太阳能草坪灯控制器的设计.doc

江苏工程职业技术学院 太阳能草坪灯控制器的设计 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文）太阳能草坪灯控制器的设计 班 级 新能源 专 业： 新能源应用技术 教学院 ：机电工程学院 指导老师： 摘要本文设计了一种以单片机AT89S51为核心的太阳能草坪灯控制系统。该系统采用的是太阳能电池板，利用单片机实现草坪灯的光电控制、定时控制和节能控制。系统控制电路阐述了系统里每个电路的电路原理、控制方案，系统能够根据时间和天气变化的要求决定草坪灯的开关。同时，系统的抗干扰性能比较好，断电时可以保护用户所设定的各种参数。本系统的硬件电路分为主控电路、电源电路、充放电电路、光强检测电路、A/D转换电路、系统时钟电路和数码显示电路等。软件的设计采用模块编程，方便今后改进和维护。关键词：草坪灯控制器；充放电；单片机；LED 驱动 目 录摘要21绪论31.1 课题研究背景31.2 选题的意义41.3 课题研究中的主要内容42系统方案的设计52.1 系统设计要求52.2 系统整体电路52.3方案总体框图及功能123 系统硬件选择133.1 照明负载133.2主控电路的设计133.3 电源电路的设计153.4 充放电电路的设计163.5 光强检测电路的设计173.6 A/D转换电路的设计183.7 系统时钟电路的设计203.8掉电存储电路的设计213.9数码管显示电路234系统的软件设计234.1主程序234.2子程序255总体调试27结 论28参 考 文 献29致 谢30附录131系统总体电路图31 1绪论1.1 课题研究背景太阳能是各种可再生能源中最重要的能源之一，另外还有生物质能、风能、海洋能、水能等等其实都来自太阳能，在广义上来说，太阳能包含以上的各种可再生资源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。随着社会经济的不断发展，我们在夜生活的时间也在不断延长，夜间草坪灯的照明在如今这个节能减排的社会就显得更加重要；同时随着城市化进程的不断推进，我们在进行基础设施建设同时也越来越重视城市照明。例如，街道的照明路灯、广场的照明路灯、过街天桥的照明路灯、草坪灯等。综上所述，节能、方便和经济是未来城市草坪灯工程可持续发展所面临的首要问题，那么就需要人们考虑新能源的利用和新型光源的选择和控制。草坪灯控制器作为草坪灯的核心部件是解决上述问题的关键所在。1.2 选题的意义能源作为我们赖以生存的五大元素之一，是社会发展以及国民经济的重要战略资源。在世界经济的不断发展和国际工业化的进程步伐下，世界各国对能源的需求也越来越大。常规能源资源已经面临枯竭。多次能源危机使人们意识到，地球矿物资源是有限的。如今已探明的石油资源只能维持几十年，因此人们不得不把关注重点转移到新能源的开发和利用。为了缓解能源危机，世界各国政府和相关人员都对新能源进行探索。预期到本世纪中期，新能源的消费将在世界能源消费构成里占据更加重要的地位。社会经济的不断发展下，新能源和可再生能源也在向商品化能源转变，就太阳能而言，太阳能资源不污染环境，更不会破坏生态，取之不尽，用之不竭。因此，我国现在大力支持新能源的应用。草坪灯照明是现代城市照明里的重要手段，但草坪灯的灯管具有消耗大量电能，光源效率低等特点。上述选题的目的就是想通过设计草坪灯的控制器为太阳能有效利用做尝试；此外，本文选择LED的灯泡来作为草坪灯光源。新型的光源的合理利用是本课题的任务,选题的意义也在于此。1.3 课题研究中的主要内容本文的目的是为了设计一款太阳能草坪灯控制器，控制器可以根据光强等自然环境的变化自动控制太阳能草坪灯的工作。系统主要包括电源电路、光强检测电路、显示电路等模块。具体研究内容如下：第1章 ：描述了太阳能光伏利用的背景、意义，以及本文研究的主要内容；第2章 ：根据控制器的功能要求，我们选择了系统的总体电路方案，并给出了总体结构框图；第3章 : 结合总体框图，对系统的各个硬件模块进行设计；第4章 ：根据控制器的功能要求，给出相应的软件模块的设计，给出了流程图及功能说明；第5章 ：对整个系统做总体调试，以实现整个系统的功能。2系统方案的设计2.1 系统设计要求本文是对草坪灯控制器进行的具体设计，因此我们具体的设计要对草坪灯的各模块作出的要求：（1）对充放电的具体状态显示、蓄电池的容量以及恒流充放电的控制方式；（2）控制系统要求在光线较暗时草坪灯开始照明，天亮后能够自动关断；（3）夜间定时控制要求草坪灯在晚上12点时自动关断草坪灯电源，早上6点自动接通、天亮自动关断电源；（4）系统的抗干扰性能很好，系统中设定的各项参数能够在断电时及时保存。2.2 系统整体电路2.2.1主控芯片的选择方案一AT89S51AT89S51芯片内部自带4K可编程可擦除只读存储器，它是一种低电压、高性能的CMOS8位微处理器。除此之外背部还包括ATMEL高密度非易失存储器，可以与工业标准里的51系列指令集相互兼容。这款单片机的可擦除只读存储器能够反复擦除程序100次，性能卓越。同样AT89S51也是一种高效控制器：多功能8位CPU和闪烁存储器组合。灵活性强，并且廉价。 1主要特性单片机内置的4K字节可编程存储器，能够与51系列智能芯片指令等相兼容，该款单片机的寿命长并可以重复使用：写/擦循环次数可达到1000次；内容存储可达到10年；全静态工作频率范围0Hz-24Hz；三级程序存储器为128*8位RAM；32位可编程输入输出I/O口，2个16位C/T；外部、内部等5个中断源；该芯片采用串行通道编程，具有低功耗掉电模式、片内振荡电路以及时钟电路。2结构特点如下：1）8位CPU；2）片内振荡器以及时钟电路；3）32根I/O线；4）外部64K存贮器ROM；5）2个16位的定时器/计数器；6）5个中断源，两个中断优先级；7）全双工串行口；方案二 PIC单片机（1）PIC单片机是一款高性能的智能集成芯片，具有分散（多任务）功能的CPU。与人类相比，PIC单片机的就是人类CPU大脑，它的内置功能模块部分即相当于人类的神经系统。（2）PIC单片机实质就是一台小型的计算机。（3）PIC单片机功能的实现由软件编程实现控制运行，可以实现计算功能和记忆存储。不同类型的PIC单片机，具有不同的处理能力和不同的存储器容量。该系列单片机的最高操作频率大约都在20MHz，写程序的存储器容量大约1K4K字节。程序指令的执行速度与时钟频率与扫描的速度有关系。在衡量单片机的程序处理能力也不能仅仅以时钟频率来判断，它收到处理装置的体系结构影响。该系列相同体系结构的单片机，时钟频率较高的型号处理能力像一个较强。PIC特点如下： a. 高性能CPU 35条单字指令,采用时钟频率为20MHz,指令周期为200ns;8级深度硬件堆栈;有11个中断源;片内RC振荡器;程序保密位,可防止非法拷贝;低功耗SLEEP方式,高速CMOSEPROM工艺制造; 能够选择不同的振荡器方式; 工作电压3.0V6.0V。b.分离的程序和数据空间 PIC有13位程序存储器,最大寻址能力为8k14位,用户的存储空间(00000FFFh)共4k14位。当访问大于地址范围的物理存储空间,可以采用滚动循环访问的方式。 数据上网存储区分成两个存储体Bank0、Bank1,每个存储体由通用寄存器和专用寄存器构成。当寄存器中的RP0位为0时,选Bank0;RP0位为1时选Bank1。两个存储体最大都能够扩展到7Eh(128个字节)。在每个存储体中,专用寄存器安排在低地址空间内,通用寄存器安排在高地址空间内。专用寄存器中带有A/D寄存器。 c.完善的串行通信接口(SCI) SCI是利用RC6和RC7引脚作为通信线的二线制的串行通信接口。它们的方式分为三种: 半双工同步从动方式、半双工同步主控方式和全双工异步方式。 SCI带有两个8位可读写状态以及控制寄存器：发送和控制寄存器TXSTA、接收和控制寄存器RCSTA。d.片内器件模块3个定时/计数器、3个双向I/O口。16位的捕捉/比较/PWM模块。捕捉器最大分辨率12.5ns;比较器最大分辨率为200ns;PWM分辨率为10位。5路A/D转换器、A/D中断功能对比了AT89S51单片机和PIC单片机，AT89S51具有更高的工作效率，兼容性较高，价格更加便宜，实用性更高。所以，我们选择AT89S51单片机2.2.2蓄电池的选择太阳能方阵在日照时会产生电能，这时候蓄电池的作用就是将这些能量储存起来，当没有太阳光照的时候蓄电池再将能量释放出来，提供给负载。无数个蓄电池串并联从而变成了蓄电池组。容量能够在没有太阳光照射的情况下，尽可能的满足正常的供电量。蓄电池也是一种化学电源，它能够将直流电转化成化学能并储存起来。蓄电池在将化学能再转化成电能进行使用。一个是蓄电池的充电过程，另一个是蓄电池的放电过程。本文的太阳能控制系统中，蓄电池在整个系统中起到了储存和调节的功能。每天光伏系统功率的输出都会不断的改变，在太阳光不足的时候或者整个光伏发电系统出现故障时。蓄电池就能释放出能量，从而提供用电。在整个光伏发电系统中，当蓄电池处于浮充放电时，夏天的时候太阳光照强，太阳能方阵给蓄电池提供更多的电能；而冬天的时候太阳光照弱，夏天储存的电能这时候就能够使用了。四季光照的不断循环，以及在较小的日循环基础上：白天太阳能方阵为蓄电池提供能量，夜晚蓄电池释放能量给负载提供电能使用。随意在选择蓄电池时自放电要低，实现经常的过充放电，并且充放电的工作效率要高，还有一些外围因素要考虑，比如价格以及使用情况。方案一 铅酸蓄电池（1）铅酸蓄电池的概念铅酸蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成的，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护。老式的普通蓄电池一般寿命在2年，而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。但随着科技发展，普通蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简便了。蓄电池两端的电压在设定的值内，电压的检测电路也能够得到信号电压，开关切换是由控制电路进行的，整个系统进入了稳压闭环控制状态，这时候能够使蓄电池进行充电，并且还可以防止蓄电池过充，否则蓄电池电解液中的水会被大量的分解，也会因为过热而导致极板的损坏，这样蓄电池才能正确的使用。有时候过充保护会失灵，这时候蓄电池端的电压会很高，系统会发出报警。与此同时蓄电池两端的电压下降到稳定值时，系统也会发出报警，这时候草坪灯的控制器会控制草坪灯的开关，这时候蓄电池将不再提供电能。（2）铅酸蓄电池的放电原理放电时负极的活性物质海绵状铅与电解液硫酸反应生成硫酸铅，并释放出电子，而正极的活性物质二氧化铅接收负极释放的电子并与电解液硫酸反生成硫酸铅和水。（3）主要特点1).在正常操作中，电解液不会从电池的端子或外壳中泄露出。2).没有自由酸，特殊的吸液隔板将酸保持在内，电池内部没有自由酸液，因此电池可放置在任意位置。3).电池内压超出正常水平后，VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery即“阀控式密封铅酸蓄电池”的缩写）电池会放出多余气体并自动重新密封，保证电池内没有多余气体。4).维护简单5).使用寿命长6).采用了有抗腐蚀结构的铅钙合金栏板，电池可浮充使用10-15年。7).质量稳定，可靠性高8).采用先进的生产工艺和严格的质量控制系统，电池的质量稳定，性能可靠。电压、容量和密封在线上进行100%检验。 方案二 锂电池（1）锂电池的介绍锂电池是一种使用非水电解质溶液并且由锂金属或锂合金作为负极材料的电池。总反应为：Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应。因为锂电池活泼的化学特性，所以制作和使用锂电池时对环境要求很高。锂电池工作原理（2）锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。（3）锂电池的特点1).能量比较高。具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；2).使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录；3).额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；锂电池可以通过一种新型的锂电池调压器的技术，将电压调至3.0V，以适合小电器的使用。4).具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；5).自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；6).重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5；7).锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。8).钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，价格昂贵，安全性较差。9).锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。10).生产要求条件高，成本高。11).使用条件有限制，高低温使用危险大综上所述，我们在本文中选择使用的铅酸蓄电池，铅酸蓄电池相对于锂蓄电池而言，安全性好，价格便宜，使用条件限制相对而言比较小。2.2.3 太阳能电池板的选择太阳能电池板作为太阳能发电系统中的核心，作用是将太阳辐射能转变为电能，也可以在供电状态饱和的情况下向蓄电池送电。在草坪灯的组件中，太阳能电池板的质量对整个系统的质量起着决定性因素。太阳能电池方阵由多块太阳能电池组件串并联而成，它能够分成若干个子阵列，每个阵列中都有一个独立的电子开关控制。每个支路通过防反充二极管、充电控制器并联的方式向蓄电池充电。为了确保蓄电池的使用寿命，将能源利用最大化，所以当蓄电池的充电电压达到额定电压时，自动依次切断其中几个子阵列，用来限制蓄电池的充电电压。图2-1 太阳能电池的发电原理图单晶硅 （1）应用前景：如今，随着光伏技术的快速发展，利用单晶硅组建的太阳能电池板能够直接将太阳能转变为光能。现在，国外的光伏技术已经逐步成熟，并且运用到实用阶段。全世界范围内的太阳能硅单晶市场需求量是不言而喻。 （2）应用范围：主要用于二极管、整流器件、电路以及太阳能电池级单晶产品生产和深加工制造，由单晶硅开发的后续产品和半导体分离器件在各个领域都有广泛应用，同时在军事电子设备方面也占有着重要地位。 （3）产品类型：单晶硅的产品主要包括3”-6”单晶硅圆形棒、片及方形棒、片，适合于各种半导体、电子类产品的生产，其产品质量更是经过世界上最先进的检测仪器进行检验。 （4）用途：制造半导体硅器件的原料，制做大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。 多晶硅 （1） 应用前景：多晶硅是单晶硅生产的原材料，是基于电子信息材料，人工智能，自动控制，信息处理，光电转换半导体器件的基础资料；（2） 主要作用：多晶硅是单晶硅的一种的形态。被熔融的单质硅凝固时，硅原子会以金刚石晶格的形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒结合起来，就可以结晶成多晶硅。多晶硅是制作单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的主要差异表现在物理性质。 （3） 用途：电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由与干燥氯化氢气体在一定条件下，再经冷凝、精馏、还原而得。主要制造半导体收音机，录音机，电冰箱，彩色电视机，录像机，电子计算机，广泛应用于电子行业。 在对比两种硅体的情况下，虽然单晶硅的成本比多晶硅高，但相对性能和使用时间来说，我们还是选用单晶硅。 2.3方案总体框图及功能上节介绍了草坪灯作为一个系统的结构、组成及部分功能。草坪灯控制器作为系统的核心部件作用是监测整个系统的工作状态和控制运行，可以在控制器里设置工作时间，对蓄电池充放电起到保护作用。额外的功能如光控开关等等。控制器在负载供电的同时，也会调节电流先经过太阳能控制器的电池，再流向负载。电池保持充满状态，延长电池的使用寿命，防止电池过度充电，也要防止过度放电。太阳能光伏发电系统和草坪灯等的管理。本节阐述使系统功能具体化的控制器的结构和组成，为后续设计提供指导性方案。设计中草坪灯控制器的结构如图2-2：充放电控制器 单 片 机时控电路光控电路掉电存储充放电总电路太阳能电池板LED负载蓄电池组图2-2 控制器结构图 由上图看出，太阳能草坪灯的组件是太阳能电池组、LED灯源、太阳能控制器、蓄电池。它是利用AT89S51单片机实现对草坪灯的系统需求控制，另外在控制器内部设置有蓄电池，在阴雨的天气，保证电池充电，给草坪灯供电。总体设计电路图见附录1。3 系统硬件选择3.1 照明负载LED发光源的优点如下：高达100000小时的使用寿命。相比传统的照明白炽灯，LED功耗的只有10%20%，效率高。LED不含汞，无频闪，绿色环保，耐低温。在-4080环境温度，环境适应性很强。这个电路的关键是充电和电池的设计比较好点的放电特性的电压状态，加上发光二极管的充放电状态指示电路，成为一种实用的智能控制器，可防止电池过放，过充电功能。在太阳辐射不够时，因为电池的充电状态的蓄电池电压低，排放低，所以负载电流小，功率小，系统可以工作更长的时间。相反，当太阳辐射充足，工作负载电流大，功率大，明亮。表3-1 太阳能LED灯具的主要性能指标太阳能电池40W ，12 VLED发光源柱式排列，96粒LED、平均功耗3W工作温度-40+80过充保护电压144V(25C)过放保护电压11V蓄电池40Ah12V照明时间天黑后，光控自动启动电光转换功能；天亮后光控自动恢复到光电转换模式3.2主控电路的设计AT89S系列单片机由于ISP在线编程技术的更新，跟传统的开发模式完全不同，将不会损害引脚，性能大大提升。在工作效率方面，降低了开发成本，缩短了生产时间，简化了工艺，加快了单片机的市场。AT89S51的电路如图3-1所示。手动复位按钮复位电路，当S6按钮按下时，VCC通过R12给芯片9脚的高电平，产生时钟信号。 AT89S51性能VCC：供电电压引脚。GND：接地引脚。P0口：P0口为8位双向输入输出I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的引脚第一次置高电位时，被定义为高阻抗输入。P0可用于与外部程序数据存储器相连的数据输入输出口。在进行FIASH编程时，P0口作为输入端口输入程序的原代码；当FIASH进行检查时， P0口作为输出口输出程序的源代码，此时P0口外部必须被拉高。 P1口：P1口同样为内部设置上拉电阻的8位双向输入输出I/O口，P1口的缓冲器只能同时接收和输出4TTL门电流。当输入输出口P的管脚写入1后，其内部上拉为高电位，可用作外部程序的输入口，当该口被外部电路下拉为低电平时，将电流输出，这是由于内置上拉电阻的缘故。在进行FLASH编程和校验时，P1口作为地址接收。 RST：复位输入引脚。当系统需要初始化的时候，必须保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号引脚。当外部程序存储器发出取指的时候，/PSEN引脚保持机器周期两次有效。但在用于访问外部数据存储器时，有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器的地址范围为（0000H-FFFFH）。注意加密方式为1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此时作为内部程序存储器。在FLASH编程时，此引脚也用于电源12V的引脚（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。图 3-1 单片机电路3.3 电源电路的设计图3-2为电源电路。当系统供电时，控制器主电源是12V的电池电压通过7805调节器的调节产生的5V电压。高频旁路电容C2，高频信号旁路到地。滤波电容C3，C4是高频旁路电容器。R1的电流限流电阻，5V电源指示灯LED1。图3-2 电源电路3.4 充放电电路的设计防止蓄电池过充放电的设备是充放电控制器。由于循环充放电和放电深度对电池的数量是确定电池的寿命的一个重要因素，所以充放电控制器以控制电池充电或放电是必不可少的设备。图3-3充电和放电控制电路，工作原理是当电流通过J1-1的常闭触点经过R1，让LED1灯发光，等待着电池充电；三端稳压器稳定输出8V电压，电路开始正常工作，让过充放电压两个检测比较控制电路同时对蓄电池端的电压进行检测比较。当蓄电池端电压小于设定的过充电压值时，IC1的脚电位高于脚电位，脚输出低电位会使Q1截止，让Q2导通，LED2灯发光指示充电，J1动作，其接点J1-1转换位置，电路通过D1对蓄电池充电。蓄电池逐渐被充满，当其端电压大于预先设定的过充电压值时，IC1的脚电位低于脚电位，脚输出高电位使Q1导通，Q2截止，LED2熄灭，J1释放，J1-1断开充电回路，LED1灯发光，指示停止充电。当蓄电池端电压大于设定的过放电压值时，大致原理如上。图3-3充电控制器电路3.5 光强检测电路的设计光强检测电路图如图3-4所示：图3-4 光强检测电路光强检测电路是由电位器RP，电阻器R1，R2，光敏电阻器RG和非门集成电路IC1组成。光照较强时，光敏电阻器经过光的照射呈现低阻状态，非门集成电路的输入端是低电平，输出端是高电平， 6脚为高电位，所以给单片机P2.7口送入高电平。光照较暗时，光敏电阻器的阻值会慢慢增大。光线逐步变弱，非门集成电路的输入端电压慢慢上升，当输入端电压上升到非门集成电路的额定电压时，输出端会变成低电平，6脚是低电位，所以给单片机P2.7口送入低电平。3.6 A/D转换电路的设计本文采用的模数转换器是ADC0809转换器，该8路AD转换器由以下部分组成：8路模拟开关、一个三态输出锁存器、一个地址锁存和译码器。它是8位的AD转换器，8路开关和微处理机兼容的控制逻辑的COMS组件。逐次逼近式转换器和AT89S51的接口相连。多路开关可选通IN0-IN7八个模拟通道，允许8路模拟量同时或分时输入，使用同一个模数转换器进行转换。由滑动变阻器模拟流体，通过改变电阻值进行流量测量仿真。转换电路如图3-5所示。（1）ADC0809转换芯片引脚功能1）IN0IN7：8路模拟量输入端。2）D0D7：8位数字量输出端。3）ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。4）ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。5）START： A/D转换启动信号，输入，高电平有效。6）EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。7）OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束，此端再输入一个高电平，就能打开输出三态门，输出数字量。8）CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 9）REF（+）、REF（-）：基准电压。 10）Vcc：电源，单一5V。11）GND：地。（2）ADC0809的主要性能1）8路8位A/D转换器，即分辨率8位。2）时钟频率范围：101280KHz，典型时钟频率640KHz，转换时间为100s。3）工作电压：5V电源供电。4）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。5）低功耗，约15mW。模数转换器ADC0809的数据输出D0D7直接与单片机输入输出口相连，转换器的模拟信号通道的选择由74LS373（三态输出锁存器）的地址A、B、C：Q0、Q1、Q2提供，时钟CLK由单片机的ALE (地址锁存允许)二分频后取得，用74LS74（D触发器）把时钟二分频，START和ALE, OE 分别与单片机的WR、RD相连，这种安排主要是为了满足ADC0809的信号电平与时序的要求，其接口电路如图3-5所示图3-5 ADC0809与单片机接口电路本系统采用A/D转换器的作用是把信号经传感器转换成05V的模拟电压信号转换成数字信号，然后送入单片机。3.7 系统时钟电路的设计我们选用的系统时钟是实时时钟芯片DS1302，它具有低功耗，自带RAM，性能稳定，日期功能，确保时机的可靠性。时钟芯片在工作的时候将所有程序进行初始化，此时复位引脚（RST）设置为高电平，并且系统将8位地址以及命令信号都装入移位寄存器。所采集的数据在时钟（SCLK）的上升沿串行输入，指定访问地址是前八位，命令字装入移位寄存器，然后时钟周期在读写操作时就能够输出数据。数据可以一单字节或者多字节的形式传送到时钟/RAM中，也可以从时钟里送出。时钟芯片可以在很低的功耗下进行工作，消耗很小的功率就能够保存数据以及时钟的信息。时钟芯片可以用于切换主电源和备用电源的双电源引脚，主电源可以使用，通过在DS1302的8脚以及地之间再连接一个备用电源，主电源在正常工作时可以对备用的电源进行充电，在突发情况下，主电源出现，此时备用电源启动开始工作，从而确保时钟电路在任何情况下都能够正常工作。表3-2 DS1302管脚介绍管脚名称功能X1X232.768kHz晶振引脚RST复位I/O数据输入/输出SCLK写保护VCC1VCC2电源引脚GND地 图3-6 DS1302实用时钟电路如图3-6所示。时钟电路正常工作时，外部晶振X1为系统正常工作提供必需的振荡频率，此时电源BT1对C4充电。在系统发生故障、断电时，那么之前电解电容C4中存储的电量就可以作为系统的备用电源，维持系统正常运行。当系统恢复正常时，系统电源BT1继续为整个系统供电，再为电容C4充电，为系统可能下次出现的故障或断电做好储备。3.8掉电存储电路的设计某些特殊的情况下，系统设置的一些参数需要进行恢复，并且是在系统掉电后恢复原状态，本电路就是解决存储掉电后的一些参数。因为AT89S51芯片中缺少EEPROM，因此在进行外部扩展时，掉电存储芯片可以给24C02系列的存储芯片，从而用于将来的扩展接口芯片，可以采用4K的存储空间。智能芯片24C04接口使用的是I2C总线接口。I2C总线则是用于集成IC器件之间相连的二线制总线，总线器件相互连接的选择可以是输出级、集电极或漏极。这些口必须是开路，只有这样接口才会拥有线“与”的功能。在一般在标准模式下，总线接口的速度为100kbit/s；在快速工作模式下，传送速率最高可以达到400kbit/s。I2C总线接口的通信可以通过串行数据线SDA和串行时钟线SCL连接至处理机的总线上，然后依据地址识别到每个器件。24C04的管脚如表3-3所示，掉电存储的电路图如图3-7所示。表3-3 24C04的管脚介绍管脚名称功能A0、A1、A2器件地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护VCC1.8V6.0V工作电压GND地图3-7 掉电存储电路图3.9数码管显示电路数码管显示电路如图3-8所示。显示电路中，串/并转换电路主要是由四块移位寄存器74ALS164组成。当芯片CLEAR引脚设置为0时，输出端口（QAQH）输出均为低电平，串行数据输入端（A，B）输入控制数据。当外部控制信号依次输入时，寄存器中接收的数据随着每个时钟脉冲依次向下一个寄存器传递，输出端（QAQH）最后输出八位并行输出的数据。由于寄存器的连接方式是级联的，在时钟脉冲的作用下，依次点亮四个数码管（LED1-LED4）。数码显示电路由四个共阳极的八段数码管组成，根据系统输出的信号显示相应的数字。图 3-8 显示电路图4系统的软件设计4.1主程序4.1.1主程序流程图 主程序具体流程图如图4-1所示：图4-1 主程序流程图4.1.2主程序流程的功能介绍系统的主程序函数主要完成以下功能：（1）系统初始化：系统振荡源初始化、内部寄存器初始化、A/D初始化、中断初始化、看门狗初始化，（2）扫描设备。对蓄电池、太阳能电池板等系统硬件状态进行扫描（3）实时监控蓄电池的运行状态，控制铅酸蓄电池充放电系统的主程序函数。（4）事故处理。检测到蓄电池端电压异常，应禁止向其充电和禁止蓄电池放电等等事故。4.2子程序4.2.1蓄电池充放电流程图蓄电池的充放电流程图如图4-2所示，充放电的原理则是用来控制主程序从而来通过比较电路两端电压Udc和Udc1大小，对蓄电池的工作方式进行判断。蓄电池电压的大小可以用来判断蓄电池的充电模式。每种充电模式都存在一个滞环PI调节。当处于蓄电池充电模式时x=1，程序返回重新比较蓄电池电压，判断充电方式，处于放电模式时x=2，程序返回重新进行PI调节。图4-2 蓄电池充放电流程图4.2.2中断程序流程图 防止电路在运行过程中出错，设计的中断程序 中断程序流程图如图4-3图4-3