基于51单片机多功能太阳能路灯的设计与实现

摘要：为了充分利用太阳能，提高能源的利用效率，文中结合太阳能与C8051F020单片机实现了多功能太阳能路灯的设计；文中通过太阳能提供电源，给各硬件部分供电；C8051F020控制采样函数，并利用LCD显示采样数据的相关信息。文中设计的多功能太阳能路灯具有安全环保、功耗低、外观设计简明大方、实用性强，性能稳定等优点。
关键词：能源；多功能；C8051F020；采样；实用性

    随着社会发展的步伐日益加快，人们对新型能源地开发利用程度不断加大，太阳能作为一种新型能源，越来越受到人们的重视，合理有效的利用好太阳能，已逐步成为节能环保的一种趋势。西藏太阳能资源居中国首位，也是世界上最丰富的地区之一，全年平均日照时数在3 000小时左右。因此为了更环保、更加节能，合理有效地利用太阳能，我们设计出一款多功能太阳能路灯。文中采用C8051F020作为主控芯片，通过51单片机控制片内高速AD对紫外线传感器、温度传感器、光照度传感器等进行采样，对拉萨环境进行监测(特别是紫外线强度的监测)，相关数据参数经过LCD显示，用户可通过需要显示广告信息，如进行公益广告，商业广告相关信息的宣传；同时利用具有高效节能的LED灯作为发光源提供照明，蓄电池作为储存电能的工具，将获取的太阳能存储起来。本设计不仅具有良好的市场前景，而且实现了能源的高效利用。

1 系统设计方案
1．1 系统硬件设计
    文中设计的硬件包括，新华龙电子公司的C8051F0201单片机、稳压电路。文中主要利用太阳能电池板将太阳能转化为电能，并储存在蓄电池中，由蓄电池给硬件部分提供电源，通过稳压电路提供单片机工作电压，主控芯片C8051F0201控制LCD显示和AD采样，太阳系统硬件设计框图如图1所示。

1．1．1 C8051F020简介
    C8051F020(以下简称51单片机)器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有32个数字I／O引脚。此款51单片机具有高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核(可达25MIPS)。全速、非侵入式的在系统调试接口(片内)。12位、100 ksps的8通道ADC，带PGA和模拟多路开关。
8位500 ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关和两个12位DAC，具有可编程数据更新方式。64 k字节可在系统编程的FLASH存储器。4 352(4096+256)字节的片内RAM，可寻址64 K字节地址空间的外部数据存储器接口。硬件实现的SPI、Sm Bus／I2C和两个UART串行接口，5个通用的16位定时器。具有5个捕捉／比较模块的可编程计数器／定时器阵。列片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器，每个MCU都可在工业温度范围(-45～+85℃)内用2．7～3．6 V的电压工作。端口I／O、／RST和JTAG引脚都容许5 V的输入信号电压。C8051F0201引脚如图2所示。

1．1．2 AD采样
    C8051F020有一个片内12位SAR ADC(ADC0)，一个9通道输入多路选择开关和可编程增益放大器。该ADC工作在100 ksps的最大采样速率时可提供真正的12位精度，INL为±1LSB，ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器，只有当ADC0控制寄存器中的ADOEN位被置‘1’时ADC0子系统(ADC0、跟踪保持器和PGA0)才被允许工作。当AD0EN位为‘0’时，AD0C子系统处于低功耗关断方式。ADC0的最高转换速度为100 ksps，其转换时钟来源于系统时钟分频，分频值保存在寄存器ADC0CF的ADCSC位。文中设计的AD采样的启动方式为定时器3溢出(即定时的连续转换，便于实施数据采集)，选用的通道如表1所示。

1．1．3 LCD显示电路
    LCD显示电路采用T6963C液晶显示控制器，T6963C多用于小规模的液晶显示器件，常被装配在图形液晶显示模块上，以内藏控制器型图形液晶显示模块的形式出现。内藏T6963C单屏结构点阵图形液晶显示的模块方框图如图3所示。单片机对T6963C有2种访问方式：直接访问与间接访问。直接访问利用三总线以I／O设备访问形式进行控制；间接访问则由单片机提供并行接口，以程序控制时序的方式进行控制。为简化程序，这里采用直接访问方式，如图4所示。LCD引脚及其功能如表2所示。

1．2 C8051单片机软件设计
    C8051单片机软件主要包括显示函数、AD采样函数、初始化函数以及主函数。软件设计的主程序流程框图如图5所示，子函数详细功能如表3所示。

1．3 AD采样模块程序


2 整体测试结果
    整体测试结果如表4所示。

3 结束语
    文中运用C8051F020作为主控芯片结合温度传感器、紫外线传感器、光照度传感器等制作一个由太阳能电池板将太阳能转化为电能，充分并有效地利用了能源，对环境实时监测。本文采用的C8051F020控制芯片具有较高的执行效率，功耗低，易控制，总体设计不需外加电源，实现了智能化控制。通过对太阳能的合理利用，本设计具有非常好的市场前景，实现工业智能化，是节能减排，构建资源节约型社会的一个良好发展趋势。