基于单片机控制的太阳能LED智能路灯照明系统

摘要：系统本着充分利用太阳能供电，并且实现路灯照明系统的智能化为目的，以AT89S51单片机为控制核心，自行设计了一套太阳能LED路灯智能照明系统。在该系统中以单片机与模数转换器构成数据采样模块，实现蓄电池的过充与过放保护电路；数码管显示电路显示蓄电池的电压和当前时间；通过光敏电阻感知外界环境亮度，实现LED路灯的开启与关闭；无线模块实现对LED路灯人为的控制。实验结果表明该系统性能稳定、实时性高、节能、智能。具有良好的应用前景。
关键词：蓄电池过充；过放保护；AT89S51；ADC0809；无线收发；光敏电阻

    我国经济的高速发展必然伴随着能源的大量消耗，节约资源和保护环境是政府坚持的基本国策，目前国家大力倡导既环保又再生的能源(水电、风电、太阳能发电等)的开发，特别是太阳能的应用。本文基于此，结合单片机设计了一种太阳能LED路灯控制器，利用太阳能对蓄电池充电和LED路灯照明，并且具过充电、过放电保护功能、可根据白天晚上亮度自动启动和关闭LED灯等智能功能的路灯照明系统。

1 系统总体结构
    图1为该系统结构图，由7个模块组成，分别为主控模块、数据采集模块、显示模块、过充电保护模块、过放电保护模块、光控模块和遥控模块组成。1)主控模块主要负责数据处理与外部电路控制；2)数据采集模块主要用于采集蓄电池两端的电压并将其转化为数字量输出；3)显示模块主要用于显示当前电压和时间；4)过充电保护模块主要用于避免蓄电池被过度充电而损坏；5)过放电模块主要用于避免蓄电池过度放电而损坏；6)光电模块主要用于根据白天和晚上的亮度自动启动和关闭LLED灯；7)遥控模块主要用于实现对LED灯的人为控制。

2 系统硬件设计
2．1 主控及数据采集模块
    主控及数据采集电路如图2所示，包括单片机最小系统和A／D0809芯片，其中单片机P1口向数码管发送显示数据；P0口连接A／D0809芯片数据输出端，用于接收模数转换的数据；ALE(30引脚)连接A／D0809的CLOCK端，用于给A／D0809提供时钟信号；P2．7，P2．6分别用于控制过充过放电路，通过这2个端的高低电平变化，对电路进行过充过放保护以及对指示灯亮灭控制；P2．5连接A／D0809的OE端，用于控制A／D0809转换输出允许；P2．4连接A／D0809的转换启动端START，用于控制AD转换启动信号；P2．3连接A／D0809地址锁存端ALE，用于控制地址锁存信号；P2．0，P2．1，P2．2连接A／D0809模拟通道地址端ADDA，ADDB，ADDC，用于对模拟通道进行选择。主控电路功能实现：单片机通过P2．0，P2．1，P2．2控制A／D0809 ADDA，ADDB，ADDC，选择A／D0809模拟输入IN0端作为模拟信号输入端，A／D0809通过内部AD转换，将模拟电压信号转换成数字信号，并通过数据口传送给单片机，单片机通过一系列处理控制数码管显示以及充放电控制端。

2．2 过充过放控制模块
    过充控制是在蓄电池处于过充状态时断开充电电路，过放控制是在蓄电池处于过放状态时断开放电电路。过充、过放控制都是为了保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。过充、过放判断的依据主要是蓄电池电压的高低。其功能实现：过充控制电路中将继电器J1的开关串联在充电电路中，当白天有太阳光时处于正常充电状态时，由太阳能板吸热经继电器开关常闭点向蓄电池充电，当蓄电池的电压高于26 V时，认为蓄电池处于过充状态，单片机向P2．6送出一个低电平，使得继电器线圈J1通电，则继电器常闭点断开，常开点闭合，充电电路断开，过充指示灯亮，停止向蓄电池充电，达到过充保护功能。过放控制电路中将继电器J2的开关串联在放电电路中，当处于正常放电状态时，放电电路正常工作。在晚上由蓄电池向负载供电时，当蓄电池的电压低于10．3 V时，认为蓄电池处于过放状态，此时单片机向P2．7送一个低电平，使得继电器线圈J2通电，继电器开关由常闭点转到常开点，放电电路就断开，过放指示灯亮，停止向负载供电，达到过放保护功能，该模块电路如图3所示。

2．3 显示电路模块
    图4为数码管显示电路，本电路采用单片机并行口显示，由741s373作为数码管驱动及位选电路，数码管用于显示当前时间，以及当前电压。741s373位选端LE1，LE2，LE3，LE4分别接单片机P3．4，P3．5，P3．6，P3．7端口，单片机通过每次选择741s373的一位位选，选择当前显示的数码管送入显示编码，然后选择另外一位位选，送入显示编码，依次类推，实现数码管静态显示。
2．4 光敏电阻控制模块
    利用通常情况下单片机低电平应低于0．8 V的特点，结合光敏电阻受光照影响电阻变化灵敏的特点，通过光敏电阻与固定电阻串联的方式，即通过检测固定电阻的分压值来检测白天与黑夜。当黑夜时设计固定电阻的分压值为0．8 V以下，即单片机引脚低电平值范围，此时通过单片机给P2．7送高电平，使放电电路工作，LED正常工作，否则LED灭。

3 系统软件设计
    如图5所示为该系统程序流程图，上电之后进行初始化操作，包括关头关闭LED，禁止电池充电与放电，初始化数码管显示等。启动AD08 09转换，读取外界电压值，判断蓄电池是否过冲或过放，之后判断是否有外界控制和时间是否大于6点，如果有外界控制则强制开灯或关灯，否则根据光强判断开灯或关灯，时间小于6点时，定时为关灯。

4 结束语
    本文对基于单片机控制的太阳能LED路灯照明系统硬件进件进行了模块化设计，并着重介绍了系统的主要模块主控及数据采集模块、过充过放控制模块、显示电路模块、光敏电阻控制模块。软件设计给出了程序流程。目前系统的实验效果良好，该设计结构简单，数字显示电压值，无触点充放电控制，外界随时遥控LED灯的亮灭，可据外界光线的强度开灯或关灯，一定时间可定时为灭灯状态。本系统设计充分且
可行的利用太阳能供电，节约了大量能源，对LED路灯照明系统实现了智能化，具有较强的实用性。