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小型风光互补路灯控制器摘要在现今社会的发展中，开发使用新能源、清洁能越来越显得势在必行。因为旧的煤炭、石油等能源越用越少，就要求人们要尽早开发新能源，而在一些旧能源的利用上，由于技术等方面的原因又对环境产生了巨大的侵害。所以清洁能源的利用又显得非常重要。本文介绍了一种小型的风光互补路灯控制器的设计，介绍了对风能、太阳能的利用，这些能源的使用不会对环境造成侵害。本设计以STC89C82单片机为核心，通过一些外设元器件实现了对风能、太阳能转化为电能，再用电能来照明的功能。设计中用到的主要原件有锂电池充电芯片、锂电池、风力发电机、太阳能电池板等等。设计的功能有路灯分为手动或者自动两种工作方式，在手动模式时，用户可以自由开灯或者关灯；在自动模式时系统会自动根据光照强度控制路灯的打开或者关闭。最后经过系统的软件及硬件调试，达到了预期的效果。 关键词：路灯控制器，风能，太阳能，单片机，STC89C52 Abstract在现今社会的发展中，开发使用新能源、清洁能越来越显得势在必行。因为旧的煤炭、石油等能源越用越少，就要求人们要尽早开发新能源，而在一些旧能源的利用上，由于技术等方面的原因又对环境产生了巨大的侵害。所以清洁能源的利用又显得非常重要。本文介绍了一种小型的风光互补路灯控制器的设计，介绍了对风能、太阳能的利用，这些能源的使用不会对环境造成侵害。本设计以STC89C82单片机为核心，通过一些外设元器件实现了对风能、太阳能转化为电能，再用电能来照明的功能。设计中用到的主要原件有锂电池充电芯片、锂电池、风力发电机、太阳能电池板等等。设计的功能有路灯分为手动或者自动两种工作方式，在手动模式时，用户可以自由开灯或者关灯；在自动模式时系统会自动根据光照强度控制路灯的打开或者关闭。最后经过系统的软件及硬件调试，达到了预期的效果。 In the development of society, the development of new energy, clean energy increasingly imperative. Because the old coal, oil and other energy use less more, requires people to be as soon as possible the development of new energy sources, and in some old energy use, due to technical aspects on the environment has a tremendous damage. So the use of clean energy and is very important. This paper introduces a small scenery complementary design of street lamp controller, introduces the utilization of wind energy, solar energy, the use of these energy sources will not cause harm to the environment. The design STC89C82 microcontroller as the core, through some of the peripheral components for wind energy, solar energy into electrical energy, and electricity to the lighting function. The main original design used in the lithium battery charger, lithium batteries, solar panels, wind turbines, etc. Design features a street lamp is divided into manual or automatic two ways of working, when in manual mode, the user can freely turning them on or off; in the automatic mode the system will automatically according to the light intensity control street lamp open or close. Finally through the software and hardware system debugging, achieves the expected effect.关键词：路灯控制器，风能，太阳能，单片机，STC89C52Keywords: street lamp controller, wind, solar, MCU, STC89C52绪论随着世界人口的不断增长以及经济的持续发展，世界上对于能源的需求缺口越来越大，以目前的能源消费结构看，一些旧能源比如煤炭、天然气和石油等等化石燃料虽然还是占有很重要的地位，但是这些化石燃料的燃烧不仅会造成环境的污染，还会致使全球气候变暖、冰山融化及海平面上升等。所以说寻找开发新能源已经成为今后世界上的主要任务之一。在已知的新能源中，风能和太阳能等洁净能源备受人们关注。 太阳能、风能这些清洁能源是一种非常理想的能源。近些年来由于大家对能源及环境问题的关注不断加大，太阳能和风能的应用越来越受到世人的重视。如果能合理地利用太阳能和风能，那么将会对人类的生产生活起到很大改善作用。太阳能和风能在照明领域的应用并非是其最主要的应用领域，更不是最能体现其应用优势的领域，但是如果把他们看作是能源的表现形式来说，太阳能和风能在照明领域的互补应用却是最直观的。而在当前现有的技术水平下，太阳能和风能的转化技术却又是有着能源的高成本、低效率的问题，特别是在单体照明的应用中，如果不与 LED 技术相结合，就会面对能源变换效率低及经济效益不高等问题。LED 因为其具有低能耗和直流工作等优势，就成为了配合风光互补路灯照明光源的理想产品。就目前的技术以及政策而言，我国最有希望快速普和应用太阳能、风能发电技术的领域，应该是风光互补的 LED 路灯照明工程。LED 是一种可以将电能转变为光能的半导体发光器件，属于固态光源。在常用的照明领域，LED 照明灯优点有体积小、方向性好、重量轻、寿命长、节能、容易控制和耐受各种恶劣环境条件等优点，因此，是典型的绿色照明光源。尤其是随着大功率白光 LED 的研发成功，使它在照明领域的应用会更加广泛。风光互补技术，是一套完善的发电应用系统，此系统是利用太阳能电池板和风力发电机（将交流电转变为直流电）将发出的电能存储到储能设备中，当用户用电时，通过逆变器再储能设备中储存的电能转换为用户需要的能量。风光互补发电站一般是针对远程的通信基站、微波站、边远牧区、边防哨所、无电户地区以及海岛，在远离国家大电网，不宜获得电网的电能又人烟稀少，用电负荷还低且交通不便的情况下，利用本地区充裕的风能及太阳能建设的一种经济实用性发电站。 风光互补系统构成一般分为以下几个部分： 1.发电的部分：这部分一般是由一台或者数台风力发电机和太阳能电池板矩阵组成，完成风能转换为电能和光能转换为电能的过程，再通过智能的充电控制器与储能设备连接，完成对能量的转化及存储的过程。 2. 储能部分：一般由多节蓄电池组成，完成系统的全部电能储备任务。本设计采用的是新型的锂电池储能设备，众所周知，锂电池相对于蓄电池来说其使用的寿命大大提高。价格以现在的市场来说也还是不错的，总体来说，相对于蓄电池，其性价比还是很高的。 3. 智能充电部分：首先由风能和太阳能前端电压转换部分将电能做出事的转换及稳压，再由充电控制器完成对锂电池的充电的自动控制。 4.供电部分：由一台或者几台逆变电源组成，可把储能设备中的直流电能变换成用户需要的电能。（比如完成直流电转换为交流电的过程，本设计当中因为是小型的路灯，我们用的是LED,因此，未涉及这部分功能） 由于太阳能与风能的互补性很强，风光互补的发电系统在资源利用上弥补了风能转化为电能和光能转换为电能独立系统在资源利用上的缺陷。同时，风能转换为电能和光转换为电能系统在电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。 第一章 控制器总体介绍第一节 路灯控制器实物图介绍小型风光互补路灯控制器实物如图1-1所示。图中主控芯片选用的是STC89C52单片机。除此之外，控制器又分为以下一些部分：1.模拟路灯：图中标识1部分代表LED路灯2.光照强度阈值手动调节及光照强度检测：图中标识2部分的蓝色可调电阻为路灯在自动工作模式时设置光照强度阈值的电位器。举例来说，比如设定当低于某个光照强度时，路灯自动打开，高于这个光照强度时，路灯自动关闭。就可以通过调节这个电位器来手动设定。顺时针调节，此阈值减小；逆时针调节，此阈值增大。图中标识2部分上面的光敏电阻为检测光照强度的传感器，此电阻的特性是其阻值随着光照强度的增加而减小，随着光照强度是减小而增加。3.电池电压检测及报警提示：图中标识3部分的LED灯代表电池电压检测的报警提示灯，当电池电压降到设定值以下时，此灯常亮。图中标识4部分代表电池电压检测设定值调节电位器。图1-1 小型风光互补路灯控制其实物图4.电池接口：图中标识5部分代表电池连接接口部分，图中的接线端子上端接电锂电池的正极，下端接电池的负极。5.锂电池充电部分：图中标识6部分为锂电池充电管理芯片。负责锂电池的智能充电。图中标识7、8部分为锂电池充电指示灯。6.路灯控制部分：图中标识15部分为当系统工作在手动状态时的打开路灯开关；图中标识14部分为当系统工作在手动状态时的关闭路灯开关。图中标识16部分为手/自动切换开关，当短路帽插上时代表系统工作在自动模式，当短路帽拔下时代表系统工作在手动模式。7.单片机工作相关部分：图中标识13部分为单片机手动复位按键。图中标识12部分为单片机下载程序接口，按照图中的排针顺序依次为RX、TX、VCC、GND。图中标识10部分为单片机的晶振部分。8.其他：图中标识17部分代表风力发电机接线端口。图中标识11部分为整流桥，其功能为将交流电转变为直流电。图中标识18部分为太阳能电池板接线端口，其接法为左边为正，右边为负。图中标识9部分为5V稳压芯片。其功能为将高于5V的电压稳定在5V直流电压，给后面的芯片供电。第二节 路灯控制器功能说明本控制器设计工作模式分为手动或者自动两种工作模式。两种工作模式的选择可以通过电路板上的短路帽切换开关来进行选择。插上短路帽即为自动工作模式，拔下短路帽即为手动工作模式。当在自动工作模式时，系统可以根据设定好的光照强度阈值自动判断路灯的工作状态，当检测的光照强度低于设定的阈值时，路灯打开。当检测的光照强度高于设定的阈值时，路灯关闭。当在手动工作模式时，可以通过手动打开按键来打开路灯，或者通过手动关闭按键来关闭路灯。另外，系统设计了电池电压检测功能，当电池电压低于设定值时，LED报警灯常亮。此功能可以防止电池过于放电，影响电池使用寿命。第二章 系统硬件介绍第一节 STC89C52RC单片机STC89C52RC这个单片机是宏晶科技公司推出的新一代的高速、低功耗并有超的强抗干扰能力的单片机，它的指令代码完全兼容传统的老8051单片机，可以12 时钟/机器周期或者是6时钟/机器周期的任意选择。这个单片机的主要特性如下：1. 这是一款增强型的8051单片机，6时钟/机器周期或者是12时钟/机器周期可以任意选择，其指令代码完全兼容传统8051单片机的指令代码。2. 这种单片机的工作电压范围：5.5V3.3V（5V单片机）或者3.8V2.0V（3V单片机）。3. 它的工作频率范围：040MHz，相对于普通8051的080MHz，实际上其工作频率可达48MHz。4. 用户的应用程序存储空间为8K字节（Flash）。 片上集成了512字节数据存数区（RAM）。6. 通用I/O口有32个，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉的，P0口是漏极开路输出口，当在作为总线扩展用时是不用加上拉电阻的，当作为I/O口用时，需加若上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），不需要专用的编程器和专用仿真器，就可以通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）将用户程序直接下载到单片机里，数秒即可完成一片数据的写入操作。8. 新增了EEPROM功能。9. 具有看门狗功能。10.片上共有3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2定时器。11.有4路外部中断，包括下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可以由外部的中断低电平触发方式进行中断唤醒。12. 片上有通用的异步串行口（UART），它还可以用定时器软件实现多个UART工作。13. 单片机的工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）STC89C52RC单片机的工作模式模式有以下四种：1.典型功耗0.1A,可以由外部的中断唤醒，中断执行并返回后，继续执行原用户程序。2.空闲模式：典型功耗2mA 。3.正常工作模式：典型功耗4Ma7mA 。4.掉电模式可以由外部中断来唤醒，这适用于水表、气表等电池供电的设备及一些便携设备。STC89C52RC引脚功能说明。引脚图如图2-1所示。图2-1 STC89C52RC引脚图VCC（40引脚）：接电源电压。VSS（20引脚）：接地。P0 端口（P0.0P0.7对应3932 引脚）。P0端口是一个漏极开路的8 位双向的I/O口。当作为输出端口用时，每个引脚可以驱动8 个TTL的负载；当对P0端口写入“1”时，它又可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0端口也可以提供低8 位地址和8位数据的复用总线。此时，P0端口内部的若上拉电阻有效。当在Flash ROM编程时，由P0端口接收指令字节；在校验程序时，则输出指令字节。在验证时，要求要外接上拉电阻。P1 端口（P1.0P1.7对应于18引脚）。P1端口是一个带内部上拉电阻的8位的双向I/O端口。P1的输出缓冲器可以驱动4 个TTL的输入。当对端口写入1 时，内部的上拉电阻会把端口拉到高电平，这时端口可以当做输出使用。当P1端口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。除此之外，P1.0端口 和P1.1端口还可以作为定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）用，具体参见下表：当在对Flash ROM 编程或者程序校验时，P1端口接收低8位的地址数据。引脚号功能特性P1.0T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）表2-1 P1.0 和P1.1引脚复用功能P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 端口。P2 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4 个TTL 输入。对端口写入1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2端口作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。如果在访问外部程序存储器或者16位地址的外部数据存储器（例如执行“MOVX DPTR”指令）的时候，P2端口将送出高8位地址。当在访问8位长度地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）的时候，P2端口引脚上的数据内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2口寄存器的内容），在整个访问期间内是不会改变的。当在对Flash ROM 编程和程序校验的期间内，P2端口也将接收高位地址及一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7对应于1017 引脚）。P3端口是一个带有内部上拉电阻的8 位的双向I/O端口。P3端口的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4 个TTL输入的信号。当对端口写入“1”时，它内部的上拉电阻会把端口拉到高电平，此时P3端口可用作输出口。当P3端口做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（IIL）。当在对Flash ROM编程或程序校验时，P3端口还接收一些控制信号。P3口除作为一般I/O 口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：引脚号复用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(定时器0的外部输入)P3.5T1(定时器1的外部输入)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器读选通)表2-2 P3 口引脚复用功能复用功能RST（9 引脚）：复位引脚。当通过此引脚给单片机连续输入两个机器周期以上的高电平信号时为有效，此引脚的功能为用来完成单片机的复位初始化操作。当看门狗计时完成后，RST复位引脚输出96个晶振周期的高电平信号。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO 位可以让此功能无效。DISRTO在默认状态下，复位高电平有效。ALE/ ROG（30引脚）：地址锁存控制功能：（ALE）引脚是当访问外部程序存储器的时候，锁存低8位地址的输出脉冲。当在Flash 编程时，此引脚（ROG）也可以用作编程输入脉冲。通常情况下，ALE引脚是以晶振六分之一的固定频率输出脉冲的，它可以用来当做外部定时器或者时钟来使用。只是需要注意的是，在每次访问外部数据存储器的时候，ALE的脉冲将会跳过。如果需要，可以通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX 或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。：(29引脚)：（）是外部程序存储器的选通信号。当单片机从外部程序存储器执行外部代码时，会在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器的时候，将不被激活。EA/VPP （31引脚）：访问外部程序存储器的控制信号。：为了使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器的读取指令，EA必须接地（GND）。注意加密方式为1时，EA将内部锁定为RESET。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在Flash 编程期间，A也接收12伏特的VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器的反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器的反相放大器的输入端。第二节 锂电池智能充放电芯片HT3582DA锂电池充电芯片是一款内置基准电压的万能充电器的控制芯片，它具有自动识别电池极性和短路保护以及过温保护等功能。此芯片有如下特点：1.内置基准电压源，空载时会稳压输出，不需要用任何外围元器件来调整空载电压。2.芯片支持普通的三灯模式或者二灯模式及七彩灯模式。3.芯片的最大充电电流：300mA。4.芯片支持对0V电池的充电（电池正接）。 5.当电池快要充满电时会自动切换到恒压充电模式，使电池可以充得更满。6.芯片能自动识别电池的极性。7.芯片具有短路保护功能。8.芯片还有过温保护功能。 9.芯片的集成度高，应用时只需接极少的外围器件即可应用。HT3582DA锂电池充电芯片脚位图及说明见表2-3。序号名称描述1BTN电池负极2L3指示灯L3引脚3L2指示灯L2引脚4L1指示灯L1引脚5SW功能选择（接VDD为3灯和2灯模式，接GND为七彩模式）6GND电源负极（地端）7BTP电池正极8VDD电源正极表2-3 HT3582DA各个脚位描述HT3582DA锂电池充电芯片典型参数见表2-4。（除特殊说明外，所有参数均在室温下直流测得，并以GND 端电位为 0 电位）参数名称参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输入电压VDD58V空载电压VoVDD=5V8V4.154.234.30V饱和电压VsVDD=5V8V4.174.254.32V充电电流 ICHARGEVDD=5V, |VBTP-VBTN|=3.6V 300350 （*）mA短路检测VSHORTVDD=5V, |VBTP-VBTN|: 1V0.2V-1-V振荡频率FOSCVDD=5V, |VBTP-VBTN|=3.6V24Hz静电保护ESD人体模型2000V表2-4 HT3582DA 典型参数HT3582DA锂电池充电芯片的典型应用电路如图2-2所示。图2-2中采用的是三灯充电的模式。如将L3去掉，则为普通二灯模式。图2-2 HT3582DA普通3灯应用方案HT3582DA锂电池充电芯片的模式选择见表2-5、表2-6、表2-7。三灯模式电源状态电池状态L1L2L3电池检测断开正常接入亮灭灭电池空载接入断开亮灭亮正常充电接入正常接入亮闪灭饱和检测接入正常接入亮灭亮表2-5 HT3582DA锂电池充电芯片三等模式二灯模式A电源状态电池状态L1L2PIN2电池检测断开正常接入亮灭悬空电池空载接入断开亮亮悬空正常充电接入正常接入亮闪悬空饱和检测接入正常接入亮亮悬空表2-6 HT3582DA锂电池充电芯片二灯模式A二灯模式B电源状态电池状态L1L2PIN2电池检测断开正常接入亮灭接GND电池空载接入断开亮灭接GND正常充电接入正常接入亮闪接GND饱和检测接入正常接入亮灭接GND表2-7 HT3582DA锂电池充电芯片二灯模式B在图2-2中，HT3582DA芯片如果选用七彩灯应用方案时，如果七彩灯品质不是很好，可以在引脚3与GND之间并联一个2.2uF的电容。如果七彩灯的品质较好这个电容可以不接。HT3582DA锂电池充电芯片的功能及状态描述（参考三灯应用电路）见表2-8所示。状态描述电源状态电池状态L1L2L3电池电流|VBTP-VBTN|电池检测断开正常接入亮灭灭2mA(*)(*) 4.10V(*)亮灭灭-2mA(*)(*)4.10V(*)电池空载接入断开亮灭亮04.23V(*)正常充电接入正常接入亮闪灭300mA(*)3.60V(*)饱和检测接入正常接入亮灭亮4mA(*)4.25V(*)表2-8 HT3582DA三灯模式状态列表注：(*)此处为负值，表示此时电池向电路放电（为LED供电）(*)表格中所列数据均为典型值HT3582DA锂电池充电芯片如果在电源断开的情况下接入了电池，HT3582DA 芯片会通过自动的“极性识别”系统对电池进行相应的控制。此时三个LED灯的状态参见表2-8的描述。 电池空载时，当电源连通后而尚未接入电池时，BTP引脚与BTN引脚两端之间的电压差为4.23V（典型值），三个LED灯的状态参见表2-8的描述。正常充电及饱和检测时，当电源连通并且已经接入未满电池（电池电压4.10V【典型值】)时,电源就已经开始通过HT3582DA芯片的控制对锂电池进行智能充电，充电的电流约为300mA（典型值），电池检测到电池两端的电压缓缓升高，并且当电池电压升高到4.23V（典型值）的时候，电池已经接近饱和状态，此时就会自动转入恒压充电模式。在此过程中三个LED灯的状态参见表2-8的描述。当电池电压4.10V（典型值），才会重新对锂电池进行充电。 短路保护功能，如果在电源接入后发生了电池短路的情况，那么HT3582DA芯片的内部“短路保护”系统就会自动将充电电流减小至25mA（典型值）。这个时候如果电池重新以正确的极性接入则仍然可以正常的对锂电池进行充电。过温保护功能，假如充电时芯片结温超过了TO（150典型值），那么芯片内部的“过温保护”系统将会自动将充电电流减小，直到结温下降至TR（120 典型值），芯片才恢复正常的充电状态。第三节 发电机及太阳能电池板本发电机选用的日本小型发电机。具体的发电机参数如下：电压:在发电机大概一秒钟转一圈的情况下，发电电压大概是11.5-12V。(最高可发电60V左右,差不多是一秒钟转五圈的速度)电流:短接电机两脚最大电流1.85A。(计算12V*1.85A=22.2W)此发电机输出端的电压是交流的，因此要经过整流桥来进行整流，整流后再通过稳压芯片来稳压，之后才用HT3582DA锂电池充电芯片来给锂电池充电。关于这一部分的里将在后面详细介绍，这里不再多叙。发电机实物如图2-3所示。图2-3 发电机实物图太阳能电池板本设计选用的是9V/2W的多晶太阳能电池板，规格：135*125mm。本太阳能电池板的标称功率为2W。输出电压/电流为9V约220mA。 工作时间的要求是要有充足的阳光的照耀就可以正常使用，本电池板非存电产品，电量即发即用。 使用寿命：正常情况下，一般可以使用20-25年。 本产品属玻璃工艺，比较重。产品防水，但切勿弯折！否则电流会减弱。所有产品的背后都可能有焊点和黑胶布，焊点是为了固定正负极出线口，黑胶布是为了掩盖住焊点，和防止运输的时候焊点跟其他产品挤压产生刮花现象。产品只能在阳光下使用，标称功率是正午阳光峰值,一早一晚的阳光和不强烈的阳光是达不到标称的。太阳能电池板的实物如图2-4所示。图2-4 太阳能电池板实物图第四节 硬件电路实现原理2.4.1单片机最小系统本设计选用STC89C52RC的单片机，单片机的最小系统如图2-5所示。在图中，电容C4为去耦电容，其功能是是为了保证单片机能更稳定的工作。图中的S1、C7及R1构成了复位电路。此单片机是高电平复位，即当按键S1按下时，单片机的RST引脚被拉高，单片机被复位；当按键S1松开后，单片机的RST引脚被下拉电阻R1拉低，单片机开始执行用户程序。电容C7是滤波电容，防止按键S1按下的瞬间，单片机的RST引脚电平信号抖动，影响单片机的工作。在图2-5中，晶振Y1与电容C5、C6构成了单片机的晶体振荡电路。本设计当中的晶振选用的是无源晶振，晶振为11.0592MHz。起振电容选用的是两个22pF的小电容。图 2-5 单片机最小系统2.4.2单片机输入输出接口本设计中单片机的外围接口电路如图2-6所示。分别接有可调精密电位器、光敏电阻、LED控制电路及按键电路。图2-6 单片机外围接口电路在图2-6中，单片机的P2.0端口为电池电压检测报警输出用；P2.1为光照阈值设定旋钮按键用；P2.2为电池电压检测用；P2.3为模拟路灯的LED控制输出用；P1.0为手动/自动切换开关；P1.1为系统工作在手动模式时，打开路灯按键；P1.2为系统工作在手动模式时，关闭路灯的按键。单片机引脚P2.0与R2、D5构成了电池电压检测报警输出电路。其工作原理为当单片机检测到电池电压低于设定值时，单片机引脚P2.0给出低电平信号。此时，流过LED灯D5的电流，首先经过限流电阻R2限流在流过D5来点亮D5；当单片机的引脚P2.0输出高电平时，电路VCC-R2-D5-GND这个回路两端的电压相同，因此不能导通，回路中无电流流过，故D5这个LED熄灭。单片机的引脚P2.3与R7、D6构成了模拟路灯LED控制输出电路。工作原理同P2.0回路一样。当单片机引脚P2.3给出低电平信号。此时，流过LED灯D6的电流，首先经过限流电阻R7限流在流过D6来点亮D6；当单片机的引脚P2.3输出高电平时，电路VCC-R7-D6-GND这个回路两端的电压相同，因此不能导通，回路中无电流流过，故D6这个LED熄灭。单片机的引脚P2.1与电位器R3及电阻R4构成了光照强度阈值设定电路，通过调节电位器R3,可以灵活的任意设置光照强度的阈值。这部分电路的工作原理是当光照强度增加时，光敏电阻的阻值减小；相反，当光照强度减小时，光敏电阻的阻值增大。而我们的设计里P2.1读取的是开关量，就可以通过调节电位器R3来调节单片机在某个光照强度时，信号电平是“1”，或者是“0”。单片机的引脚P2.2与电位器R5及电阻R6构成了电池电压检测电路，通过调节电位器R5,可以设置合适电池电压检测的阈值。电池电压检测部分的工作原理是当电池电压减小时（正常值范围3.8V-4.2V），P2.2端口检测到的电平也会有微小的变化，可以通过调节电位器R5来设定当电池电压减小到某个值时，P2.2端口的电平信号会有高、低电平之间的变化。利用此原理就可以检测到电池电压的变化，从而来对电池电压进行监测。 P1.0、P1.1、P1.2分别为手动/自动切换开关，当S2闭合时为自动状态，当S2断开时为手动状态。S3与S4分别为系统工作在手动状态时的打开路灯和关闭路灯的按键。路灯在手动模式时，当按下S3时路灯打开，当按下S4时路灯关闭。图中的R8、R9、R10都为上拉电阻，当按键未按下时，单片机的相应引脚检测到高电平，当按键按下时，相应的单片机引脚检测到低电平信号。2.4.3风力发电及太阳能发电的整流及稳压电路在图2-7中，J2为太阳能电池板接口，其中的脚1接太阳能电池板的正极，脚2接太阳能电池板的负极，D2为防止太阳能电池板的正负极接错的二极管。LM7805为稳压芯片，此芯片的功能为将前端的高于5V的电压稳定在5V的电压。电容C1的功能为滤波电容，主要是去除文波电压。图2-7 交流电整流及稳压电路图中J1为风力发电机接口。因为风力发电的发电电压是交流的，因此对于此端口的接线是不分正负的。图2-7中的D1是一个整流桥，它的功能就是将交流电转变为直流电。整流后的直流电压经过7805稳压最后输出给锂电池充电芯片。2.4.4锂电池充电电路锂电池充电电路如图2-8所示。关于芯片HT3582DA的芯片资料前面已经有过介绍。此芯片的引脚2、3、4都是为接LED准备的，本设计中选择的HT3582DA芯片工作模式为2灯的七彩工作模式。芯片的引脚3接的LED为七彩LED。引脚4接的为普通的红色LED。其中的两个电容都为滤波电容。图中的J3为锂电池接口端子，此端子脚1接电池正极，脚2接电池负极。图2-8 锂电池充电电路这部分的整体电路如图2-9所示。图2-9 系统原理图第三章 软件方面程序编写第一节 单片机开发环境Keil C51软件是美国的Keil Software公司推出的51系列兼容单片机C语言软件的开发环境，此款软件与汇编相比，因为C语言在可读性、结构性、可维护性以及功能上都是有明显优势的，因此C语言易学易用，它的程序移植非常的灵活。Keil软件提供了包括C的编译器以及宏汇编、连接器和库管理还有一个功能强大的在线仿真调试器等在内的一个整套的开发方案，这些都可以通过一个集成的开发环境（uVision）将所有这些部分组合在一起。当然，运行Keil C软件的操作系统要求WIN98、WIN2000、NT、WINXP等等操作系统。如果你选择了C语言编程，那么Keil C软件几乎就是你的首选软件，假如即使我们不选用C语言而仅使用汇编语言来编程，其方便易用，简单直观的集成开发环境和强大的软件仿真调试工具也会让你开发事半功倍。Keil的发展过程目前来看主要经历了Keil Vision2、Keil Vision3、Keil Vision4、Keil Vision5这几个阶段。本设计选用的开发环境是Keil Vision4，因为Keil Vision4是2009年2月发布的，从他的发布到现在已经有一段时间了，经过用户的使用，这个版本还是比较稳定的，而且一些新功能对用户的使用也很方便。而最新版的Keil Vision5是2013年10月才发布的，这个版本虽然是最新的，但是还没有经过时间的验证。Keil Vision4引入了灵活的窗口管理功能，这让开发人员可以使用多台监视器，而且它还提供了在视觉上的表面对窗口位置的控制可以在任何地方。这个版本提供的新用户界面可以非常好地利用用户的屏幕空间以及更有效地组织多个窗口，提供了一个整洁的、高效的开发环境让用户编写程序。这个版本在支持的芯片上也是更多的支持了一些最新的ARM芯片，还添加了一些其他的新功能。在2011年3月份ARM公司发布了最新的集成开发环境RealView MDK开发工具，其中就集成了这个版本的Keil uVision4，它的编译器和调试工具实现了与ARM器件的最完美的匹配。使用本软件有如下有点：1.使用Keil C51软件生成的目标代码效率是非常高的，大多数语句经过编译后生成的汇编代码都很紧凑，而且很容易理解。这在开发一些大型软件的时候更能体现出高级语言的优势来。2.它与汇编相比，C语言的开发在可读性、结构性、可维护性以及功能上都有明显的优势，因此它简单易学。如果用户用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会的就会更加深刻。第二节 项目开发过程安装好Keil uVision4后，首先打开软件，软件界面如图3-1所示。进入开发环境后再点击“project”，这时会有下拉菜单，在下拉菜单里选择“new uVision4 project.”，来新建一个工程。接下来会弹出选择工程路径及给工程命名的对话框，这个根据自己的需要设置好就可以。起好工程名后，软件会让用户选择CPU，我们这里选用的是Atmel菜单下的AT89C52这个CPU。这一步做完后，我们的工程就设置好了。图3-1 Keil uVision4软件开发环境接下里需要我们在新建一个“XXX.C”的文件。首先单击“File”菜单，在下拉列表里选择“NEW”，新建后在点击保存按键。让用户选择保存C文件的路径及文件名的对话框。我们根据自己的需要设置好。这时我们的C文件就设置好了。这个C文件最好与刚才设置的工程文件最好在一个目录下。接下来我们需要添加源文件。在下面的Project一栏中的TarGet 1-Source Group 1上右击鼠标键后在弹出的对话框里选择“Add Files to Group Source Group 1”来添加我们刚刚保存的C文件，添加好后画面如图3-2所示。图3-2 单片机开发环境上图中我们已经按照C语言的语法编写好了程序，在开发环境中我们设置的注释语句为绿色字符，如图中所示。关于本设计的程序代码如下：#include /此文件中定义了51的一些特殊功能寄存器sbit alarm=P20; / 电池电压报警输出sbit check_light=P21; / 检测光照强度sbit check_V=P22; / 检测电池电压sbit lamp=P23; / 路灯控制void Delay10ms(unsigned int); /延时函数声明/* 函 数 名 : main* 函数功能 : 主函数* 输 入 : 无* 输 出 : 无*