太陽能路燈電路包括光伏電池、蓄電池、路燈和控制器四部分。設(shè)計(jì)中采用AT89S52單片機(jī)，并將其作為智能核心模塊。外圍電路主要包括太陽能電池電壓采樣模塊、蓄電池電壓采樣模塊、鍵盤電路模塊、LED顯示模塊、充放電控制模塊等。

1描述TPS61165的工作輸入電源電壓介于3V～18V之間，可提供高達(dá)38V的輸出電壓。該器件具有額定40V集成型開關(guān)FET，可驅(qū)動(dòng)多達(dá)10個(gè)串聯(lián)LED。其可在1.2MHz固定開關(guān)頻率下工作，不僅能夠顯著降低輸出紋波、提升轉(zhuǎn)換效率，而且還允許使用小型外部組件。在默認(rèn)情況下，白光LED(WLED)的電流由外部感測電阻RSET設(shè)定，反饋電壓穩(wěn)定在200mV。

無論采用數(shù)字還是PWM調(diào)光方法，TPS61165在輸出電容上的輸出紋波均非常小，而且不會(huì)產(chǎn)生普通開啟/關(guān)閉控制調(diào)光所產(chǎn)生的音頻噪聲。為了在開路LED條件下提供保護(hù)，TPS61165可禁用開關(guān)，以防止輸出超過最大絕對額定值。PMP3598將TPS61165用于非同步升壓設(shè)計(jì)。在運(yùn)算放大器周圍構(gòu)建的額外電路不僅能實(shí)現(xiàn)電池欠壓/充電指示功能，而且還能在太陽能板和電池輸入之間提供ORing功能。此外，該電路還集成了必備的過熱與過流保護(hù)功能，并具備負(fù)載斷連特性。

該設(shè)計(jì)的重要優(yōu)勢在于擁有極高的效率和良好的LED穩(wěn)流性能。TPS61165可在能夠穩(wěn)定LED電流的恒流模式下工作。CTRL引腳可同時(shí)用于數(shù)字與PWM調(diào)光的控制輸入。每次啟用器件時(shí)即可選擇TPS61165的調(diào)光模式。通過改變反饋參考電壓也可實(shí)施模擬調(diào)光?？墒褂?0k歐的可變電阻來改變LED電流，以達(dá)到調(diào)光的目的。轉(zhuǎn)換器可在350mA條件下將電壓從6V提升至10.5V，轉(zhuǎn)換效率不低于85%。該電路可用于驅(qū)動(dòng)三個(gè)1W的LED或輸入總功率不超過3W的多個(gè)50mA的LED。

2硬件電路設(shè)計(jì)

選擇DS1302計(jì)時(shí)器、AT24C02存儲(chǔ)器、4位數(shù)碼顯示器、過充過放電路、STC12C2051單片機(jī)等組成智能控制系統(tǒng)。根據(jù)各部分電路的功能不同，整體電路可分為以下幾個(gè)部分：太陽能電池板組件、過充過放電路、STC12C2051單片機(jī)、蓄電池、時(shí)控光控電路、照明負(fù)載和時(shí)間顯示電路。

電源電路設(shè)計(jì)

電源電路如下圖所示。系統(tǒng)由太陽能電池板供電，24V蓄電池電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生5V電壓，作為控制器的主電源。電容C2作為高頻旁路電容，將高頻信號旁路到地。同樣電容C1為濾波電容。

方案選擇

采用時(shí)鐘控器型的路燈控制器，要預(yù)先設(shè)定開關(guān)時(shí)間，使路燈按時(shí)亮燈、準(zhǔn)時(shí)熄燈，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)開關(guān)預(yù)先設(shè)定的開關(guān)時(shí)間不受外界干擾，除本身故障外不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。缺點(diǎn)是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動(dòng)變換開關(guān)時(shí)間，需人工調(diào)整開關(guān)時(shí)間，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于節(jié)能。定時(shí)開關(guān)又分為機(jī)械鐘表型和電子鐘表型，機(jī)械鐘表型以石英鐘為主，走時(shí)精準(zhǔn)，但是由于機(jī)芯內(nèi)使用塑料齒輪在高溫下會(huì)變形，從而導(dǎo)致停機(jī)現(xiàn)象。

電子鐘表型定時(shí)開關(guān)使用的也較多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成塊為中心的電子鐘電路。下圖為與單片機(jī)的連接圖，其中VCC1為主電源，VCC2為后備電源。在一般情況下，SCL、I/O、RST與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)1302的讀寫控制。

存儲(chǔ)器AT2402的1，2，3腳為空腳，4腳為接地端，5腳為數(shù)據(jù)端，6腳為時(shí)鐘端，7腳為寫保護(hù)端口，8腳為電源。

AT24C02在設(shè)計(jì)中的作用是掉電存儲(chǔ)器，是為防止電源突然斷開時(shí)，用戶信息不會(huì)丟失，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)定的信息。AT24C02是Atmel公司的2kB的電可擦除存儲(chǔ)芯片，由于AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線SCL(移位脈沖)和SDA(數(shù)據(jù)/地址)與單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)。電壓最低可達(dá)2.5V，額定電流為1mA，靜態(tài)電流10μA(5.5V)，芯片內(nèi)的資料可在斷電的情況下保存相當(dāng)長的時(shí)間，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。其與單片機(jī)的連接如下圖所示。

太陽能路燈與普通路燈控制電路功能基本相同，均是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈以及對蓄電池的充電管理。國內(nèi)外常用的控制器有單獨(dú)的光控制型、時(shí)鐘控器型、經(jīng)緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

3太陽能路燈控制器設(shè)計(jì)

路燈控制系統(tǒng)工作原理：白天光伏電池向蓄電池充電，晚上蓄電池提供電力供路燈照明。所以蓄電池將構(gòu)成一個(gè)充放電循環(huán)。太陽能路燈照明控制電路包括光伏電池、蓄電池、路燈和控制器四部分。設(shè)計(jì)中采用AT89S52單片機(jī)，并將其作為智能核心模塊。外圍電路主要包括太陽能電池電壓采樣模塊、蓄電池電壓采樣模塊、鍵盤電路模塊、LED顯示模塊、充放電控制模塊等。下圖是太陽能路燈控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

單片機(jī)智能控制模塊

太陽能路燈控制器選擇ATMEL公司的8位單片機(jī)AT89S52為核心的智能控制模塊，在整體上具有低功耗、性能高的特點(diǎn)。

單片機(jī)振蕩電路

單片機(jī)振蕩電路如下圖所示。

復(fù)位電路

復(fù)位電路如下圖所示，電路結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠。

電源電路模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)正常工作電壓為5V，系統(tǒng)采用12V/24V的鉛酸蓄電池供電，蓄電池電壓不穩(wěn)定，所以需要對電源進(jìn)行穩(wěn)壓。本系統(tǒng)采用LM7805三端穩(wěn)壓器，其輸入電壓在5～24V時(shí)均可以保證輸出為穩(wěn)定的+5V。LM7805組成穩(wěn)壓電源只需要很少的外圍元件，使用起來非常方便，工作穩(wěn)定可靠J。系統(tǒng)電源電路如下圖所示。

采樣模塊設(shè)計(jì)

太陽能電池采樣和蓄電池采樣對于系統(tǒng)正常運(yùn)行起著非常重要的作用。太陽能路燈控制器要對蓄電池充放電進(jìn)行合理控制，即需對蓄電池、太陽能電池板電壓進(jìn)行采樣。為此，AT89S52單片機(jī)就要外接A/D轉(zhuǎn)換模塊，把電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，系統(tǒng)選用v/F轉(zhuǎn)換芯片LM331組成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。在系統(tǒng)采樣設(shè)計(jì)中，為了防止因?yàn)橥獠恳蛩貙?dǎo)致AT89S52程序跑飛或死機(jī)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在LM331與單片機(jī)之間還需增加單通道的高速光電隔離器6n137J。下圖為太陽能電池板采樣電路圖。系統(tǒng)蓄電池采樣和太陽能電池板采樣電路相同。

4下圖所示太陽能燈電路是一種低損耗電路，使用一只7W四引腳CFL(小型熒光燈)和一塊12V、7-Ahr密封免維護(hù)電池。逆變器的效率大于85%，靜態(tài)電流小于2mA。它有一個(gè)帶電池過放電保護(hù)功能和過充電保護(hù)功能的并聯(lián)充電控制器。低靜態(tài)電流、過放電保護(hù)功能和過充電保護(hù)功能三者確保電池使用壽命很長。逆變器的預(yù)熱功能可以避免CFL兩端變黑，從而延長其使用壽命。這一電路可在農(nóng)村地區(qū)用作一種可靠小巧的便攜式光源，在城市用作應(yīng)急燈系統(tǒng)。并聯(lián)充電控制器電路包括IC1(低電流2.5V電壓基準(zhǔn)源LM385)和IC2(LM324比較器)。配有電阻R1 ~ R8和三極管Q1的IC2A可防止電池過放電。

這種太陽能供電的電燈驅(qū)動(dòng)器可用作應(yīng)急燈系統(tǒng)。

當(dāng)電池電壓低于10.8V時(shí)，該電路切斷負(fù)載(逆變器和燈管)，從而防止電池過放電。在無負(fù)載狀況下，電池放電后的電壓約為12.2V，因此，為防止出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，電路提供的過放電復(fù)位電壓為12.3V。紅發(fā)光二極管LED1指示低電壓狀態(tài)。配有電阻R9 ~ R14和三極管Q2的IC2B可防止電池過充電。當(dāng)電池電壓超過14.8V時(shí)，Q2導(dǎo)通，并使太陽能電池陣列旁流，從而防止電池過充電。當(dāng)電池電壓低于12.5V時(shí)，Q2截止，太陽能板電池陣列對電池進(jìn)行充電。D2為一支反向阻隔二極管。它能防電池在太陽能電池不產(chǎn)生電能時(shí)對太陽能電池放電。黃發(fā)光二極管LED2指示電池充滿電。綠發(fā)光二極管LED3與IC2c和電阻R15 ~ R20一起，提供充電指示。

審核編輯：湯梓紅