太陽能路燈控制器設(shè)計介紹

時間：2018-09-06作者：揚州博輝光電科技有限公司瀏覽：206

太陽能路燈控制器設(shè)計介紹：

本文介紹基于單片機的太陽能路燈控制器的設(shè)計,對12 V和24 V蓄電池可自動識別，可實現(xiàn)對蓄電池的科學(xué)管理，指示蓄電池過壓、欠壓等運行狀態(tài)，具有兩路負載輸出，每路負載額定電流可達5 A,兩路負載可以隨意設(shè)置為同時點亮、分時點亮以及單獨定時等工作模式,同時具有負載過流、短路保護功能;具有較高的自動化和智能化水平。

2硬件電路組成及工作原理

2.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

太陽能路燈智能控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示,該系統(tǒng)以STCl2C5410AD單片機為**，外圍電路主要由電壓采集電路、負載輸出控制與檢測電路、LED顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽能電池板和蓄電池電壓采集，用于太陽光線強弱的識別以及蓄電池電壓的獲取。單片機的P3口的兩位作為鍵盤輸入口，用于工作模式等參數(shù)的設(shè)置。

2.2 STCl2C5410AD單片機

STCl2C5410AD是STCl2系列單片機，采用RISC型CPU內(nèi)核，兼容普通8051指令集，片內(nèi)含有10 KB Flash程序存儲器，2 KB Flash數(shù)據(jù)存儲器，512 B RAM數(shù)據(jù)存儲器。同時內(nèi)部還有看門狗(WDT);片內(nèi)集成MAX810**復(fù)位電路、8通道10位ADC以及4通道：PWM;具有可編程的8級中斷源4種**級，具有在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)，片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。STCl2C5410AD對系統(tǒng)的工作進行實施調(diào)度,實現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、蓄電池及負載的管理、工作狀態(tài)的指示等。為充分使用片內(nèi)資源，本文所設(shè)置的參數(shù)寫入Flash數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)。 2.3鍵盤電路

P3.4(TO)接F1鍵，用于設(shè)置狀態(tài)的識別及參數(shù)設(shè)置;P3.5(T1)接F2鍵，用于自檢及"加1"功能，根據(jù)程序流程，分別實現(xiàn)不同功能。

2.4電壓采集與電池管理

太陽能電池板電壓采集用于太陽光線強弱的判斷，因而可以作為白天、黃昏的識別信號。同時本系統(tǒng)支持太陽能板反接、反充保護。

蓄電池電壓采集用于蓄電池工作電壓的識別。利用微控制器的PWM功能對蓄電池進行充電管理。若太陽能電池正常充電時蓄電池開路?？刂破鲗㈥P(guān)斷負載，以保證負載不被損傷,若在夜間或太陽能電池不充電時蓄電池開路，控制器由于自身得不到電力，不會有任何動作。當充電電壓**保護電壓(15 V)時，自動關(guān)斷對蓄電池的充電;此后當電壓掉至維護電壓(13.2V)時，蓄電池進入浮充狀態(tài)，當**維護電壓(13.2 V)后浮充關(guān)閉，進入均充狀態(tài)。當蓄電池電壓**保護電壓(11 V)時，控制器自動關(guān)閉負載開關(guān)以保護蓄電池不受損壞。通過PWM充電電路(智能三階段充電)，可使太陽能電池板發(fā)揮較大功效，提高系統(tǒng)充電效率。本系統(tǒng)支持蓄電池的反接、過充、過放。

2.5負載輸出控制與檢測電路

本系統(tǒng)設(shè)計了兩路負載輸出，每路輸出均有獨立的控制和檢測，具有完善的過流、短路保護措施,電路原理如圖2所示。設(shè)計了兩級保護：**級采用了由R7(0.01 Ω康銅絲)以及運放LM358、比較器LM393等器件組成的過流、短路檢測電路，配合單片機的A/D轉(zhuǎn)換及外部中斷響應(yīng)來實現(xiàn)負載過流及短路保護，是一種硬件 軟件的方式，LM358的輸出送PL.7(A/D轉(zhuǎn)換)口，用作過流信號識別，當電流**過額定電流20%并維持30 s以上時，確認為過流;短路電流整定為10 A，響應(yīng)時間為毫秒數(shù)量級。*二級采用了電子保險絲保護，當流經(jīng)電子保險絲的電流驟然增加時，溫度隨之上升。其電阻大大增加，工作電流大大降低，達到保護電路目的，響應(yīng)時間為秒數(shù)量級，過流撤消或短路恢復(fù)后電子保險絲恢復(fù)成低阻抗導(dǎo)體，無須任何人為更換或維修。系統(tǒng)采用了兩級保護措施后，在長達數(shù)小時的負載短路實驗后，控制器仍沒出現(xiàn)電路燒毀現(xiàn)象。解決了用傳統(tǒng)保險絲只能對電路進行一次性保護以及一旦器件燒毀必須人為更換的問題，同短路后需手動復(fù)位或斷電后重新開啟的系統(tǒng)相比，也具有明顯的優(yōu)點。簡化了太陽能路燈控制器維護，提高了系統(tǒng)的安全性能。

2.6硬件設(shè)計過程中的注意事項

(1)感應(yīng)雷保護電路應(yīng)設(shè)計在太陽能電池板引線入口處，保護電路周圍4 mm內(nèi)不能布置其他器件。

(2)防止太陽能電池板反接的二極管必須采用快恢復(fù)二極管，這種二極管導(dǎo)通內(nèi)阻小，充電時發(fā)熱量小，不用散熱器也可以連續(xù)充電，充電效果好。

(3)充電、負載放電電路的印刷線路寬度至少為4 mm～5 mm，線路上用搪錫處理以增加過電流能力，大電流導(dǎo)線從一層過渡到另一層時，要放置3～5個過孔。

(4)過流、短路保護電路選用的電流取樣電阻要綜合考慮電流、功率及熱穩(wěn)定性三個因素。電阻增大則電路效率下降，本系統(tǒng)選用電阻為0.01 Ω，過電流能力在10 A以上的康銅絲作為電流取樣電阻，來產(chǎn)生取樣電壓，取樣電壓較多不**過0.2 V，故采用運放LM358對其進行放大。

(5)器件的布局和PCB的布線采用模塊化方式，大電流信號與小電流信號要分離，對放大電路的線路尤其要精心布置。數(shù)字地和模擬地分開，注意電源線和地線的布局。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

與本設(shè)計方案的硬件電路對應(yīng)的軟件程序包括：主程序、定時中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、外部中斷子程序及鍵盤處理子程序、充電管理子程序、負載管理子程序。單片機的軟件編程以Keil C編譯器的Windows集成開發(fā)環(huán)境μvision2作為開發(fā)平臺，采用C51**語言編寫。

3.1軟件編程要點

(1)本系統(tǒng)采用較少的按鍵實現(xiàn)了諸多功能，如負載工作模式的設(shè)置、雙燈同時工作還是分時工作、負載工作時間的設(shè)定、自檢功能等，為防止誤操作采取了一些措施。這種方法實際上是一鍵多用的一種嘗試，還可以推廣到較復(fù)雜的人機對話的設(shè)計。其思路可參見按鍵處理流程圖。

(2)鍵盤在定時中斷服務(wù)程序中讀取，用中斷間隔時間實現(xiàn)鍵盤的去抖，不必編寫另外的延時程序，提高了CPU的利用效率。鍵盤值存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在主程序中讀數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容，執(zhí)行鍵盤功能散轉(zhuǎn)子程序。

(3)環(huán)境光線(閃電、禮花燃放)對太陽能電池板的采樣電壓有明顯影響，故在白天、黃昏的識別時。要進行軟件延時，一般控制在2～3 min。

(4)外部中斷為高**級中斷，編制子程序?qū)崿F(xiàn)負載過流、短路保護時，要充分考慮到負載啟動瞬間會產(chǎn)生數(shù)倍于額定電流的沖擊電流.沖擊電流維持時間在3ms～5 ms，應(yīng)在軟件上采取措施，避免短路與負載開啟的誤判。確定負載過流、短路后，切斷負載輸出。負載切斷后，每隔一段時間，如20 s，應(yīng)試接通負載開關(guān)，當發(fā)現(xiàn)過流、短路信號已消除，則恢復(fù)負載的輸出。否則負載開關(guān)仍然保持斷開。

(5)為保護負載(燈具)，蓄電池過放保護恢復(fù)時應(yīng)用軟件設(shè)置一個回差電壓，這樣負載開關(guān)不會出現(xiàn)顫抖現(xiàn)象，有利于延長燈具的使用壽命。 (6)根據(jù)STC12C5410AD的Data Flash的特點，數(shù)據(jù)寫入時必須啟動ISP/IAP命令，CPU等待IAP動作定時后，才繼續(xù)執(zhí)行程序，要先關(guān)斷中斷(EA)。還應(yīng)注意數(shù)據(jù)寫入Data Flash存儲器，不能跨越扇區(qū)。

 





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