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本文介紹基于單片機的太陽能路燈控制器的設計,對12 V和24 V蓄電池可自動識別，可實現對蓄電池的科學管理，指示蓄電池過壓、欠壓等運行狀態，具有兩路負載輸出，每路負載額定電流可達5 A,兩路負載可以隨意設置為同時點亮、分時點亮以及單獨定時等工作模式,同時具有負載過流、短路保護功能；具有較高的自動化和智能化水平。

2硬件電路組成及工作原理
2.1系統硬件結構
太陽能路燈智能控制器系統硬件結構如圖1所示,該系統以STCl2C5410AD單片機為核心，外圍電路主要由電壓采集電路、負載輸出控制與檢測電路、LED顯示電路及鍵盤電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽能電池板和蓄電池電壓采集，用于太陽光線強弱的識別以及蓄電池電壓的獲取。單片機的P3口的兩位作為鍵盤輸入口，用于工作模式等參數的設置。

2.2 STCl2C5410AD單片機
STCl2C5410AD是STCl2系列單片機，采用RISC型CPU內核，兼容普通8051指令集，片內含有10 KB Flash程序存儲器，2 KB Flash數據存儲器，512 B RAM數據存儲器。同時內部還有看門狗(WDT)；片內集成MAX810專用復位電路、8通道10位ADC以及4通道：PWM；具有可編程的8級中斷源4種優先級，具有在系統編程(ISP)和在應用編程(IAP)，片內資源豐富、集成度高、使用方便。STCl2C5410AD對系統的工作進行實施調度,實現外部輸入參數的設置、蓄電池及負載的管理、工作狀態的指示等。為充分使用片內資源，本文所設置的參數寫入Flash數據存儲器內。 2.3鍵盤電路
P3.4(TO)接F1鍵，用于設置狀態的識別及參數設置；P3.5(T1)接F2鍵，用于自檢及"加1"功能，根據程序流程，分別實現不同功能。
2.4電壓采集與電池管理
太陽能電池板電壓采集用于太陽光線強弱的判斷，因而可以作為白天、黃昏的識別信號。同時本系統支持太陽能板反接、反充保護。
蓄電池電壓采集用于蓄電池工作電壓的識別。利用微控制器的PWM功能對蓄電池進行充電管理。若太陽能電池正常充電時蓄電池開路。控制器將關斷負載，以保證負載不被損傷,若在夜間或太陽能電池不充電時蓄電池開路，控制器由于自身得不到電力，不會有任何動作。當充電電壓高于保護電壓(15 V)時，自動關斷對蓄電池的充電；此后當電壓掉至維護電壓(13.2V)時，蓄電池進入浮充狀態，當低于維護電壓(13.2 V)后浮充關閉，進入均充狀態。當蓄電池電壓低于保護電壓(11 V)時，控制器自動關閉負載開關以保護蓄電池不受損壞。通過PWM充電電路(智能三階段充電)，可使太陽能電池板發揮最大功效，提高系統充電效率。本系統支持蓄電池的反接、過充、過放。
2.5負載輸出控制與檢測電路
本系統設計了兩路負載輸出，每路輸出均有獨立的控制和檢測，具有完善的過流、短路保護措施,電路原理如圖2所示。設計了兩級保護：第一級采用了由R7(0.01 Ω康銅絲)以及運放LM358、比較器LM393等器件組成的過流、短路檢測電路，配合單片機的A/D轉換及外部中斷響應來實現負載過流及短路保護，是一種硬件 軟件的方式，LM358的輸出送PL.7(A/D轉換)口，用作過流信號識別，當電流超過額定電流20％并維持30 s以上時，確認為過流；短路電流整定為10 A，響應時間為毫秒數量級。第二級采用了電子保險絲保護，當流經電子保險絲的電流驟然增加時，溫度隨之上升。其電阻大大增加，工作電流大大降低，達到保護電路目的，響應時間為秒數量級，過流撤消或短路恢復后電子保險絲恢復成低阻抗導體，無須任何人為更換或維修。系統采用了兩級保護措施后，在長達數小時的負載短路實驗后，控制器仍沒出現電路燒毀現象。解決了用傳統保險絲只能對電路進行一次性保護以及一旦器件燒毀必須人為更換的問題，同短路后需手動復位或斷電后重新開啟的系統相比，也具有明顯的優點。簡化了太陽能路燈控制器維護，提高了系統的安全性能。
2.6硬件設計過程中的注意事項
(1)感應雷保護電路應設計在太陽能電池板引線入口處，保護電路周圍4 mm內不能布置其他器件。
(2)防止太陽能電池板反接的二極管必須采用快恢復二極管，這種二極管導通內阻小，充電時發熱量小，不用散熱器也可以連續充電，充電效果好。
(3)充電、負載放電電路的印刷線路寬度至少為4 mm～5 mm，線路上用搪錫處理以增加過電流能力，大電流導線從一層過渡到另一層時，要放置3～5個過孔。
(4)過流、短路保護電路選用的電流取樣電阻要綜合考慮電流、功率及熱穩定性三個因素。電阻增大則電路效率下降，本系統選用電阻為0.01 Ω，過電流能力在10 A以上的康銅絲作為電流取樣電阻，來產生取樣電壓，取樣電壓最多不超過0.2 V，故采用運放LM358對其進行放大。
(5)器件的布局和PCB的布線采用模塊化方式，大電流信號與小電流信號要分離，對放大電路的線路尤其要精心布置。數字地和模擬地分開，注意電源線和地線的布局。
3系統軟件設計
與本設計方案的硬件電路對應的軟件程序包括：主程序、定時中斷程序、A/D轉換子程序、外部中斷子程序及鍵盤處理子程序、充電管理子程序、負載管理子程序。單片機的軟件編程以Keil C編譯器的Windows集成開發環境μvision2作為開發平臺，采用C51高級語言編寫。
3.1軟件編程要點
(1)本系統采用較少的按鍵實現了諸多功能，如負載工作模式的設置、雙燈同時工作還是分時工作、負載工作時間的設定、自檢功能等，為防止誤操作采取了一些措施。這種方法實際上是一鍵多用的一種嘗試，還可以推廣到更復雜的人機對話的設計。其思路可參見按鍵處理流程圖。
(2)鍵盤在定時中斷服務程序中讀取，用中斷間隔時間實現鍵盤的去抖，不必編寫另外的延時程序，提高了CPU的利用效率。鍵盤值存入數據緩沖區，在主程序中讀數據緩沖區的內容，執行鍵盤功能散轉子程序。
(3)環境光線(閃電、禮花燃放)對太陽能電池板的采樣電壓有明顯影響，故在白天、黃昏的識別時。要進行軟件延時，一般控制在2～3 min。
(4)外部中斷為高優先級中斷，編制子程序實現負載過流、短路保護時，要充分考慮到負載啟動瞬間會產生數倍于額定電流的沖擊電流．沖擊電流維持時間在3ms～5 ms，應在軟件上采取措施，避免短路與負載開啟的誤判。確定負載過流、短路后，切斷負載輸出。負載切斷后，每隔一段時間，如20 s，應試接通負載開關，當發現過流、短路信號已消除，則恢復負載的輸出。否則負載開關仍然保持斷開。(5)為保護負載(燈具)，蓄電池過放保護恢復時應用軟件設置一個回差電壓，這樣負載開關不會出現顫抖現象，有利于延長燈具的使用壽命。 (6)根據STC12C5410AD的Data Flash的特點，數據寫入時必須啟動ISP/IAP命令，CPU等待IAP動作定時后，才繼續執行程序，要先關斷中斷(EA)。還應注意數據寫入Data Flash存儲器，不能跨越扇區。
3.2單片機軟件編程
4 結束語
本文所設計的太陽能路燈控制器可適用12 V或24 V工作的光伏系統，可以直接驅動直流節能燈或通過逆變器驅動無極燈等作為照明光源，也可以驅動一些直流低壓負載用于城市亮化。控制器的兩路負載輸出可以用于機動車道和人行道的照明。照明時間和工作模式可以靈活設置。著重解決了如何對蓄電池及負載進行有效管理的問題。提高了太陽能電池板的使用效率，延長了蓄電池的使用壽命，防止因線路問題而造成意外事件的發生。本文所設計的控制器已在江蘇S238省道得到應用，具有設計可靠、成本低廉的特點，具有較高的實用價值。