路燈控制系統(tǒng)工作原理

白天光伏電池向蓄電池充電，晚上蓄電池提供電力供路燈照明。所以蓄電池將構(gòu)成一個(gè)充放電循環(huán)。太陽能路燈照明控制電路包括光伏電池、蓄電池、路燈和控制器四部分。

1、設(shè)計(jì)中采用AT89S52單片機(jī)，并將其作為智能核心模塊。外圍電路主要包括太陽能電池電壓采樣模塊、蓄電池電壓采樣模塊、鍵盤電路模塊、LED顯示模塊、充放電控制模塊等。

2、下圖是太陽能路燈控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

3、太陽能路燈控制器選擇ATMEL公司的8位單片機(jī)AT89S52為核心的智能控制模塊，在整體上具有低功耗、性能高的特點(diǎn)。

單片機(jī)振蕩電路

單片機(jī)振蕩電路如下圖所示。

復(fù)位電路

1、復(fù)位電路如下圖所示，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。

2、系統(tǒng)正常工作電壓為5V，系統(tǒng)采用12V/24V的鉛酸蓄電池供電，蓄電池電壓不穩(wěn)定，所以需要對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)壓。本系統(tǒng)采用LM7805三端穩(wěn)壓器，其輸入電壓在5～24V時(shí)均可以保證輸出為穩(wěn)定的+5V。LM7805組成穩(wěn)壓電源只需要很少的外圍元件，使用起來非常方便，工作穩(wěn)定可靠J。

系統(tǒng)電源電路如下圖所示。

3、太陽能電池采樣和蓄電池采樣對(duì)于系統(tǒng)正常運(yùn)行起著非常重要的作用。

3.1、太陽能路燈控制器要對(duì)蓄電池充放電進(jìn)行合理控制，即需對(duì)蓄電池、太陽能電池板電壓進(jìn)行采樣。為此，AT89S52單片機(jī)就要外接A/D轉(zhuǎn)換模塊，把電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)選用v/F轉(zhuǎn)換芯片LM331組成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路J。

3.2、在系統(tǒng)采樣設(shè)計(jì)中，為了防止因?yàn)橥獠恳蛩貙?dǎo)致AT89S52程序跑飛或死機(jī)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在LM331與單片機(jī)之間還需增加單通道的高速光電隔離器6n137J。下圖為太陽能電池板采樣電路圖。系統(tǒng)蓄電池采樣和太陽能電池板采樣電路相同。

4、照明系統(tǒng)框圖如下圖所示。

5、LED太陽能節(jié)能燈照明系統(tǒng)框圖：

5.1、單片機(jī)經(jīng)由檢測(cè)電路檢測(cè)太陽能發(fā)電板所發(fā)出來的電壓，并由1組A/DCl的轉(zhuǎn)換值來判斷是否已天黑。

5.2、當(dāng)光線充足時(shí)，將太陽能發(fā)電板所發(fā)出的電送至定電壓電路，此時(shí)，單片機(jī)也會(huì)由其A/DC1轉(zhuǎn)換值來監(jiān)控充電電池的電量，并以綠色、黃色與紅色的LED來表示充電電池的電量。單片機(jī)以定電壓的方式來對(duì)充電電池充電，只要定電壓電路的最大輸出電壓值依充電電池的規(guī)格來設(shè)定，就不會(huì)發(fā)生電池過充而損壞的情形。

5.3、當(dāng)光線不足(天黑)時(shí)，單片機(jī)經(jīng)由A/DC1的轉(zhuǎn)換值檢測(cè)到太陽能發(fā)電板發(fā)出的電壓已接近于零，此時(shí)，單片機(jī)會(huì)依此A/DC1轉(zhuǎn)換后數(shù)值來判斷是否點(diǎn)亮LED燈，當(dāng)此A/DC1轉(zhuǎn)換后的值低于某一臨界值時(shí)，該值越小，則單片機(jī)會(huì)輸出一脈寬越寬的PWM信號(hào)，使LED燈的亮度越亮。

5.4、如果僅靠太陽能電池來對(duì)充電電池充電，其充電量可能不足以提供LED燈點(diǎn)亮一整晚。所以我們預(yù)計(jì)入夜后，此太陽能燈約只點(diǎn)亮6h，此時(shí)大約已過深夜12點(diǎn)。

5.5、另外，我們?cè)偌尤?a target="_blank">光敏電阻與人體紅外線檢測(cè)器，當(dāng)太陽能燈點(diǎn)亮6h而熄滅后，如果光敏電阻檢測(cè)到有車輛駛近，或者人體紅外線檢測(cè)器偵測(cè)到有人靠近時(shí)，則LED燈會(huì)再點(diǎn)亮數(shù)分鐘，以作照明之用。如此，僅靠太陽能電池的充電量應(yīng)足以供此LED燈使用。

6、定壓、穩(wěn)壓電路

定壓、穩(wěn)壓電路如下圖所示。

7、設(shè)計(jì)中，HT7544是1只4.4V的穩(wěn)壓塊，把HT7544的GND腳接地，其輸入腳(in)輸入的電壓大于4.4V，其輸出腳(out)會(huì)固定輸出4.4V的電壓。因?yàn)镠T7544的輸出腳(out)電壓~LGND大于4-4V，所以流過電阻Rl的電流為

8、在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)HT46R23需要的5v穩(wěn)壓電源通過集成穩(wěn)壓塊HT7551來供給。HT7551的GND腳接地，其輸人腳(in)輸入大于5V的電壓時(shí)，輸出腳(out)會(huì)固定輸出5V的電壓。兩只10k1)的電阻R3與R4作分壓電路，其分壓后之電壓流人單片機(jī)HT46R23的A/DC2轉(zhuǎn)換接腳(PB2)，以供單片機(jī)檢測(cè)充電電池的電壓。

9、LED驅(qū)動(dòng)電路

LED的驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示。

10、驅(qū)動(dòng)電路中，PWM信號(hào)由單片機(jī)HT46R23的PWMO端輸出。

10.1、由上圖可知，太陽能發(fā)電板所發(fā)出來的電壓通過電阻R5與R6的分壓電路取出。因?yàn)椋褂玫奶柲馨l(fā)電板的工作電壓為7.5v，而單片機(jī)A/DCl轉(zhuǎn)換的類比輸入電壓最大為5v，使用兩只10kQ的電阻R5與R6來作分壓電路，使流入單片機(jī)A/DC1轉(zhuǎn)換(PB1)的電壓為太陽能發(fā)電板所輸出電壓的一半。

10.2、當(dāng)A/DC1轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值小于某1個(gè)臨界值時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出一數(shù)字信號(hào)c，該信號(hào)打開電源控制電路，使電池的電能流人驅(qū)動(dòng)電路中。同時(shí)，輸出PWM的信號(hào)以點(diǎn)亮LED燈。A/Dc1轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值越小，單片機(jī)輸出PWM的脈波寬度越寬。

11、檢測(cè)電路

檢測(cè)電路如下圖所示。光敏電阻(Cds)與人體紅外線傳感器(GDS)，分別檢測(cè)車輛燈光與人體的紅外線。

12、定壓、穩(wěn)壓電路

12.1、上圖的最左邊是光敏電阻，為檢測(cè)車燈的電路。光敏電阻受光越強(qiáng)，其電阻值越小。在夜晚時(shí)，光敏電阻的電阻值變大，單片機(jī)HT46R23的PB0所檢測(cè)到的電壓值較小;當(dāng)車燈照射到光敏電阻時(shí)，光敏電阻的電阻值就會(huì)變小，單片機(jī)之PB0檢測(cè)到的電壓值就會(huì)比較大。

12.2、因此在夜晚，當(dāng)單片機(jī)的PB0所檢測(cè)到的電壓值大于某臨界值時(shí)，即表示有車輛接近，則單片機(jī)將點(diǎn)亮LED燈。

12.3、圖中的人體紅外線傳感器的檢測(cè)電路是當(dāng)有人進(jìn)入檢測(cè)范圍時(shí)，人體紅外線傳感器會(huì)發(fā)出1個(gè)小脈波，因?yàn)榇诵∶}波的功率很小，需要經(jīng)過幾次放大器(LM324)的放大，其信號(hào)才能有效地被單片機(jī)接收，所以平時(shí)無人進(jìn)人人體紅外線檢測(cè)器的檢測(cè)范圍時(shí)，此電路的輸出為低電位;當(dāng)單片機(jī)的PC0收到高電位時(shí)，表示有人進(jìn)人人體紅外線傳感器的檢測(cè)范圍，單片機(jī)將點(diǎn)亮LED照明燈。

(1)在成品上方的太陽能發(fā)電板有受光的情形下，其輸出是否有7.5V以上的太陽能發(fā)電板之工作電壓。

(2)如果上述測(cè)試正常的話，在未接充電電池的情形下，定電壓電路.HT7544的輸出端應(yīng)該會(huì)有約6V的電壓輸出。流經(jīng)1個(gè)整流二極管后，約為5.4v的電壓，以供充電電池充電之用。

(3)將充電電池接至電路中穩(wěn)壓電路，HT7551會(huì)輸出5V的電壓給單片機(jī)使用。

(4)以不透光物質(zhì)遮蔽太陽能發(fā)電板，以模擬人夜的情形。當(dāng)單片機(jī)的PB1所檢測(cè)到的太陽能發(fā)電板的輸出電壓值小于某一臨界值時(shí)，表示天色已暗。此時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出一高電位給控制信號(hào)c，以打開電源控制電路，使電池的電能流人LED驅(qū)動(dòng)電路中。同時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出FWM信號(hào)以點(diǎn)亮LED燈。6h的時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)讓LED燈持續(xù)點(diǎn)亮1min，以模擬點(diǎn)亮6h，6h后應(yīng)已過深夜，人車已少，所以熄滅LED燈。

(5)當(dāng)已過6h而LED燈熄滅后，如果有人車接近，則裝在PB0的光敏電阻或裝在PCO的人體紅外線檢測(cè)器應(yīng)會(huì)感應(yīng)到車燈或人體所發(fā)出來的紅外線。此時(shí)，單片機(jī)會(huì)再點(diǎn)亮LED燈約30S，以作警示或照明之用。此情形直到單片機(jī)的PB1所檢測(cè)到的太陽能發(fā)電板所輸出的電壓值大于某1個(gè)臨界值時(shí)，表示天色已亮，程式再回到開始的狀態(tài)。

接線說明

1、?先接蓄電池的連接線

2、?再接蓄電池到控制器的線

3、?再接太陽能板到控制器的線

4、?最后接負(fù)載到控制器的線?

5、?負(fù)載為低壓鈉燈時(shí)，在做燈具的時(shí)候應(yīng)該先把整流器的輸出端接光源的兩端的線先連接好(低壓鈉燈光源無正負(fù)極可任意連接)。把整流器的輸入端連接兩根足夠長(zhǎng)的線(要能區(qū)分正負(fù)極)。在最后接負(fù)載到控制器的接線時(shí)注意正負(fù)極不能接反。

審核編輯：湯梓紅