基于STC8單片機的太陽能路燈控制器的設計

張維全，周麗紅

（江蘇電子信息職業學院，江蘇淮安，223003）

近年來，全球可持續發展面臨重大挑戰。而且，這些能源在使用過程中嚴重污染環境，直接影響人們的健康。因此，越來越多的人將目光轉向可再生太陽能新能源。隨著太陽能的大量使用和大功率、高亮度照明LED技術的成熟，太陽能LED路燈得到了廣泛的推廣應用。太陽能LED路燈巧妙地使低功耗照明光源LED燈更加明亮節能，LED封裝外殼不需要使用玻璃等易碎物品作為外殼，更具有抗沖擊和耐壓能力，而且太陽能路燈不需布線，不用接入電網即可使用。因為太陽能電池板可以在光照的情況下儲存電能，有陽光的地方，他們就可以工作，應用范圍廣。因此，越來越多的人開始重視太陽能路燈的研究與應用。

1 太陽能路燈控制器設計

太陽能路燈控制原理：白天，太陽能模塊將太陽能轉化為直流電，通過太陽能控制器儲存在電池中；晚上，電池通過太陽能控制器為LED光源供電，實現照明功能。太陽能路燈照明控制電路由光伏電池、充放電及保護電路、路燈控制器及傳感器電路四部分組成。本系統中采用STC8單片機作為路燈控制器的核心器件，通過太陽能和鋰電池充放電及保護電路給LED燈提供電能，利用環境光傳感器檢測環境光信號給控制器以便控制白天不發光但晚間有條件的發光；利用人體熱釋電傳感器和人體感應雷達傳感器判斷人是否走近了的信號給控制器以便控制晚間人到燈亮人走燈暗，從而實現夜晚照明；再利用實時時鐘信號給控制器以便控制按照規定時間點后是否需要完全熄滅或微亮照明。外圍電路主要包括太陽能充放電電路、充放電保護電路、人體熱釋電紅外傳感器及檢測電路、人體感應雷達信號傳感器等，由檢測電路和實時時鐘電路組成。系統設計的總體方案如方框圖1所示。

2 硬件電路設計

■2.1 單片機智能控制模塊

本項目采用南通國芯微電子科技有限公司研發的最新STC8單片機作為核心控制器，它是一款高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，工作電壓范圍為3.3V～5.5V，包含2M字節片內RAM數據存儲器，1個時鐘/機器周期，增強型8051內核(STC Y5)。

圖2 單片機接口電路

■2.2 電源電路模塊設計

系統正常工作電壓為5V，系統采用 12V/24V 的鉛酸蓄電池供電，控制器電源經由蓄電池正極并通過1N5819肖特基二極管D1引入。其中圖中11V作為三極管驅動電壓，11V電壓經過AMS117三端可調穩壓管的穩壓輸出5V電壓，提供給單片機正常工作電壓，電路簡單，使用起來非常方便，工作穩定可靠，系統電源電路如圖3 所示。

圖3 電源電路

■2.3 環境光檢測電路

環境光線檢測電路采用環境光敏二極管（波長450nm）作為檢測光線的元件，光敏二極管的特性是在特定波長的光線照射下，它的阻值會極速的減小。電路由555定時器、光敏二極管、4148二極管和電阻、電容等元件構成。用NE555加外圍元件構成施密特觸發器，功能主要是防閃爍檢測抗干擾，傳遞給單片機，電路如圖4所示。其中555芯片及外圍電路組成施密特觸發器，光敏電阻器D2白天在光照時呈現很低的電阻值，因此555芯片的閾值端⑥腳與觸發端②腳平均高于2/3電源電壓，集成塊處于復位狀態，③腳輸出低電平；當晚間環境光線變暗時，光敏電阻呈現高電阻，使得集成塊觸發端②腳電平下降，當降至1/3電源電壓時，555電路③腳輸出高電平。R2、C4構成積分電路，起到吸收抗干擾作用，防止夜間電路發生誤翻轉。

圖4 環境光檢測模塊電路

■2.4 人體感應模塊電路

本項目使用了兩個傳感器模塊，包括熱釋電傳感器模塊和人體雷達傳感器模塊，它是一種能檢測人或動物發射的紅外線而輸出電信號的傳感器。這里采用芯片BISS0001，它的最大優點是性能穩定可靠，工作電壓為DC6～24V，感應距離為0.5～5米，當人體進入感應檢測范圍時輸出3v高電平，無人時0v低電平。由于熱釋電傳感器檢測距離近，所以外加雷達傳感器擴大檢測范圍，雷達傳感器，感應距離遠，可靠性強。工作電壓范圍寬，是一款專門檢測物體移動的微波感應模塊，配合人體熱釋電傳感器來檢測有無人員走近太陽能路燈控制器，最高檢測范圍可以達到9米，從而控制路燈的亮與滅，實現路燈控制照明。人體感應模塊電路接口如圖5所示。

圖5 人體感應模塊電路

■2.5 驅動電路

本項目的終端設備LED燈發光需要一定的條件，工作電流必須滿足合適的數值范圍，工作電流既不能過大，也不能過小，如果電流太大會燒壞LED 燈，如果太小發光效率降低，達不到照亮的目的，必須對LED工作電流進行限制，同時考慮LED的驅動電壓，因此采用SIS302場效應管，來驅動LED燈是否發光。

圖6 驅動電路

■2.6 太陽能路燈太陽能板選擇

太陽能電池是利用光伏效應將太陽能直接轉換為電能的設備。 太陽能電池板主要包括單晶硅和多晶硅。 單晶硅太陽能的光電轉換效率高達24%，在所有太陽能電池中最高。 它使用壽命長，但是生產成本高。 雖然單晶硅的價格高昂，本項目中仍然單晶硅太陽能電池板， 單塊太陽能電池板的額定電壓5V，額定電流200mA,額定功率為1000W， 兩個太陽能電池板串聯連接，以使其工作功率更大，并使它們更快地充滿電。

■2.7 音頻信號處理電路

當有人在夜間接近太陽能路燈時，控制器收集聲音信號。這里使用。由于駐極體話筒結構簡單、體積小、性價比高、聲電性能好等優點，因此我們選擇駐極體傳聲器作為聲信號采集的傳感器。

當沒有聲音時，只輸出低電壓信號。當有聲音時，它會輸出一個被集成運放放大的電壓值。音頻信號處理電路通過駐極體話筒將語音信號轉換為微弱的mv電信號。電信號經過由集成運放358構成的兩級放大電路，然后被放大成伏特的電壓信號。該電壓信號送給單片機控制器與參考電壓進行比較，得到觸發照明的電壓閾值。當信號電壓高于閾值時，確定環境音量達到預設水平以觸發照明。音頻信號處理電路如圖7所示。

圖7 音頻信號處理電路

3 軟件設計

控控制流軟件的流程圖如圖所示。當按下電源開關時，系統首先初始化程序。在初始化程序中，主要對單片機的定時器、中斷進行初始化，然后通過太陽能電池光敏板檢測是否為夜間。如果檢測結果不是夜間，則在控制器的監控下開始對電池充電；如果結果是晚上，使 LED 燈發光照明。

圖8 軟件流程圖

4 結束語

控制器是太陽能路燈系統的重要組成部分。其性能直接影響系統的可靠性。本文利用STC單片機等芯片及外圍電路設計了一種太陽能路燈控制器，經過硬件測試，軟件編程控制，系統運行良好，能夠滿足小區照明需求，達到設計要求！是一款可以推廣的產品。