基于单片机太阳能路灯的控制系统.doc

本设计基于C8051F330的PWM 限流控制器结合蓄电池充放电特性和电池伏安特性，专为LED路灯设计的充放电路白天太阳能电池板给蓄电池充电作为供电能源，灯不亮；在晚上，蓄电池对LED路灯放电，达到照明目的1 太阳能路灯控制系统硬件设计1.1 硬件组成路灯控制电路系统如图1- 1 所示图1-1 路灯控制电路系统1.2 控制器1.2.1 充放电电路选用C8051F330 单片机作主控制芯片，检测太阳电池电压、蓄电池电压及充放电流等参数，并按一定算法控制MOS管的导通和关断，达到控制路灯系统充放电的功能图1- 2 为控制器充放电电路图，电池板电压经R1 和R2 分压送至A/D转换口检测，以判别光线强弱光照充足时，电池板给蓄电池充电控制器实时检测蓄电池端电压，同时按设定转换点的蓄电池端电压值，控制充电各阶段的电压转换和停充图1-2 充放电电路1.2.2 MOSFET开关电路 设计中用MOSFET实现电路通断MOSFET开关频率高适合作为PWM 控制充电开关采用N沟道MOSFET，导通电压Vth>0，由图1- 3 实现MOSFET驱动R1 为基极限流电阻，C为加速电容当输入信号上升、下降时，R1 电阻瞬间被旁路并提供基极电流，在晶体管由导通状态变化到截止状态时能够迅速从基区取出电子（因为R1 被旁路），消除开关的时间滞后，提高开关速度。

图1-3 MOSFET 驱动电路图1.3 电流采样电路 通过康铜丝电阻采样的电压经LM358 放大输入单片机，进行数据的处理如下图1- 4 所示图1-4 电流的采样电路回路电流在康铜丝电阻上产生的压降输入到放大器的反向输入端其中1.4 电源电路 如图1- 5 所示，蓄电池电压经过R1 限流后输入到稳压器7812再通过IN4733 进行分压后，经稳压器AS117，将输出电压调至3.3V以供单片机工作图1-5 电源电路1.5 外围电路的硬件设计 C8051F330 的P0.2 为蓄电池电压采样值输入，P0.3 为太阳能光伏电压采样值输入，P0.4 为主电路中电流采样输入，P0.1 与P0.5 设计为脉宽调制信号输出，P0.6 为温度检测输入，加设拨码开关为路灯设置定时，可分别定时1～16 个小时2 软件设计2.1 系统软件框图程序设计完成系统初始化，并以查询方式检测电路参数及控制充放电，其流程图如图2- 1 所示：图2-1 软件流程图根据铅酸蓄电池特点，应用C8051F330 的PWM 功能对其进行充电管理当太阳能电池正常充电时蓄电池开通，MCU关断负载；夜间或太阳能电池不充电时蓄电池对LED放电。

当充电电压高于28.2V时，停止对蓄电池充电；此后当电压掉至24.8V时，蓄电池进入浮充态，当低于21.6V后，浮充态关闭，进入均充态当蓄电池电压低于21.6V时，MCU停止对负载供电，以保护蓄电池不过放2.2 充电程序（PWM波输出控制）C8051F330 的可编程计数器阵列PCA实现3 路8 位PWM 或16位PWM 功能PCA 的PCA0H 与PCA0L 决定调制波频率，通过改变捕捉/ 比较模块的高字节PCA0CPHn 与低字节PCA0CPLn 可以改变调制波的占空比本设计通过调节占空比实现蓄电池三个充电阶段：蓄电池电量小于21.6v 快充，大于21.6v 小于24.8v 均匀充，大于24.8v 小于28,2v浮充采用8 位PWM 输出，占空比η为η=（256- PCAOCPHn）/256附程序：voidCharge （void）{if （c>0x0f0a） //>28.2v关闭充电{PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA模块0的比较器功能PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比PCA0CPH0=0xFF；// 占空比约为0%P0_1=1；}elseif （c>0x0d3a） //>24.8v浮充电{PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA模块0 的比较器功能PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比PCA0CPH0=0x80；// 占空比为50%P0_1=1；}elseif （c>0x0b85） //>21.6v均充电{PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA 模块0 的比较器功能PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比PCA0CPH0=0x30；// 占空比为81.25%P0_1=1；}else // 快充电{PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA 模块0 的比较器功能PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比PCA0CPH0=0x00；// 占空比为100%P0_1=1；}3 总结 本设计依照光伏发电的工作特点和运行规律进行试验，其高效节能的照明，准确对太阳能半导体系统进行充、放电控制，从而能有效维持蓄电池的寿命，并且蓄电池在经过4 天的连续阴雨天后，仍可以正常工作，基本符合本设计的要求。