防盗用太阳能LED照明系统的开发

摘要：本系统结合报警技术与太阳能LED照明功能，报警装置采用热释电红外传感器，控制器选用51单片机，照明系统采用LED照明灯具，整个系统由可控太阳能供电系统供电。本系统广泛运用于大型住宅和工厂，作为防盗和照明装置。

　　1.系统结构及功能

　　系统由五大模块组成：红外报警模块，单片机控制模块， 太阳能供电模块， 照明模块， 报警模块。每个报警装置由一个单片机控制器控制，各个从控制器不断与主控制器进行通信，将报警信号传递给主控制器。主控制器检测各从控制器的报警信号，根据不同的信号做出反应：报警或不报警。当有人通过检测区域时，该区域的LED灯将亮一段时间，主控制器接收到报警信号后将控制报警器发出报警声，并通过相关的指示灯指明报警区域。整个系统由可控太阳能供电系统供电，控制器能够实现对供电线路的转换和对蓄电池的过充电，过放电保护等功能。

　　2.主从控制器通信模块

　　RS-232，RS-422，RS-485都是串行数据接口标准，其中RS-232标准传输距离最大约为15m，最高速率为20Kb/s。本系统在实验过程中采用51单片机的串行接口实现主从机的通信，最多可连256台丛机。若要实现长距离之间的通信可采用RS-485通信标准，其最大传输距离可达到1219m，最大传输速率可达10Mb/s。

图1 系统机构框图

　　51单片机串行口的工作方式2和方式3可运用于多机通信系统。其结构拓扑如下（图2）：

　　在该多机通信系统中，主机向各从机发送数据。

　　而从机只能向主机发送数据，而不能在从机之间交换数据。多机通信的实现需要主，从机对相关的控制位SM2，TB8进行正确的设置。

图2 单片机多机通信结构图

　　为更好的实现多机通信，首先对各从机进行编号，编号作为该机地址，如本系统的：0x00，0x01，0x02等。当主机需要发送指令给特定的从机时，要先发送目标从机的地址信号，这个地址用于从机判断是否准备接收指令。地址数据和指令可以用第九位来区别。所以主机发送地址帧时，地址/数据标志位TB8应该设置为1，以表示是地址帧。如本系统主机中：SCON=0xd8；//串行口工作在方式3，TB8设置为1，允许接收；此时从机初始化时均设置SM2为1，使其只处于接收地址帧的状态。如：SCON=0xf0；//串行口工作在方式3，TB8设置为1，允许接收；当从机接收到主机发来的数据后，若第九位为1，进入串口中断。中断后将主机发来的地址与本机地址进行比较，如果相同，那么该从机清除其SM2位标志，准备接收即将从主机发来的指令。如果不同，该从机SM2位依然为1，由于主机在发送指令时，TB8为0，不会进入串口中断，直到新的地址到来。主机在通信过程中以调用子程序的形式发送数据，发送完后执行其他工作。从机在串口中断程序中接收数据。这样实现了主机向特定的从机发送数据，也可接收该从机的数据，实现数据交换。

　　为保证通信的正确和合理的进行，在通信过程中可根据需要制定不同的通信协议，如本系统：

　　主机发送命令码如下：

　　0xaa：主机命令从机应答运行信号。

　　0xab：主机命令从机应答报警信号。

　　0xac：主机命令从机解除警报。

　　3.热释电红外报警模块

　　工作原理：热释电红外开关BISS0001配以热释电红外传感器和少量外接原件构成的被动式红外开关。它能自动快速的开启各类灯，自动门，自动洗手池等装置，是一种高科技产品。特别适用于企业，库房，家庭过道，走廊等敏感区域，或用于照明和报警系统。

　　热释电红外传感器是一种新型敏感元件，它是由高热电系数材料，配以滤光镜片和阻抗匹配用场效应管组成。它能以非接触的方式检测出来自人体发出的红外辐射（7~10um），将其转换为点信号输出，并可有效抑制热体辐射波长以外的干扰辐射。

　　如阳光，灯光及其反射光。通过对相关电路的研究设计，并经过现场的调试，在传感器上加菲涅尔透镜后能有效的检测到15m左右的范围。由于被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，所以在系统安装时要充分考虑探头的安装角度问题。

　　4.太阳能供电系统

　　（1）工作原理及相关介绍

　　整个系统采用太阳能供电，工作原理简单。 白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中同时供给各个模块用电。

　　控制器能根据蓄电池的荷电状态，选择适合的充电方式；当照度逐渐降低至一定程度时，充放电控制器将侦测到这一电压值的变化，将断开太阳能电池板供电线路，改由蓄电池对系统放供电。

　　蓄电池是太阳能供电系统的重要器件，它的主要功能是把太阳能电池发的电能即时储存起来，以供用电设备使用，蓄电池具有储存电能和稳定电压的作用。蓄电池的主要技术参数是电压和容量（Ah），用太阳能电池给蓄电池充电时，太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20%～30%，才能保证给蓄电池正常充电。蓄电池有铅酸电池、碱性镍镉电池、碱性镍氢电池、锂电池等，一般情况下，考虑成本选用铅酸式电池。

　　DC/DC转换模块通过控制开关器件的导通和关断时间，配合电感、电容或高频变压器等元件以连续改变和控制输出直流电压。考虑到蓄电池的内阻，对于本系统采用12V的蓄电池， 设定DC/DC转换后的电压为15V。

　　本系统根据太阳能电池板输出电压的不同，分为几个支路，利用不同的DC/DC稳压芯片进行DC/DC变换。

　　电源模块通过电压的转换，为单片机提供工作电压。系统采用单片开关电源稳压芯片78L05，以将经DC/DC转换后电压转变为5V工作电压。

　　电压检测电路由精密电阻和可调电阻构成，由于51单片机外接A/D转换芯片ADC0809测量最大范围为5V，因此要把蓄电池电压成比例的缩小在5V内，再利用其AD转换功能进行转换。

　　（2）注意事项

　　针对太阳能供电系统的特点，在设计时要充分考虑图3 报警模块电路图以下环节：

图3 报警模块电路图

　　①计算太阳能电池组件的总充电电流和最小功率。

　　②确定太阳能电池的设计容量，并根据安装地区的特点，能够满足系统连续阴雨天夜晚的照明需要。

　　③设计合适的充放电控制器，实现反充保护、过充保护、过放保护、光控时控与温度补偿等功能。

　　5.结束语

　　系统经实验，灵敏可靠。考虑系统的工作环境，可采用无线收发装置实现各报警装置与主机之间的通信，使通信更加简单，安装更加灵活。