基于单片机的太阳能草坪灯的设计

1、 基于单片机的太阳能草坪灯的设计 学生姓名：学生学号：院（系）： 电气信息工程学院 年级专业：指导教师：助理指导教师： 二一五年五月摘要太阳能作为可再生能源的一种,可以直接转换并利用或者使用转换装置将太阳辐射转换成热能,再通过热能发电。在资源短缺的今天，开发和利用环保新型能源至关重要，是不容忽视的重要开发项目。而其中太阳能草坪灯在城市规划中能起到美观和照明的作用，是电量消耗大户，利用太阳能给其供电，不仅节约能源，也很方便安全。 该设备在白天太阳光充足的时候通过太阳能电池板的光伏作用进行发电，并存储在蓄电池中，在晚上光照不足时通过光控开关点亮草坪。也可根据要求人为控制器亮和灭本设计采用太阳能电池

2、作为能源,因此为了达到环保和节能的目的;通过单片机技术草坪灯的光电控制和节能控制,并设置在电池内部,能保证在这个多雨的天气为电池充电,用于草坪灯电源。控制电路的每个部分的电路分析和论述了原理、控制策略,可以根据光照强度和手动开关的要求决定草坪灯的开关,该系统具有良好的抗干扰,断电也可以保存用户设置得参数。关键词：太阳能，单片机，草坪灯ABSTRACT as a renewable energy, Solar energy can be converted directly and used or use conversion devices convert solar radiation to

3、 heat energy through the thermal power. The shortage of resources today, the development and utilization of new energy and environmental protection is essential, is an important development project can not be ignored. The solar lawn lamp in urban planning can play the appearance and the function of

4、lighting, power consumption is large, the use of solar energy to the power supply, not only saves energy, is also very convenient and safe. The equipment in the daytime sun light when sufficient electricity through photo voltaic solar panels, and stored in the battery, insufficient light at night by

5、 the light control switch on the lawn. Also according to the requirements of human controllers on and off This design uses the solar battery as an energy source, therefore in order to achieve the purpose of energy saving and environmental protection; through the photoelectric control and energy savi

6、ng control MCU lawn lamp, and inside the cell, can guarantee in this rainy weather for charging the battery for power lawn lamp. Analyzed and discussed the principle, control strategy of each part of the circuit of the control circuit, the switch according to the light intensity and the manual switc

7、h require lawn lamp, the system has good anti-jamming power, can save the user set parameters.Keywords: Solar cells、single chip microcomputer、lawn lamp目录摘要IABSTRACTII1绪 论11.1 本课题研究的背景及意义11.2 国内外研究现状、水平11.3 本课题的发展趋势22 方案分析与选择42.1太阳能草坪灯设计方案42.2 太阳能草坪灯方案论证42.3 本课题的研究内容和任务52.3.1 本设计实现的设计要求52.3.2 本设计的创新点

8、53 系统硬件电路设计63.1 系统设计框图63.2 光伏发电的基本原理及其分类63.2.1光伏发电的基本原理63.2.2 太阳能光伏发电系统分类83.3 太阳能电池及其工作特性93.3.1 太阳能电池板的选择93.3.2 太阳能电池的工作原理及其组成93.3.3 太阳能电池电压-电流的特性113.4 AT89C52单片机143.4.1 AT89C52单片机简介143.4.2 AT89C52引脚功能介绍143.4.3 单片机控制的主控系统143.5 光控电路153.6 led的结构及其发光原理163.7 电池充放电控制163.8 充放电控制电路原理174 软件程序设计184.1软件设计架构18

9、4.2主控程序184.3 应用程序设计205 电路仿真225.1 Mutisim软件225.1.1 Mutisim软件的介绍225.1.2 Mutisim软件的使用225.2 Keil软件245.2.1 Keil软件的介绍245.2.2 Keil软件的使用245.3 Proteus软件265.3.1 Proteus软件的介绍265.3.2 Proteus软件的使用265.4系统仿真275.5系统仿真小结286 PCB设计296.1 PCB设计软件296.1.1 PCB原理图设计296.1.2 PCB板设计方法296.2 PCB的EMC设计306.2.1 元器件布局的基本原则306.2.2 布线

10、设计原则316.3 印制电路板316.3.1 印制电路板的结构316.3.2 印制电路板的种类316.3.3 印制电路板制作流程327组装与调试337.1系统组装337.2硬件调试337.3软件调试347.4硬件软件联合调试347.5 调试结果34结论35参 考 文 献36附录1：仿真原理图37附录2：实物图37附录3：实验程序38附录4：元件清单39致谢401绪 论1.1 本课题研究的背景及意义 各种可再生能源中太阳能是最重要的基本能源,风能、生物质能、海洋能、水能都从太阳能而来，广义来说，太阳能上面包含多种可再生能源。太阳能作为一种可再生能源,是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳

11、辐射转换成热能利用率属于太阳能热利用技术,称为太阳热能回收热能发电,也属于这一技术领域,通过转换装置的太阳能辐射能转换为电能使用属于太阳能光发电技术,光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换,因此又称为太阳能光伏技术。自70年代以来,针对传统的限制能源供应和环境压力的增加,世界上许多国家开始开发利用太阳能和可再生能源。1973年,美国政府办公室的阳光发电计划,1980年正式将其加入公共电力规划、光伏发电累计投资超过8亿美元。1992年,政府颁布了一项新的光伏发电计划,制定了宏伟的发展目标。在70年代,日本制定了“阳光工程”,1993年把“月光计划”(节能计划)、“环境规划”、

12、“阳光工程”规划到“新阳光计划”。德国和其他欧洲国家和一些发展中国家也取得了相应的发展计划。自90年代以来,联合国举行了一系列由领导人出席的峰会,讨论并制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约、设立基金,如国际太阳能推动全球太阳能和可再生能源开发和利用。太阳能和可再生能源的开发和利用成为国际社会和集体行动的主要主题,成为可持续发展战略的重要内容。从“六五”以后我国政府一直把研究开发太阳能以及可再生能源技术列入国家科技攻关计划，极大地推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。二十多年以来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都取得了很大的进步，成为世界上快速、稳定发展的新兴产业之

13、一。1.2 国内外研究现状、水平国际光伏产业在过去15年的平均年增长率是20%。在90年代末,世界市场供应不足,发展更快速。美国政府(部门)从1990年开始PVMaT(光伏制造技术）的产业化计划,通过国家可再生能源实验室(NREI /实施,建立了国家光伏中心联合研究与工业、大学和研究机构,以降低成本。程序的实现产生了非常明显的效果,商业化的电池效率增加到12 - 15%。市场发展将逐渐从偏远地区和农村的补充能源的过渡到全社会的替代能源。预测到下一个世纪,太阳能光伏发电的总发电量将达到15 - 20%,成为人类能源的基础之一。第二届世界太阳能光伏会议主席Jurgen施密特在会议上说:“作为世界上

14、的一种能源,光伏发电在在下个世纪上半期将超过核能,是2030年或2050年的最后几年,只是一个时间问题。”太阳能光伏发电技术产业化和市场发展在中国经过近20年的努力,奠定了良好的基础。有四个单晶硅电池和组件工厂和两个非晶硅电池工厂。但在我国的整体水平与国外相比还有很大的差距,主要表现在以下方面:生产规模较小。目前四单晶硅电池工厂一般保持在1986 - 1990年的规模和水平。制造商的引入名义1 MW /年的生产能力,但是在不同的过程中都有一个“瓶颈”,实际生产能力在0.5 MW /年左右,所以我国太阳能电池总实际生产能力约2 MW /年,1998年中国太阳能发电生产的2兆瓦,约占世界的1.3%

15、。大规模生产程度比国外5 - 20 mw生产规模低一个数量级。现在正在扩大生产能力,预计将在1 - 2年内实际产能扩张1 mw /年,4 mw /年的总容量。多晶硅电池有利于进一步降低成本,目前我国仍是空白。(2)技术水平低。我国太阳能电池的效率低,平均14 - 16%,低水平的组件包装工程领域导致一些产品3 - 5年左右出现黄色、发泡、焊接线损失和效率的降低,产品质量在近年来有所改善,但与国外仍有一定的差距。(3)专用原材料国产化程度较低。银浆,封装玻璃等专用材料还没有完全实现国产化,国家曾把提高商业化的电池效率和材料国产化列入的“八五”计划,并取得了一些成就,但性能还有待进一步提高,各制造

16、商部分材料仍采用进口。1.3 本课题的发展趋势太阳能照明本质上是一个光伏系统,专业领域称为“硅片表面光伏组件”。其工作原理是通过硅片后接收太阳光转化成电能,然后存储在蓄电池中,然后通过电灯开关控制,当天黑时就会自动点亮,并且可以在黎明自动熄灭。太阳能光伏技术产品灯是一个新的应用产品,以其节能、环保、没有连接,自动控制,随时可以更改,在照明行业拥有神圣的地位。因为硅片的价格相对较高,最初的太阳能是只用于航空业务。在太阳能技术突破后,由美国、日本、德国等发达国家率先尝试使用在高科技领域。光伏技术的发展和进步,首先在民用照明灯具上应用。近年来,太阳能照明产品由于环保节能的双重优势,太阳能庭院灯,草坪

17、灯和吊灯照明应用逐渐形成规模。大量测试表明,普通的灯和太阳能灯比较和分析后得出结论:满足要求的情况下相同的照明,两种不同的供电方式,普通灯具的成本是低于太阳能灯具的成本;然而,如果整个建设项目的成本包含在项目中,两种类型的灯具在初始投资成本。数量越大,常见的灯具工程建设成本越高,其初始投资大于太阳能灯具。使用的时间越长,越能显示太阳能灯具的好处。如果把人力和物质资源算上,普通灯具成本和维护成本将高于预算。在后续使用费用(电力、维护成本等),太阳能灯具的优势更加明显。“如果全国推广使用3亿只太阳能灯,其节能效果相当于一个新的三峡工程。太阳能的优点已经被越来越多的人所接受。太阳能应用系列产品之一的

18、太阳能灯,它一直都是被研究的对象和各方关注的焦点。基于现有的技术,技术人员与厂商头脑风暴,在许多地方,为太阳能灯在千家万户的应用打下了非常坚实的基础。2 方案分析与选择2.1太阳能草坪灯设计方案 太阳能草坪灯控制和路灯控制的功能一样,都是为了晚上亮灯,灯光在早上熄灭,然后是电池充电管理。国内外常用的控制器有光控制开关,时钟控制类型和经纬控制器等,但由于其工作原理不同,各有优点和缺点。 方案一： 单独的光控开关一般使用光敏探测器,晚上弱光,自动点亮草坪灯;早上光线强,草坪灯自动关闭,达到自动控制的作用。太阳能电池发电实现草坪灯的开关利用光敏元件控制通过光伏发电给蓄电池充电图2-1 方案一方案二：

19、草坪灯控制器如果采用的时钟控制器就要预设开关时间,使草坪灯按时亮灯,按时熄灯,从而达到自动控制的目的。实现草坪灯的开关通过光伏发电给蓄电池充电利用时钟控制器设置开关太阳能电池发电图2-2 方案二方案三：该方案采用光控开关和手动开关相结合的方式，让草坪灯能够实现晚上亮灯，早上熄灯，也能通过人为实现开关。通过光伏发电给蓄电池充电利用光控与手动相结合来控制草坪灯实现草坪灯的开关太阳能电池发电图2-3方案三2.2 太阳能草坪灯方案论证方案一：为了节省电力,早期的光控开关,使用分立半导体器件和电路很复杂,多个组件,体积也更大,高失败率。随着半导体技术的发展,时基集成电路,如NE555、使光电开关电路简化

20、。光敏传感器是光控开关组件的属性的关键,其安装位置同时也有一定的要求,力求避免各种各样的光的干涉,但在实际使用中,光敏传感器难以确定各种干扰光,经常产生错误的行动。 方案二：该方案缺陷是不能根据季节和特殊天气条件下自动切换时间,你经常调整开关时间,费力而不利于节约用电。时间开关类型分为机械钟表,钟表表型,机械钟类型以石英为主时钟,时间准确,但由于塑料齿轮的运动将在高温变形,导致停机现象。电子时钟表型或更多的时间开关使用,和常用的LR6818 LM8650 LM8561集成为中心的电子时钟电路。在最近几年也出现电子时钟LED液晶显示的集成块,体积小,减少外围组件,可以设置6组开关点,一周的特性,

21、许多制造商大量生产产品,但现在大多用在路灯控制、草坪灯控制尚未广泛使用。方案三：该方案结合了上两个方案的特点，用光控结合手动开关控制能很好的实现草坪灯的适时开关。经过仔细的研究和反复的论证，我决定放弃前两种的设计方案，选择第三中方案完成本次毕业设计设计。2.3 本课题的研究内容和任务本课题主要研究的内容有太阳能电池板利用太阳光为蓄电池充电，蓄电池的充放电，光控开关草坪灯，手动开关草坪灯，直流的升压与降压电路模块。2.3.1 本设计实现的设计要求（1）A级多晶硅太阳能电池板：1.8W，输出电压/电流：10V/180MA；（2）把太阳能转换成电能经过降压稳压电路变成4.2v充入锂电池保存起来，然后

22、经过升压电路升至5v给单片机控制系统和负载系统供电。（3）自动模式下环境光变弱自动开灯，环境光变强自动关灯；（4）手动模式下按下按钮开灯，再次按下关灯；依次循环；2.3.2 本设计的创新点本设计这对现有的草坪灯耗能大，使用不方便，容易误操作进行的改进和创新，利用光控和手动相结合的方式保证其正常工作，太阳能的利用起到了节约环保的作用。3 系统硬件电路设计3.1 系统设计框图如图：3-1所示的就是全部太阳能草坪灯的设计结构框图，它主要由太阳能充电电路、电池充放电保护电路、升压降压模块电路，草坪灯供电电路等组成。其中充放电保护电路将通过51单片机控制开关管的方式来实现对电池的充放电保护。充放电控制单

23、片机系统手动开关电路光控电路手动/光控切换换充放电总电路太阳能电池板LED草坪灯蓄电池图3-1 系统设计框图3.2 光伏发电的基本原理及其分类3.2.1光伏发电的基本原理 其实太阳能光伏电池它的发电原理就是由太阳光照射到半导体时所引发的光电效应，它的电池的基本特征和二极管类似，能够由简单的PN结来说明，图3.2就是光伏电池它的基本的单元模型。在具有一定能量的光束照在半导体上面时，光就会与构成半导体里的材料相互作用产生空穴(因为失掉电子而带正电荷)与电子，如果半导体之中存在着PN结，那么半导体力的空穴就会朝着p型半导体里面扩散，然后电子就会朝着n型半导体里扩散，最后分别一直扩散到两个电极的部分，

24、就是正电荷与负电荷聚集在两端，这时假如用一根导线把两端的电极连接起来，就会有动能让空穴和电子产生移动。通过这个原理，就能够把太阳光的光能转变成电能并且存储起来供以后利用，利用各种控制与调节的作用，可以把电能转化成为不一样的规格，以方便满足不同负载所需，以上就是本设计中的太阳能逆变电源。它和传统的发电方式大大不同，它既没有转动的部分，更不会排放出任何对环境有污染的气体，是清洁没有污染没有噪声的发电方式。图3-2光伏电池的单元模型图3.3就是光伏电池的等效电路图，这之中的Rs是一个串联电阻，Rs就是光伏电池的半导体电阻和透明电极电阻等的总和；Rsh就是漏电阻。图3-3光伏电池等效电路图随着应用场合

25、的不相同，光伏发电系统一般可以分成独立的光伏发电系统、并网的光伏发电系统以及混合型的光伏发电系统，本设计的太阳能电源主要是研究独立的光伏发电系统。就像图1-1所示的那样，光伏发电系统主要部分应包含太阳能充电电池、太阳能电池板、太阳能自动跟踪器和直流控制系统等。 普通的太阳能光伏发电系统一般由以下四个部分所构成：光伏电池：当一个光伏电池经过太阳照射时，它所发出的电能是极小的，并且发出的是直流电，因此为了能够满足现实生活中的需要，得到足够大的发电能量，我们就要把单个的光伏电池一个接一个地连接成为电池组的形态，这样一来就形成了太阳能光伏电池的阵列。太阳能充电电池：太阳能充电电池它在光照很强时会将多余

26、出来的电能给存储起来，以方便当光照不充足的情况下给电路供电。逆变器：因为光伏电池所发的电是直流电，但我们现实生活里面用的电却是交流电，因此逆变器的作用就是把直流电变成交流电来供给家用。 直流控制系统：直流控制系统能够在光伏电池的电能到逆变电路和充电电池的冲放电中起到控制的用途。在其整个的过程之中必须要达到安全以及高效率，这个就要由控制器来调整和控制。 太阳能光伏发电这整个的过程之中，在太阳光照强的时候，太阳能电池所产生的电能一部分能够利用控制器来直接为逆变电路供电，生成50HZ/220的交流电，之后就直接为交流负载供电；另外一部分就利用控制器为太阳能充电电池充电。在光照很弱的时候，光伏电池所提

27、供的电能就不能满足供电的所需，这时太阳能充电电池就会及时地给系统供电，让系统能够继续供电。这样的话就能在发电过程中保证系统的稳定性和连续性。3.2.2 太阳能光伏发电系统分类1. 独立运行光伏发电系统 独立运行的发电系统它主要是用于给太阳光照充足的偏远地区提供电，它相当于一种移动的电源，这种系统是不需要与电力系统连在一起的。并网型光伏发电系统 并网类型的光伏发电系统其实就是把普通的光伏发电系统之中的蓄电池为了并网，当太阳光照强的时候，当符合交流负载的前提时，多余出来的电能就会直接输出到电网里面存储，在电能不充足的时候再从电网之中供给电流的负载。3. 混合型光伏发电系统 混合型的光伏发电系统的组

28、成是直流控制系统、光伏阵列、发电机、逆变器、蓄电池等；容易看出，混合型的光伏发电系统在普通的光伏发电系统里面加了一个发电机，发电机的作用就是当太阳光照不足，光伏电池不能够供给足够的电量时，而且也不能够提供足够的电能的时候，发电机就能够直接地对交流负载来供电，还能够利用整流的作用来给蓄电池进行充电。这样就能较好地预防停电对我们的生活带来不便，发电机除开传统的发电方式之后，还能够让其它的可再生能源发电，例如风能发电。最为典型的案例就是风能与光能的互不系统。上面是光伏系统的一般分类。假如从光伏系统的应用规模、形式以及负载的类型对光伏供电系统进行比较详细地划分的话，就可以把它分成以下的六种类型：小型太

29、阳能供电系统（Small DC）；单直流系统（Simple DC）；大型太阳能供电系统（Large DC）；简交流、直流供电系统（AC/DC）；混合供电系统（Hybrid）；并网系统（Utility Grid Connect）和并网混合系统。因为这个与本设计没有直接的联系，在这我就不做一一地介绍了。3.3 太阳能电池及其工作特性3.3.1 太阳能电池板的选择太阳能电池板它的性能和种类各有不同，在理论中其实太阳能电池板的功率已经能够到达1KW/，但这是需要考虑到温度的变化，阴雨天气的影响和它自身的能量消耗这些问题，在标准的光强下一平方米至多也就只能到达大约150多W，结合到本设计的具体要求，这里

30、我选择了其中效率最高的单晶硅太阳能板。3.3.2 太阳能电池的工作原理及其组成太阳能电池板分类：多晶电池硅、单晶硅电池、晶体硅电池板。非晶硅电池板：有机型太阳能电池、薄膜型太阳能电池。化学染料电池板：染料敏化太阳能电池等光伏电池板的组成成分：EVA、铝合金壳玻璃、不锈钢支架、包锡铜片、电池片、蓄电池等等，如下图：图3-4 光伏电池板的组成成分光伏电池它的主要原理是，在光照上p-n结上面的时候，就会形成新的电子和空穴，由于p-n结里面电场势能的作用，n区里面的空穴向p区流去，p区的电子朝n区流去，这时如果接通了电路就能形成电流，这就像通过光电效应的作用把光能转化成为了电能一样。这也就是太阳能电池

31、能够发电的基本原理。 现在，太阳能的发电方式主要包括两种：一是光能直接地转变成为电能的形式，二是把光能首先转变为热能，然后再把热能转变成电能的形式。（1）先把光转变成热能，再利用热能转变成为电能的方式其实是先通过太阳能集热器的作用吸收掉太阳辐射的能量，再把光能转变成热能，太阳能集热器把吸收的热能转换为水蒸气再推动汽轮机来转动从而产生出电能。但这种方式的成本非常高，转化效率也很低，不太能适合市场的需要。（2）光能直接转换为电能的方式，这种方法其实是通过光电效应的特性，把太阳能直接转换成电能的过程，太阳能光伏电池也就是一种光电半导体二极管，光电半导体二极管它的用途是将光能转换成电能，当阳光照射的时

32、候，二极管内部就会生成电流，假如能用多个这样的电池并联起来或者串联起来的话就能形成拥有较大功率的太阳能电池阵列了。光伏电池它是一种前途无量的新型能源，具备清洁性、永久性以及灵活性三大优点。在光电半导体二极管之中，把光能转换成电能的转化效率非常高，因此在许多的工程里面就都会用到这些半导体的光电效应原理来生产太阳能电池。有关光电半导体二极管太阳能电池的发电过程可以概括成以下的几点: (1)吸收由太阳光或其它能发光的光源所产生的能量。 (2)通过光源的照射，太阳能电池就能够吸收光源所发出的光子，以打破共价键对它们的束缚，从而形成电子空穴对。 (3)这些相反极性的光生载流子能够在PN结里面电场势能的作

33、用下，让空穴与电子分开，电子与空穴分别向两边移动，就这样一直地朝两边移动的话就能生成光电电动势，就是光生电压。 (4)在太阳能电池的PN结两侧分别引出电极，然后接上负载，那么在外电路里面就有光生电流会通过，这样就获得了功率的输出，这样太阳能电池就能将太阳能(或者其他的光能)转化成电能了。图3-5 太阳能电池发电原理3.3.3 太阳能电池电压-电流的特性图3-6太阳能电池理想等效电路如图3.8所示是太阳能电池理想的等效电路图，这个图主要是由一个恒流发生器、负载电阻和二极管所组成。当太阳光的照射到iph时，太阳能电池会产生光电流，它的值和太阳能电池板的面积以及太阳入射光的辐射强度形成正比。ID是暗

34、电流，是在无光照的情况下，流经P-N结的电流。是光伏电池的外接负载电流，Uoc就是光电电池在输出端开路时所测得的电压值。图3-7太阳能电池实际等效电路但在许多的情况下都要考虑到光伏电池它的内阻，就像图3-9所示给光伏电池考虑到内阻的等效电路：Rs是电阻的串联，正常情况时不大于1，它主是要是由基体材料电阻、电极导体电阻和基体材料以及前后电极的接触扩散层横向电阻、电阻等结构一起组成。Rsh是旁路电阻，一般为几千欧姆，阻值非常大，其中包括P-N结内漏电阻、电池边缘漏电阻以及P型区和N型区等各种导电膜的电阻等，RL是负载电阻。如图3-10是太阳能电池的I-V特性曲线，它是在某个指定的日照温度以及强度之

35、下，光伏电池输出电流和输出电压两者之间的关系。此图说明了太阳能光伏电池既不是恒流源，也不是恒压源，是不可能向负载提供无限大的功率。太阳能光伏电池是一种非线性的直流电源，在大部分的工作电压范围内输出电流是保持相对恒定的，但电压升到足够高的情况下，电流就会迅速降到零。图3-8 太阳电池的I-V特性曲线从图中的特性曲线还可以定义出太阳能光伏电池的几个重要的技术参数:1.开路电压(Voc) 在某一确定温度光照下输出最大电压2.短路电流(Isc) 在某一确定温度光照下输出最大电流3.最大功率点电压(Vm) 在某一确定温度光照下最大功率点的电压4.最大功率点电流(Im) 在某一确定温度光照下最大功率点的电

36、流5.最大功率点功率(Pm) 在某一确定温度光照下输出地最大功率图3-9 太阳能电池P-V特性曲线图如图3-11所示，从上图可以看出，太阳能光伏电池是一种非线性直流电源，它最大功率点是随着温度的高低变化和日照的变化而改变。从上图可知，每种情况下图中的曲线都有一个最大值，也就是最大功率点，这个功率点是对应唯一的电池输出电压值。所以如果想更多的的利用太阳能发电，就可以通过调节太阳能光伏电池的相应输出电压来使发出的功率趋近最大功率点，这样就实现了不同日照和温度的最大功率点的跟踪。3.4 AT89C52单片机3.4.1 AT89C52单片机简介AT89C52就是51系列单片机其中的一种。AT89C52

37、是拥有低电压，高性能CMOS 特点的8位单片机，它片内含有8Kb的只读存储器（Flash）可以多次擦写程序以及还含有256 b的随机存取数据存储器（RAM），器件采用了ATMEL公司的非易失性、高密度存储工艺生产，他兼容了MCS-51指令集系统，片内设有Flash存储单元和通用8位中央处理器和，强大功能的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。3.4.2 AT89C52引脚功能介绍AT89C52单片机为40个引脚双列直插芯片,有四组I/O接口P0、P1、P2、P3，每一组接口有8位，每一条I/O线都能独立地作输出或输入。，本次设计出了最小系统用到的引脚意主要用到的引脚以为，主

38、要用到了这四组I/O接口。图3-10 AT89C52的引脚图P0 口：在不接外存储器与不扩展I/O接口时，可以当做双向的输出/输入接口。P1 口：可以当做作为双向输入/输出接口，对于52子系列，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的计数脉冲输入端T2和外部控制端T2EX。P2 口：可以当做双向输入/输出接口， P2口当做地址总线的高8位。P3 口：除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 3.4.3 单片机控制的主控系统单片机有自己的最小系统如图：3-12所示，其中它的第18号

39、引脚和第19号引脚接到外部时钟电路，XTAL1端接外部晶振和微调电容的一端，在单片机内部它链接的是振荡器倒相放大器输入，XTAL2端接外部晶振和微调电容的另一端，在单片机内部它链接的也是振荡器倒相放大器输出。单片机的第9引脚为单片机的复位端，接上外部复位电路，第20号引脚是单片机的接地端，第40号引脚为单片机的电源端。如图3-13所示： 图3-11 主控制系统3.5 光控电路该电路由光照度检测电路和单片机控制电路组成，如图6所示：图3-12光控电路光照度检测电路由光敏电阻器RG，电位器RP，电阻器R1，R2和非门集成电路IC1组成。控制电路为单片机控制电路。白天光照较强，RG受光照射而呈低阻状

40、态，IC1的输入端为低电平，输出端为高电平， 6脚为高电位，即给单片机P2.7口送入的是高电平。当光线较弱时，RG的阻值开始增大。随着光线的逐渐变弱，IC1的输入端电压也逐渐上升，当该电压上升至IC1的阀值电压时，其输出端变为低电平，6脚为低电位，即给单片机P2.7口送入的是低电平，单片机控制下级电路工作。调节RP的阻值，可以改变电路动作的灵敏度。 3.6 led的结构及其发光原理 LED的英文全称是light emitting diode(发光二极管)，LED灯它的基本的结构其实是一块能通电发光的半导体材料，把它放置在引脚上，之后要用环氧树脂透明材料把它密封起来，不仅能保护内部的芯线，这个透

41、明材料部影响广的散射。ED的抗震荡性能也很好。 图3-13 LED灯结构示意图 发光二极管它的核心组成部分是P型半导体以及N型半导，组合成为晶片，P型半导体以及N型半导体之间存在PN结，这是一个过渡层。PN结是LED之中非常重要的一部分，就像少数的载流子，在少数载流子和多数载流子产生复合时，就会把多余出的能量转变成为光能，从而把电能转变为光能。然后向PN结加上反相的电压，少数的载流子会难以注入，所以不能和大多数载的流子产生复合，因此不能发光，也就不会消耗电能。这一种使用了注入载流子导致发光原理而制作的二极管叫作LED。在LED处在工作的状态时(两端加上正向电压才能够工作)，电流从LED正极流向

42、负极，半导体的晶体就会发出从光线，光的强弱和电流强弱有关系。3.7 电池充放电控制 锂电池作为光伏发电重要的储能部件，它不但具有较低的重量能量比、体积能量比，而且还具有记忆效应，可多次重复充电，使用寿命也相对较长，在性价比方面也是一年比一年高。但是锂电池对于充电器的要求也严格，它需要保护电路，这就我们提高对蓄电池的充电精度。 在现在的大部分充电器都采用较大大电流的快速充电法,在我们的蓄电池充满电后如果不及时停止对其充电，那么它就会使电池发烫， 过度充电的话将会严重损害蓄电池的寿命。有部分的充电器采用电压比较法，当蓄电池的电压达到最大电压的时候就应该切断充电状态。同样我们为了防止蓄电池过度充电、

43、蓄电池过度放电、夜间蓄电池向太阳能板反向放电、电池防反，现在我们需要设计一个蓄电池充放电保护电路。3.8 充放电控制电路原理 整个系统设计就像一个人一样，单片机就是我们的大脑一样，电压采集就是我们的感觉器官。而各种显示和控制就是我们的四肢。在大脑受到感觉器官发来的信息是我们就要对信息进行处理和分析，在指挥我们的下一步动作。唯一不同的就是，系统的感觉器官，传递给大脑（单片机）的信号需要特殊的一种编码，让大脑（单片机）能够识别和翻译。 整个系统开始于电压采集A/D转换，当我们的A/D转换器采集到电池的电压后通过ADC0832将其和基准电压比较，然后输出串八位的二进制的代码给单片机。单片机将A/D转

44、换后的数据进行处理，同时单片机还对检测到的电压分析，当电压值大于蓄电池的饱和电压的时候，单片机就控制充电电路断开，避免过充电。当电压低于蓄电池的最低电压时，单片机就会控制放电电路断开，避免电池过放电。从而完成对电池冲放电保护的作用。4 软件程序设计4.1软件设计架构 程序设计采用的是模块化的方式，由一个主控程序和几个应用程序搭建而成，如图：4-1所示，整个架构包含了太阳能电池充电、光控开关、手动开关和充放电控制。太阳能草坪灯设计太阳能电池充电电路光控开关电路手动开关电路单片机控制系统图4-1 软件设计架构4.2主控程序开始 要使整个系统能够完成其功能，程序是必须的，程序就像我们的思维一样，没有

45、思维就如同机械的一样。程序的设计流程图如下所示。进入程序后的第一步就是对系统进行初始化，然后开始判断是否天黑等一系列的条件，全部满足后灯亮。初始化总开关键是否按下 Y N是否调到手动开关是否按手动开关键 Y NY是否天黑 N N Y开灯 Y程序如下：#include reg52.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit LED=P01; /路灯定义sbit Key=P20; /手动开关定义sbit Mode=P00; /模式切换开关定义sbit light=P26; /环境光检测定义void delay(uint t)u

46、char k;while(t-)for(k=0;k100;k+);void main()while(1)while(Mode)/自动模式if(light)/环境光较弱LED=0;/打开草坪灯 elseLED=1;/关闭草坪灯while(!Mode) /手动模式if(!Key)delay(10);if(!Key)LED=!LED;while(!Key);4.3 应用程序设计 我们知道A/D转换后，单片机读回来的是一串二进制编码，所以我们要准确的分析读回来的数据值具体表示的是什么，我们就需要一个算法来进行数据处理。 程序中的ADC0832转换程序，uchar ADC0832(uchar CH)该程

47、序需要返回一个uchar型的值date()，这个值将会作为以后显示和控制的依据，所以这个程序是系统完成整个功能的前提。读取数据的程序如下：for(i= 0;i8;i+) /读取前8位的值 _nop_(); dis0= 1; Clk=1; _nop_(); Clk=0; if (DO) dis0|=0x01; else dis0|=0x00; for (i=0;i= 1; if (DO) dis1|= 0x80; else dis1|= 0x00; _nop_(); Clk=1; _nop_(); Clk=0; if(dis0=dis1) /两次结束数据比较，若相等 date=dis0; /则赋

48、值给dat _nop_(); CS=1; /释放ADC0832 DO=1; /拉高输出端，方便下次通道选择DI端有效 Clk=1; /拉高时钟 return date;在转换过程中，中间变量需设置为int类型，虽然8位AD输出最高位255，但是余数转换过程中会大于255。若设计char型，会造成显示输出有误。void convert(uchar a) uint temp; /特别注意这里需定义int型（余数将大于255）dis0=a/170; /取十位temp=a%170;dis1=temp/17; /取个位temp=temp%17;temp=temp*10;dis2=temp/17; /取小

49、数点后第一位5 电路仿真仿真技术兴起于上个世纪中期，它是伴随着计算机技术的发展而慢慢形成的一门新兴学科。仿真（Simulation）就是通过建立实际系统模型并利用所见模型，来对实际系统进行实验研究的过程。仿真技术现在已经成为了高技术产业对产品进行分析、研究、设计、评价、决策和训练的一种不可缺少的重要手段。并且其应用范围现在任然在不断变大，应用效益也日趋明显。对于电子仿真所用的软件有很多，本次设计所涉及到的仿真软件主要有Mutisim、Protus、Saber、Keil。5.1 Mutisim软件5.1.1 Mutisim软件的介绍 Multisim仿真软件出之于美国国家仪器（NI）公司1999

50、年推出的在Windows系统为载体的一种电路设计仿真工具，自从加拿大IIT公司推出了EDA软件工具EW以后，Mutisim软件得到了极大地改进和升级，使用它的人也越来越多。他不仅适用于板级的模拟电路板的设计，同样也适用于数字电路板的设计工作。它之所以具有丰富的仿真分析能力。那是因为它里面不仅涵盖了电路原理图的图形输入、而且还涵盖了电路硬件描述语言输入9。5.1.2 Mutisim软件的使用 Mutisim软件的仿真大概就分为以下几个步骤第一步新建文件、第二步选取元器件并修改参数、第三步元器件摆放和线路连接、第四步保存仿真。下面将详细介绍整个软件仿真的过程。 第一步 新建文件，首先我们要双击软件

51、的图标打开软件以后，我们要操作的步骤是，文件新建原理图。如图5-1图5-1 Multisim软件界面 第二步 选取元器件并修改参数，Multisim软件为我们用户提供了非常丰富的元器件，并且它用开放的方式来管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。 Multisim软件用元件库的形式管理元器件，一般元器件调用都会先在元器件工具栏中选好。 比如说我们要选取一个交流电源我们需要先单击电源按钮然后我们会看见如图5-2所示的对话框，按照Power_sourcesAC_Power确定。这样我们就选取好了我们需要的元器件。图5-2 Multisim元件选取 修改参数时我们双击元器件后会弹出一个元器件

52、参数的对话框如图5-3所示.然后按照设计要求再来修改里面的具体参数。图5-3 Multisim元件参数修改 第三步 元器件摆放和线路连接，用鼠标左键点住元器件不放就可以随意拖动元器件的位置，把元器件放在认为合适的位置就好。要保证布局合理清晰，尽量连线不交叉。 第四步 保存与仿真，我们在仿真之前必须先对我们设计的文件进行保存。保存之后点击仿真开关。如图5-4所示图5-4 Multisim仿真按钮5.2 Keil软件5.2.1 Keil软件的介绍 开发单片机的第一步就是用Keil软件编写程序。Keil编程软件是美国Keil Software公司专门针对51系列单片机C语言软件开发的应用软件，C语言

53、编程与汇编相比，它在结构性、可读性、功能上、可维护性上有比较明显的优势，所以它易学易懂也易用。是现在很受欢迎的一种语言。 Keil软件在提供的库函数是相当丰富的同时集成开发和调试的工具也是很强大的，可以运行在全Windows界面下。另外最主要的问题就是只需看一眼编译后出来的编译代码，就能够体会到软件生成目标代码的准确性到底有好好，大多数的语句所产生的汇编程序都比较紧凑，易于理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势16。5.2.2 Keil软件的使用 第一步就是打开桌面上的Keil软件，双击图标即可。打开软件后我们首先需要建立一个工程文件如图5-5所示，工程新建工程文件名。图5-5 Keil建立工程第二步第一步 然后我们需要为工程选择设备，也就是选择所要使用的单片机型号，如图5-6所示，首先