灯控制器设计引言随着城市化的加速和人口的不断增加，公路、城市道路等交通设施变得愈加繁忙，特别是在夜晚，路灯的作用格外重要。
如今，越来越多的城市选择太阳能路灯，因为太阳能可以提供充足的电力，并且节约能源。
为了使太阳能路灯运行更加高效和稳定，开发一种可靠的太阳能路灯控制器变得至关重要。
设计实现硬件设计太阳能板在设计太阳能路灯控制器之前，首先要选择合适的太阳能板。
需要根据路灯使用场合、功率和参数要求来确定合适的太阳能板。
太阳能板需要能够在充足的阳光下，为电池充电提供足够的电力。
控制器太阳能路灯控制器需要对电力进行有效的管理。
控制器需要使用单片机，确保对电力的有效分配和节约。
在设计时，需要考虑各个元件的功率，将其集成到一个单一的管理系统中。
电池太阳能路灯需要在晚上继续运行，因此，需要选择一种合适的电池类型。
在设计时，需要根据控制器和太阳能板功率的匹配选择适当的电池。
LED灯LED灯是太阳能路灯最重要的元件。
需要根据所需功率和光线的明亮程度来选择适当的LED灯。
需要确保LED灯的存储和安装都是在一定的质量标准下进行的。
软件设计控制程序控制程序可以通过单片机进行实现。
需要根据所选的硬件元件类型编写控制程序，以便系统能够在理想的工作状态下运行。
编写好的控制程序将控制电池电量的分配以及太阳能板和LED灯的协调工作。
程序管理及安装为了实现最佳的运行状态，程序管理和安装是必不可少的。
需要确保系统的数据记录以及任何故障能够及时检测并修复。
在太阳能路灯控制器安装完成后，应该进行详细的测试和检查，确保系统稳定地运行。
太阳能路灯运用环保、节能、照明所必须的条件。
单片机技术能够实现对太阳能路灯的精确控制，有效节约资源消耗。
在本文中，我们详细介绍了太阳能路灯的硬件和软件设计，内容包括太阳能板、控制器、电池、LED灯等。
通过我们的设计，能够实现太阳能路灯系统的高效、稳定运行，让更多城市能够使用环保、节能的路灯做出贡献。
太阳能路灯系统控制器研究及设计
设计思路
1、单片机的选择
太阳能路灯控制器需要一个具有强大运算能力和可靠性的微控制器来协调和 控制各部件的工作。本设计中选用STM32单片机作为主控制器，其具有丰富的外 设接口和强大的定时器、ADC等功能，能够满足太阳能路灯控制器的设计要求。
2、电路设计
太阳能路灯控制器的电路设计主要包括以下几个部分：
5、保护功能：在电路中加入保护元件，如保险丝和防雷二极管等，以防止 过载和雷击对系统的损害。
五、结论
太阳能LED路灯控制器是实现太阳能高效利用的关键组件。通过精心设计和 合理选材，我们可以构建一个高效、稳定、智能的太阳能LED路灯控制系统，为 我们的生活带来更多的便利和节约能源。随着科技的不断发展，我们期待太阳能 LED路灯控制器将会有更出色的表现和更广泛的应用。
1、控制亮度：根据环境光照强度和时间，控制路灯的亮度，以达到节能和 舒适的照明效果。
2、自动开关灯：根据日出和日落时间，自动开关灯以实现智能化控制。
3、测量电压、电流等参数：实时监测太阳能电池板和路灯的电压、电流等 参数，以确保系统正常运行。
4、故障诊断：能够诊断控制系统出现的故障，提示维护人员及时进行维修。
3、放电管理：通过调节PWM信号的占空比来精确控制蓄电池的放电，防止蓄 电池过度充电。
4、智能控制：利用微控制器如Arduino或Raspberry Pi来实现智能控制。 通过安装光感器，控制器可以感知环境光线，自动调节LED灯的亮度。同时，通 过连接GPS模块和气象站数据，控制器还可以根据天气和地理位置自动调整太阳 能电池板的工作状态。
引言
随着环境保护和能源利用的日益重视，太阳能作为一种清洁、可再生的能源， 在各个领域得到了广泛应用。其中，太阳能路灯控制器作为一种能够实现路灯智 能化控制的设备，在道路照明、景观照明等领域具有广泛的应用前景。本次演示 将介绍一种基
太阳能路灯控制硬件电路设计
太阳能路灯控制硬件电路设计1太阳能路灯控制硬件电路设计太阳能路灯的控制硬件电路都是根据所需要的设备来设计的，它能控制从LED灯管、到恒流电路模块等多种设备。
主要有普通控制线路、电路模块，光敏电阻，超低智能模块等组成。
1.1控制线路控制线路主要包括：主电路，备用电源电路，照度反馈电路，节电电路，LED驱动电路，亮度调节电路，电源检测电路等。
1.1.1主电路主电路是整个路灯控制系统的核心，主要功能是控制灯的开关，控制亮度，以及进行节电控制。
主电路包括电源模块、保护电路、智能控制模块和LED控制模块等。
保护电路主要包括熔丝、避雷器等，用于保护其他电路；智能控制模块负责管理整个灯的亮度、节电等；LED控制模块负责对LED灯管的导通，保证照明效果稳定。
1.1.2备用电源电路备用系统与主电源电路相比，系统控能力要弱，但能保障灯在断电情况下不受影响，并自动恢复正常亮度。
备用电源电路主要包括太阳能电池、充电模块、乐鑫模块和电池等。
1.1.3其他电路照度反馈电路，电路设置有一个光敏电阻，通过光敏电阻感应外界环境光照情况，将环境光照强度的信号传回智能控制模块，从而达到根据天气变化自动调整灯的亮度。
节电电路，在晚上或阴暗的环境下，智能控制模块通过传感器获取环境光强度，若环境光照强度达到一定标准，则智能模块会自动调整路灯的亮度达到节能的目的；LED驱动电路，通过MOS管的控制，实现LED的开关和亮度调节；亮度调节电路，通过摇杆调节亮度和节电控制；电源检测电路，根据环境是否满足电源的条件来检测电源是否正常。
以上内容为太阳能路灯控制硬件电路的设计，其中智能控制模块是该系统核心，它负责将其他模块的信号综合处理，根据实际情况调整灯的亮度和控制节电等。
太阳能路灯的控制硬件电路，使我们在使用太阳能智能路灯时得到更加便捷、更加安全高效的相关服务。
太阳能路灯控制器的设计
太阳能路灯控制器的设计太阳能路灯控制器是一种用于控制太阳能路灯系统的重要设备。
其主要功能是对太阳能电池板充电、储能电池放电、路灯的开启和关闭进行控制，以确保太阳能路灯系统的稳定运行和节能效果。
下面将详细介绍太阳能路灯控制器的设计。
首先，太阳能路灯控制器的设计需要考虑到太阳能电池板的充电控制。
在白天，太阳能电池板吸收太阳能并将其转化为电能储存在电池组中。
控制器需要检测电池组的电压，当电池组电压超过一定阈值时，应停止充电，避免电池组过充，同时当电池组电压低于一定阈值时，应恢复充电，以尽量保持电池组的充满状态。
其次，太阳能路灯控制器还需要实现对储能电池的放电控制。
在夜间或阴天时，太阳能电池板无法提供足够的电能供给路灯使用，此时需要从储能电池中获取电能。
控制器需要监测储能电池的电压，当电压低于一定阈值时，应停止对路灯的供电，以避免电池过放，同时当电压恢复到一定阈值时，应重新启动路灯供电。
同时，太阳能路灯控制器还应该考虑到路灯的开启和关闭控制。
在夜间或阴天时，当储能电池电压低于一定阈值时，需要自动打开路灯，以提供照明服务。
控制器应检测周围环境的光照强度，当光照强度低于一定阈值时，应自动启动路灯照明；当光照强度高于一定阈值时，应自动关闭路灯，避免白天时浪费能源。
另外，太阳能路灯控制器的设计中还可以考虑加入通信功能。
通过通信功能，可以实现远程监控和控制太阳能路灯系统。
例如，通过通信功能可以实时监测太阳能电池板和储能电池的状态，以及路灯的开启和关闭情况，对太阳能路灯系统进行远程调试和维护。
在硬件设计方面，太阳能路灯控制器需要具备稳定的供电和工作温度范围。
可以考虑使用高效的切换电源以提供稳定的电源输出，并使用工业级的元器件以满足不同环境下的工作要求。
同时，为了实现更高的能源利用效率，可以使用高效节能的电路设计，减少系统能量损耗。
在软件设计方面，太阳能路灯控制器需要通过程序来实现对各个功能的控制。
可以使用微型控制器或单片机来实现控制逻辑，并编写相应的程序。
新型太阳能路灯控制器设计
太阳能路灯控制器 软件设计 方案
根 据 控 制 器 系统 所 要 实 现 的 功 能 ，系统软 件主要 设计思 路如 下 ：首
图５总体软 件流程 图
在本 系统 中 ，所需 要采 样的 电压 先 由系统时 钟芯片 判断此 时的 季节 ， 主 要是 蓄 电池 的端 口电压和 太 阳能 电 装载 相应的 季节参 数 。然 后 ，再 由系
过 系统时钟 确定路 灯负载 情况 ，使路 灯 工作更加 人性化 ，从而 延长 系统的
使 用寿命 ，节约 能源 ，具 有较高 的实 用价值。
太阳能路灯控制器设计原理
太阳能路灯系统控制框图如图ｌ 所
示 。太 阳能路灯 系统 必备组件 制 器和 负 载 。其中 ，以ＡＴ８ Ｃ５ 为核心的控制 图２太阳能路灯控制器总体 设计框 图 ９ ２
（ ＲＡＭ ） 。 器件 采 用 ＡＴＭ ＥＬ 司 的 器与温 度处理 器的接 口。ＤＳ１Ｂ２ 与 公 ８ ０
高密 度 、非 易失性 存储技 术生产 ，兼 单片机的连接如图４ 所示 。 容标准Ｍ ＣＳ １ 一５ 指令 系统 ，片 内置通
用８ 中央处 理器￣ｌｌ ｓ 存储单元 ， 位 ｌ ａｈ ： Ｆ
ＡＴ８ Ｃ ２ ９ ５ 单片 机 。ＡＴ８ Ｃ５ 是 一个 ９ ２ 低 电压 ，高性 能 ８ 单 片机 ，片 内含 位
④ 蓄 电池温度采样模块 的设计 本 系 统 选 用 的 温 度 传 感 器 为
８ ＫＢ的可反复 擦写的Ｆｌ ｓ ａ ｈ只读 程序 ＤＳ ８ ２ 。它采 用单总线协议 ，以数 ｌ Ｂ ０ 存储 器￣ ２ ６ 的随 机存取数据 存储 器 字码 方式 串行输 出 ，大 大简化 了传 感 １５ Ｂ
说说智能LED太阳能路灯控制器的设计分析
太阳能LED路灯照明系统采用市电互补方式，对推广太阳能LED路灯的应用有着现实和经济意义。
为了实现太阳能LED路灯的市电互补控制，设计了一种市电互补LED太阳能路灯控制器。
该控制器以ARM处理器为核心，通过对蓄电池电压、太阳能电池电压、环境温度等参数进行采样，进入ARM运算决策，可实现温度补偿修正的高准确控制，且具备蓄电池选择功能及市电供电自动切换功能。
该控制器应用于路灯改造，既可以减少一次性投资，又可以取得显著的节能减排效果。
太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的绿色、清洁能源，正迅速得到广泛应用。
LED 具有体积小、坚固耐用、耗电量低、使用奉命长、环保、光色性能好等特点。
太阳能电池输出的是直流电，而LED也是直流驱动光源，两者易于匹配，可获得很高的利用率，又降低成本，所以LED太阳能路灯越来越受到人们的重视。
由于太阳能受天气因素的制约比较大，太阳光照射分布密度小，受光时间、强度大小具有随机性间歇性，要保证太阳能电池输出电压的稳定，就需要用蓄电池来储存电能，在白天有阳光时对蓄电池充电，晚上蓄电池给负载放电。
若考虑连续阴雨天气，对蓄电池容量要求就更大，太阳能电池组容量就越大，成本也就越高。
太阳能LED路灯照明系统采用市电互补方式可较好地解决这个矛盾，对推广太阳能LED路灯的应用有着现实和经济意义。
1、市电互补LED太阳能路灯系统的组成所谓市电互补LED太阳能路灯系统，就是以太阳能电池发电为主，以普通220V交流电补充电能为辅的LED路灯照明系统，采用此系统，光伏电池组和蓄电池容量可以设计得小一些，基本上是当天白天有阳光，当天就用太阳能发电同时给蓄电池充电，到天黑时蓄电池放电把负载LED点亮。
在我国大部分地区，全年基本上都有2/3以上的晴好天气，这样该系统全年就有2/3以上的时间用太阳能照亮路灯，剩余时间用市电补充能量，既减小了太阳能光伏照明系统的一次性投资，又有着显著的节能减排效果，是太阳能LED路灯照明在现阶段推广和普及的有效方法。
太阳能路灯控制器的设计毕业论文
太阳能路灯控制器的设计毕业论文目录第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 太阳能路灯的优势 (2)1.3 太阳能路灯的应用现状 (3)1.4 本论文研究的主要容 (4)第二章系统方案论证及选择 (6)2.1 方案比较与论证 (6)2.1.2 蓄电池的选择 (6)2.1.3 照明灯具的选择 (8)2.1.4 控制器芯片的选择 (9)2.2 方案的配置与计算 (10)2.2.1 路灯设计所需的数据 (10)2.2.3 路灯设计参数的确定 (11)2.3 方案的选择 (11)第三章理论基础及单元电路设计 (13)3.1 系统设计的理论基础 (13)3.11 控制器的理论基础 (13)3.1.2 太阳能光伏发电的理论 (14)3.1.3 蓄电池的充放电原理 (15)3.2 单元电路设计 (16)3.2.1 单片机最小系统电路 (16)3.2.2 单片机电源电路 (17)3.2.3 蓄电池充电电路 (18)3.2.4 LED驱动电路 (18)3.2.5 光敏电路 (19)第四章整机电路及其工作原理 (20)4.1整机电路原理图 (20)4.1.1 整机工作原理 (21)第五章系统的软件设计 (22)5.1设计思路 (22)5.2系统主程序流程 (22)第六章系统调试 (24)第七章总结 (25)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)A.主要C程序： (27)B.整机原理图 (31)第一章绪论1.1 概述自哥本哈根气候峰会召开以来，环保节能为当今世界热点话题，节能减排，已不仅是政府的一个行动目标，而且还能给企业带来经营上的收入，让城市居民能获得一个较好的生存环境。
节能减排更是一个人类解决环境问题的必经之路。
我国节电潜力仍很大。
在工业领域，通过电力电子技术的开发和应用及对风机水泵等电力拖动系统进行优化，可取得显著的节电效果；在建筑物用电方面，全面实施建筑物的能效标准，特别是改进空调制冷和取暖技术和系统的能效，将有巨大的节电效果。
基于单片机的太阳能路灯控制器设计
基于单片机的太阳能路灯控制器设计太阳能路灯控制器是一种利用太阳能发电装置为太阳能路灯提供电源，并进行光控和时间控制的电子设备。
本文将基于单片机，设计一个太阳能路灯控制器。
首先，我们需要了解太阳能路灯的工作原理。
太阳能路灯通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并储存在电池中。
当夜晚来临时，路灯需要开启，将电池中储存的电能供应给LED灯光发光。
在白天或光线充足的情况下，路灯不需要工作，此时应该关闭。
基于上述原理，我们可以设计太阳能路灯控制器的功能如下：1.太阳能充电控制：控制太阳能电池板对电池进行充电，当充电电压达到设定值时，停止充电，避免过充电现象的发生。
2.电池电压检测：检测电池的电压，当电压降到设定值以下时，认为电池放电完毕，需要重新充电。
3.光控功能：通过光敏电阻或光照传感器感知周围光照强度，当光照强度低于一定阈值时，开启太阳能路灯，否则关闭路灯。
4.时间控制功能：在夜晚开启路灯后，设定一个时间段后自动关闭路灯，以节约能源。
1. 单片机选择：选择一款性能稳定、功耗较低的单片机，如STM32系列或Arduino系列。
这些单片机具有丰富的GPIO口和通信接口，方便我们与外围器件连接。
2.电池充电控制：使用一个充电管理芯片，如TP4056，来实现对电池的充电控制。
这样可以保证电池在充电时不会过充电。
3.电池电压检测：通过ADC模块读取电池的电压，当电压低于设定值时，触发充电电路。
4.光控功能：选择一个合适的光敏电阻或光照传感器，将其与单片机的GPIO口连接。
通过ADC模块读取光照强度，根据设定的阈值来控制路灯的开关。
5.时间控制功能：使用定时器模块来实现时间控制功能。
设定一个时间段后，自动关闭路灯或开启路灯。
6.路灯控制：选择工作电压适配的继电器或三极管，将路灯与单片机的GPIO口连接。
通过控制GPIO口的电平来开关路灯。
7.人机交互：可以使用LCD显示屏或按键等外设，实现人机交互的功能，如显示电池电压、光照强度、控制开关等。
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太阳能路灯以太阳光为能源,白天充电、晚上使用,无需铺设复杂、昂贵的管线,可任意调整灯具的布局,安全节能无污染,充电及开/关过程采用光控自动控制,无需人工操作,工作稳定可靠,节省电费,免维护,太阳能路灯的实用性已充分得到人们的认可。
本文介绍的基于单片机的太阳能路灯控制器的设计,对12V和24V蓄电池可以自动识别,能实现对蓄电池的科学管理,能指示蓄电池过压、欠压等运行状态,具有两路负载输出,每路负载额定电流可以达到5A,两路负载可以随意设置为同时点亮、分时点亮,单独定时等工作模式,同时对负载的过流、短路具有保护功能;具有较高的自动化和智能化程度。
硬件电路组成及工作原理系统硬件结构框图太阳能路灯智能控制器以STC12C5410AD单片机为核心,外围电路主要由电压采集电路、负载输出控制与检测电路、LED显示电路及键盘电路等几部分组成的,结构框图如图1所示。
电压采集电路包括:太阳能电池板和蓄电池电压采集,用于太阳光线强弱的识别以及蓄电池电压的获取。
单片机的P3口的两位作为键盘输入口,用于工作模式等参数的设置。
下面详细介绍系统中STC12C5410AD、电压采集与电池管理、负载输出控制与检测电路的设计与实现。
STC12C5410AD单片机STC12C5410AD是STC12系列的单片机,采用RISC型CPU 内核,兼容普通8051指令集,而且还有新的特点:片内含有Flash程序存储器10k,Data Flash 数据存储器2k,RAM数据存储器512字节,同时内部还有看门狗(WDT);片内集成MAX810专用复位电路,集成了8通道10位分辨率的ADC以及4通道的PWM;具有可编程的8级中断源4种优先级,具有系统可编程(ISP)和应用可编程(IAP)等特点,片内资源丰富、集成度高、使用方便。
STC12C5410AD对系统的工作进行实施调度,实现外部输入参数的设置、对蓄电池及负载进行管理,工作状态的指示等。
为充分使用片内资源,本文所设置的参数写入Data Flash数据存储器内。
键盘电路P3.4(T0)接F1键,该键用于设置状态的识别及参数设置;P3.5(T1)接F2键,该键用于自检及“加1”功能,根据程序流程,分别实现不同功能。
电压采集与电池管理太阳能电池板电压采集,用于太阳光线强弱的判断,因而可以作为白天、黄昏的识别信号。
同时本系统支持太阳能板反接、反充保护。
蓄电池电压采集,用于蓄电池工作电压的识别。
利用微控制器的PWM功能,对蓄电池进行充电管理。
蓄电池开路保护:万一蓄电池开路,若在太阳能电池正常充电时,控制器将关断负载,以保证负载不被损伤,若在夜间或太阳能电池不充电时,控制器由于自身得不到电力,不会有任何动作。
过充保护:充电电压高于保护电压(15V)时,自动关断对蓄电池的充电;此后当电压掉至维护电压(13.2V)时,蓄电池进入浮充状态,当低于维护电压(13.2V)后浮充关闭,进入均充状态。
当蓄电池电压低于保护电压(11V)时,控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。
通过PWM充电电路(智能三阶段充电),可使太阳能电池板发挥最大功效,提高系统充电效率。
本系统支持蓄电池的反接、过充、过放。
负载输出控制与检测电路本系统设计了两路负载输出,每路的输出均有独立的控制和检测,具有完善的过流、短路保护措施。
负载输出控制与检测电路如图2所示。
负载过流及短路保护:设计了两级保护。
第一级采用了R7(0.01Ω康铜丝)以及运放LM358、比较器LM393等器件组成的过流、短路检测电路配合单片机的A/D转换及外部中断响应来实现,这里使用了硬件+软件的方式,LM358的输出送P1.7(A/D转换)口,用作过流信号识别,当电流超过额定电流20%并维持30s以上时,确认为过流;短路电流整定为10A,响应时间为毫秒数量级。
第二级采用了电子保险丝保护,当流经电子保险丝的电流骤然增加时,温度随之上升,其电阻大大增加,工作电流大幅降低,达到保护电路目的,响应时间为秒数量级,过流撤消或短路恢复后电子保险丝恢复成低阻抗导体,无须任何人为更换或维修。
系统采用了两级保护措施后,在长达数小时时间负载短路实验后,控制器仍没出现电路烧毁现象。
解决了用传统保险丝只能对电路进行一次性保护,一旦烧毁必须人为更换的问题,同短路后需手动复位或断电后重新开启的系统相比,也具有明显的优点,简化了维护,提高了系统的安全性能。
硬件设计中的注意点(1)感应雷保护电路应设计在太阳能电池板引线入口处,保护电路周围4mm内不要布置其他器件。
(2)防止太阳能电池板反接用的二极管必须采用快恢复二极管,这种管子导通内阻小,充电时发热量小,不用散热器也可以连续充电,充电效果好。
(3)充电、负载放电电路的印刷线路宽度至少要4～5mm,线路上用搪锡处理以增加过电流能力,大电流导线在一层过渡到另一层时,要放置3～5个过孔。
(4)过流、短路保护电路选用的电流取样电阻要综合考虑电流、功率及热稳定性三个因素。
电阻增大则电路效率下降,本系统选用电阻为0.01Ω,过电流能力在10A以上的康铜丝作为电流取样电阻,来产生取样电压,取样电压最多不超过0.2V,故采用运放LM358对它进行放大。
(5)器件的布局和PCB图的布线采用模块化,大电流信号与小电流信号要分离,对放大电路的线路犹其要精心布置。
数字地和模拟地分开,注意电源线和地线的布局。
系统软件设计与本设计方案的硬件电路对应的软件程序包括:主程序、定时中断程序、A/D转换子程序、外部中断子程序及键盘处理子程序、充电管理子程序、负载管理子程序。
单片机的软件编程上,以KeilC编译器的Windows集成开发环境μvision2作为软件开发平台,采用C51高级语言编写。
按键处理流程如图3所示,电压检测子程序如图4所示。
太阳能路灯以太阳光为能源,白天充电、晚上使用,无需铺设复杂、昂贵的管线,可任意调整灯具的布局,安全节能无污染,充电及开/关过程采用光控自动控制,无需人工操作,工作稳定可靠,节省电费,免维护,太阳能路灯的 ...单片机软件编程注意点(1)本系统用较少的按键实现了诸多功能,如负载工作模式的设置,双灯同时工作还是分时工作、负载工作时间的设定,还有自检功能等,为防止误操作采取了一些措施。
这种方法实际上是一键多用的一种尝试,还可以推广到更复杂的人机对话的设计,其思路可参见按键处理流程图。
(2)键盘在定时中断服务程序中读取,用中断间隔时间实现键盘的去抖动,不必编写另外的延时程序,提高了CPU的利用效率。
键盘值存入数据缓冲区,在主程序中读数据缓冲区的内容,执行键盘功能散转子程序。
(3)环境光线(闪电、礼花燃放)对太阳能电池板的采样电压有明显影响,故在白天、黄昏的识别时,要进行软件延时,一般控制在2～3分钟。
(4)外部中断为高优先级中断,编制子程序实现负载过流、短路保护时,要充分考虑到负载启动瞬间时会产生数倍于额定电流的冲击电流,冲击电流维持时间在3～5ms左右,应在软件上采取措施,避免短路与负载开启的误判。
确定负载过流、短路后,切断负载输出。
负载切断后,每隔一段时间,如20s,应试接通负载开关,当发现过流、短路信号已消除,则恢复负载的输出,否则负载开关仍然保持断开。
(5)为保护负载(灯具),蓄电池过放保护恢复时,应用软件设置一个回差电压,这样负载开关不会出现颤抖现象,有利于延长灯具的使用寿命。
(6)根据STC12C5410AD的Data Flash的特点,数据写入时必须启动ISP/IAP命令,CPU 等待IAP动作定时后,才继续执行程序,要先关断中断(EA)。
还应注意数据写入Data Flash 存储器,不能跨越扇区。
部分软件编程ADC子程序INT8U ADC (INT8U number)using 2{number=number&0x07;// 通道号不超过7ADC_CONTR= ADC_CONTR&0xe0;//清ADC_FLAG、AD不启动ADC_CONTR=ADC_CONTR|number;//选择通道ADC_CONTR=ADC_CONTR|0x08;//启动ADwhile ((ADC_CONTR&0x10)!=0x10);//等待AD转换结束return (ADC_DATA);// 结果返回}外部0中断响应子程序void Service_INT0 ()interrupt 0 using 1{ if(P3_2)//高电平,认为是干扰信号触发中断return;delay1(5000);//10ms延时if(P3_2==0){load_switch_1=LSTOP;// 负载开关1关LOOP1_DL=1;//置负载短路标志}}本文所设计的太阳能路灯控制器,可适用12V或24V工作的光伏系统,可以直接驱动直流节能灯或通过逆变器驱动无极灯等灯具作为照明光源使用,也可以驱动一些直流低压负载供城市亮化使用。
控制器的两路负载输出,可以用于机动车道和人行道的照明,照明时间和工作模式可以灵活设置。
着重解决了如何对蓄电池及负载进行有效管理的问题,既提高了太阳能电池板的使用效率,又延长了蓄电池的使用寿命,防止了工程上因线路问题而造成意外事件的发生。
本文所设计的控制器已在江苏S238省道得到应用,具有设计可靠、成本低廉的特点,具有较大的实用价值。
太阳能路灯控制器电路图1 ．工作原理电路原理见图 1 所示。
该电路由以 U5 为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以 U 4A ～U4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关 KS1 电路、以 U1B 组成的蓄电池过放电控制电路、以U1A组成的开灯检测控制电路、以 U2 组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路，以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。
现分别介绍如下。
(1) 过充电、过放电检测保护部分太阳能电池组件板或阵列由插口CZ1 的①脚输入，加至防反充电二极管 D2 的正极．D2的负极接 12V 蓄电池的正极，即 CZ1 的③脚。
控制器在初始上电时，由于 C4 的作用使 U5②脚为低电平，③脚输出高电平，Q7 导通； Q8 截止，允许太阳能电池给蓄电池充电。
当蓄电池所充的电压小于 14 ． 4V 时，由R13 、(R38 十R39) 组成的串联分压电路送至 U5 ②、⑥电压低于 2 ／ 3 U5 的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当 U5 ②、⑥的电压高于 2 ／ 3 U5 供电电压时，U5③脚输出低电平， Q7 截止、 Q8 导通，给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。
在U5③脚输出低电平的状态下，其⑦脚导通，相当于将 1140 并入电路中。
此时电路的分压比为： R38+ R39 ／／ R40／IRl3+(R38+R39) ／／ R40 ，不难算出，当蓄电池电压低于设定值13V 时．电路状态再次翻转，U5③脚输出高电平，允许蓄电池充电。