韓欽 商永尚

摘 要：隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)一次能源的消耗越來(lái)越多，因?yàn)橐淮文茉吹挠邢扌?，所以我們急需尋找新型能源代替一次能源。而太?yáng)能和風(fēng)能相對(duì)于一次能源來(lái)說(shuō)是取之不盡、用之不竭的綠色能源。在這樣的情況下，設(shè)計(jì)出了一種基于51單片機(jī)的太陽(yáng)能風(fēng)能互補(bǔ)路燈控制器。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；太陽(yáng)能風(fēng)能互補(bǔ)；路燈

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究對(duì)于緩解能源危機(jī)減少環(huán)境污染和溫室效應(yīng)具有重要的意義。在實(shí)際的生產(chǎn)和應(yīng)用中，它是以太陽(yáng)能作為電能供給，把白天儲(chǔ)蓄的電能用來(lái)提供夜間道路照明。因?yàn)椴恍枰碾娋W(wǎng)電能、不需要架設(shè)輸電線路或挖 溝鋪設(shè)電纜，不污染環(huán)境、安全可靠，因而在公共照明及亮化裝飾領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1]。

風(fēng)能是一種無(wú)污染、可再生的綠色能源，并且風(fēng)能設(shè)施日趨進(jìn)步，大量生產(chǎn)可降低成本，在適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，鋒利的發(fā)電成本已低于其發(fā)電機(jī)的成本。風(fēng)能設(shè)施多為立體化設(shè)施，可保護(hù)陸地和生態(tài)。

1.總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由單片機(jī)電路、電源電路、風(fēng)機(jī)發(fā)電電路、太陽(yáng)能電池板電路、鋰電池充電保護(hù)電路、升壓電路、穩(wěn)壓電路、光敏電阻電路、等設(shè)計(jì)而成。

1、采用風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能電池板給鋰電池充電，具有充電保護(hù)電路和穩(wěn)壓電路。

2、鋰電池升壓到5V給單片機(jī)和附屬電路供電。

3、路燈用4個(gè)高亮LED燈模擬。

4、路燈控制分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式，自動(dòng)模式下通過(guò)光敏電阻根據(jù)光照強(qiáng)度自動(dòng)控制燈的開(kāi)和關(guān)，手動(dòng)模式下可以自由的開(kāi)燈或者關(guān)燈。系統(tǒng)具體框圖如圖1所示。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

2.1主控制器電路設(shè)計(jì)

主控制器選用的單片機(jī)型號(hào)為 STC89C52。STC89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。該單片機(jī)功耗低、接口豐富，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，適合作為路燈的主控制器。

2.2二擋撥動(dòng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

撥動(dòng)開(kāi)關(guān)是通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)柄使電路接通或斷開(kāi)，從而達(dá)到切換電路的目的的。，它一般用于低壓電路，具有滑塊動(dòng)作靈活、性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。通過(guò)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的切換，電阻為上拉電阻。當(dāng)二檔撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥下去時(shí)，單片機(jī)控制引腳為低電平。當(dāng)二檔撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥上去時(shí)，單片機(jī)控制引腳為高電平。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的完美切換。

2.3GMDZ光敏電阻傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，阻值就愈低，隨著光照強(qiáng)度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。光敏電阻對(duì)光線十分敏感，其在無(wú)光照時(shí)，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達(dá)1.5MΩ[2]。

2.4太陽(yáng)能發(fā)電路設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能電池板是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，將太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，大部分太陽(yáng)能電池板的主要材料為“硅”，但因制作成本較大，以至于它普遍地使用還有一定的局限。

本設(shè)計(jì)中選擇9V多晶硅太陽(yáng)能電池板作為發(fā)電元件，太陽(yáng)能發(fā)電后經(jīng)過(guò)L7805CV芯片穩(wěn)壓后，將發(fā)電后的電壓穩(wěn)在5V，然后，在經(jīng)過(guò)TP4056模塊給鋰電池進(jìn)行充放電，同時(shí)因?yàn)殇囯姵氐碾妷簽?.7V-4.2V，而本設(shè)計(jì)的單片機(jī)等電路均為5V供電，所以用升壓模塊將3.7V的電壓升到5V來(lái)給設(shè)備供電。本系統(tǒng)選擇的太陽(yáng)能電池板為多晶硅9V220ma，玻璃層壓太陽(yáng)能電池板 9V2W。

2.5 風(fēng)能發(fā)電路設(shè)計(jì)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理是風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，它把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)輪軸的機(jī)械能，發(fā)電機(jī)在風(fēng)輪軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)發(fā)電[3]。

本設(shè)計(jì)選擇5V微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)模塊作為發(fā)電元件，風(fēng)機(jī)發(fā)電后經(jīng)過(guò)L7805CV芯片穩(wěn)壓后，將發(fā)電后的電壓穩(wěn)在5V，然后，在經(jīng)過(guò)TP4056模塊給鋰電池進(jìn)行充放電，同時(shí)因?yàn)殇囯姵氐碾妷簽?.7V-4.2V，所以使用升壓模塊將3.7V的電壓升到5V來(lái)達(dá)到設(shè)備供電要求。

2.6 TP4056鋰電池充電模塊電路設(shè)計(jì)

TP4056是一款完整的單節(jié)鋰離子電池采用恒定電流/恒定電壓線性充電器，TP4056 可以適合USB電源和適配器電源工作。充電電壓固定于 4.2V，而充電電流可通過(guò)一個(gè)電阻器進(jìn)行外部設(shè)置。當(dāng)充電電流在達(dá)到最終浮充電壓之后降至設(shè)定值 1/10 時(shí)，TP4056 將自動(dòng)終止充電循環(huán)。當(dāng)輸入電壓（交流適配器或 USB 電源）被拿掉時(shí)，TP4056 自動(dòng)進(jìn)入一個(gè)低電流狀態(tài)，將電池漏電流降至 2uA 以下。

2.7 USB-5V升壓模塊電路設(shè)計(jì)

USB-5V升壓模塊為DC-DC升壓模塊（0.9V～5V）升5V 600MA模塊，本設(shè)計(jì)選擇DC-DC升壓模塊實(shí)現(xiàn)3.7V鋰電池的升壓到5V的電壓轉(zhuǎn)換。

3.軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)在Keil環(huán)境中采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能風(fēng)能風(fēng)光互補(bǔ)的路燈控制程序。C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相比，在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性和可維護(hù)性等方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用[4]。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用Keil uVision4軟件編寫與調(diào)試程序，程序語(yǔ)言采取易讀性和移植性更高的C語(yǔ)言編寫。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

結(jié)束語(yǔ) 本文根據(jù)太陽(yáng)能風(fēng)能互補(bǔ)路燈控制器的設(shè)計(jì)要求，制定了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，并按照此方案逐步完成了系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的核心為 STC89C52單片機(jī)，外圍電路包括電源電路、單片機(jī)電路、電源電路、風(fēng)機(jī)發(fā)電電路、太陽(yáng)能電池板電路、升壓電路、穩(wěn)壓電路、光敏電阻電路等模塊電路。這些模塊電路在51單片機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電供給路燈使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王長(zhǎng)貴，王斯成.太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]王彥華，劉希璐.光敏電阻器原理及檢測(cè)方法[M].河南：商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2012.

[3]邢運(yùn)民，陶永紅.《現(xiàn)代能源與發(fā)電技術(shù)》[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[4]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第四版）[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2012.