太陽能led路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)控制器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著太陽能照明技術(shù)的發(fā)展，近幾年太陽能路燈行業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模不斷擴(kuò)大，并且隨著新型節(jié)能LED燈具的出現(xiàn)，太陽能LED路燈以其節(jié)能性好的優(yōu)勢得到了廣泛的推廣。本文介紹了脈沖寬度調(diào)制技術(shù)PWM控制LED暗亮的原理，設(shè)計了一種基于MSP430F149單片機(jī)的太陽能LED路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)的控制器。整個控制器包括硬件電路的設(shè)計和軟件電

2、路的設(shè)計，硬件部分給出了控制器硬件電路原理圖，設(shè)計了LED恒流驅(qū)動電路、單片機(jī)控制電路、傳感檢測電路和鍵盤顯示電路。軟件部分給出了亮度自適應(yīng)節(jié)能控制算法流程圖和C語言源程序，該算法可根據(jù)時段、環(huán)境亮度和人員活動情況改變PWM信號的占空比，自動調(diào)節(jié)LED的亮度，充分利用LED的可控性，實現(xiàn)最佳照度控制，達(dá)到節(jié)能目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LED恒流驅(qū)動；MSP430單片機(jī)； LED照明；PWM控制；亮度自適

3、應(yīng)節(jié)能控制。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of solar lighting technology, in recent years the solar street lamp industry is developing rapidly, continues to expand

4、the scale, and with the new energy-saving LED lamp, solar LED street lamps have been widely promoted for its good energy saving advantage. This paper introduces the principle of pulse width modulation technology of PWM c

5、ontrol LED dark bright, design a controller of MSP430F149 solar LED street lighting energy-saving control system based on. The controller i</p><p>　　Keywords: LED constant current drive; MSP430 microcontroll

6、er; LED lighting; PWM control; adaptive energy-saving control brightness.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義3</p><p

7、>　　1.1.1 課題的背景3</p><p>　　1.1.2 課題的意義3</p><p>　　1.2 課題相關(guān)技術(shù)概述3</p><p>　　1.2.1 太陽能LED路燈的優(yōu)勢3</p><p>　　1.2.2 太陽能LED路燈的發(fā)展現(xiàn)狀和前景3</p><p>　　1.2.3 太陽能LED路燈控

8、制器綜述3</p><p>　　1.2.4 太陽能LED路燈驅(qū)動器概述[3]3</p><p>　　1.3 本課題研究內(nèi)容和論文組織結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.3.1 研究內(nèi)容3</p><p>　　1.3.2 論文的組織結(jié)構(gòu)：3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計3</p>&l

9、t;p>　　2.1 總體方案設(shè)計[4]3</p><p>　　2.2 PWM調(diào)光技術(shù)3</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計3</p><p>　　3.1 MSP430F149單片機(jī)簡介3</p><p>　　3.1.1 MSP430F149單片機(jī)特點3</p><p>　　3.1.2 MSP430

10、F149單片機(jī)引腳簡介3</p><p>　　3.2 單片機(jī)電路3</p><p>　　3.2.1 復(fù)位電路3</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)時鐘電路設(shè)計3</p><p>　　3.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)電壓電路3</p><p>　　3.2.4 MSP430單片機(jī)電路設(shè)計3</p&g

11、t;<p>　　3.3 LED恒流驅(qū)動電路3</p><p>　　3.3.1 HV9910B引腳簡介及功能特性3</p><p>　　3.3.2 驅(qū)動電路參數(shù)計算[12]3</p><p>　　3.4 傳感檢測電路3</p><p>　　3.4.1 熱釋電紅外探測電路[14]3</p><p>

12、;　　3.4.2 光電傳感電路3</p><p>　　3.5 實時時鐘電路3</p><p>　　3.6 鍵盤及顯示電路設(shè)計3</p><p>　　3.6.1 顯示電路設(shè)計3</p><p>　　3.6.2 鍵盤電路設(shè)計3</p><p>　　3.7 電源電路3</p><p>　　

13、3.8 系統(tǒng)整體原理圖[15]3</p><p>　　4 軟件電路設(shè)計3</p><p>　　4.1 IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境[9]3</p><p>　　4.2 軟件總體設(shè)計[16]3</p><p>　　4.2.1 LED亮度控制3</p><p>　　4.2.2 亮度自適應(yīng)

14、節(jié)能控制算法[17]3</p><p>　　4.3 系統(tǒng)各部分軟件設(shè)計3</p><p>　　4.3.1 熱釋電紅外檢測3</p><p>　　4.3.2 環(huán)境光檢測3</p><p>　　4.3.3 實時時鐘控制3</p><p><b>　　5 結(jié)論與展望3</b></p&g

15、t;<p>　　5.1 課題結(jié)論3</p><p>　　5.2 課題的前景展望3</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)3</b></p><p><b>　　致謝3</b></p><p><b>　　附錄一3</b></p><p&

16、gt;<b>　　附錄二3</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義</p><p>　　1.1.1 課題的背景</p><p>　　隨著太陽電池轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用越來越廣泛，在照明領(lǐng)域，太陽能路燈作為光伏

17、發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)的主要應(yīng)用模式，被越來越多的人認(rèn)識并接受?？缛?1世紀(jì)后，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，如何能在能源有限和環(huán)境保護(hù)的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球的熱點問題。而能源問題更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更嚴(yán)重的是化石能源的開發(fā)利用更加劇了環(huán)境的惡化。</p><p>　　在國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動下，太陽能產(chǎn)業(yè)從無到有、從小到大發(fā)展起來。國內(nèi)各大研究單位都對太陽能路燈作了詳盡的研究，

18、特別是近幾年來，已經(jīng)初步形成在“產(chǎn)業(yè)上規(guī)模、技術(shù)上水平、產(chǎn)品上檔次和市場要規(guī)范”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路引導(dǎo)下，太陽能產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，如太陽能熱水器、太陽能光伏電池技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。</p><p>　　近年來，隨著我國城市建設(shè)的不斷擴(kuò)大和建設(shè)水平的不斷提高，我國城市的路燈總數(shù)以每年約20%的平均速度遞增，全國數(shù)千萬盞路燈的節(jié)點問題已引起政府部門的關(guān)注。在能源日趨緊張、電力供應(yīng)持續(xù)緊張的今天，抵消、高耗的

19、傳統(tǒng)城市照明已成為節(jié)能降耗的重要領(lǐng)域。為此，建設(shè)部和發(fā)改委明確提出城市道路照明要向“高效、節(jié)能、環(huán)保、健康”的“綠色照明”方向發(fā)展。隨著太陽能發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，太陽能路燈以環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢成為城市道路照明行業(yè)的新寵，市場潛力巨大，我國太陽能路燈首先在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)使用。</p><p>　　上海市于2005年在崇明島建成風(fēng)光互補(bǔ)道路照明工程。在我國西部，非主干道太陽能路燈、太陽能庭院燈建成規(guī)模，太陽能資源相對豐富

20、的青海省自2006年以來已在西寧等地安裝太陽能路燈超過200套；在北京奧運會主要場館及其相關(guān)場所，太陽能路燈得到普遍應(yīng)用。</p><p>　　太陽能是可再生資源和新能源的重要組成部分。太陽能有取之不盡、用之不竭、不會污染環(huán)境和破壞生態(tài)平衡等特點。太陽光線照射地球40分鐘產(chǎn)生的能量夠全球一年的總能源消耗。新能源技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為21世紀(jì)各國都重點研究的熱點問題。即使有經(jīng)濟(jì)危機(jī)的壓力，各國仍然投入大量的人力物力研究新

21、能源技術(shù)。在各種新能源技術(shù)的研究和應(yīng)用中，太陽能光伏技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)在世界發(fā)達(dá)國家和我國都得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。</p><p>　　我國提出了可再生能源的中長期計劃，預(yù)期到2020年裝機(jī)總量達(dá)到2000萬千瓦。全球40％以上的太陽能電池板是中國生產(chǎn)，但是2009年我國太陽能發(fā)電設(shè)施的實際部署僅占全球的5％。由此看出我國的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與國外。由于太陽能發(fā)電在現(xiàn)階段仍然是計劃經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，

22、并沒有發(fā)展成為市場經(jīng)濟(jì)，目前還是一個虧本產(chǎn)業(yè)。中國的政府現(xiàn)在并沒有投入大量的財力來為太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)買單。</p><p>　　我國照明用電量中的很大一部分用于戶外照明，由此可見太陽能LED路燈在我國有著廣闊的發(fā)展前景。據(jù)統(tǒng)計中國在2009年已經(jīng)安裝的路燈大約有2億盞。每盞燈平均每天消耗2度電，一盞燈一年消耗730度電，2億盞路燈一年消耗的能源相當(dāng)于三峽發(fā)電站兩年的發(fā)電總量。而且隨著城市化建設(shè)的加快，路燈的總量每年

23、還在劇增。目前幾乎所有路燈用的照明光源均為高壓鈉燈，隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其優(yōu)勢會不斷顯現(xiàn)，勢必取代高壓鈉燈成為一種新型的照明光源。</p><p>　　由于LED光源有巨大市場潛力，科技部提出了LED路燈的“十城萬盞"計劃?，F(xiàn)在LED路燈發(fā)展勢頭相當(dāng)強(qiáng)勁。據(jù)保守估計，十城萬盞計劃的總數(shù)將會超過200萬盞。由此可見太陽能LED路燈在我國是一個舉足輕重的大市場。</p><p

24、>　　1.1.2 課題的意義</p><p>　　我國土地遼闊，資源富饒，總面積有960萬平方公里。占世界陸地總面積的7％。在我國廣闊富饒的土地上，太陽能資源十分豐富。我國和同緯度的其它國家相比，除了四川盆地和其周圍的地區(qū)外，絕大部分地區(qū)的太陽能資源非常豐富。我們要利用先天的優(yōu)勢，充分利用起太陽能，解決好人民生活生產(chǎn)所需的能源問題，發(fā)展好我國的太陽能相關(guān)產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　近

25、幾年太陽能照明技術(shù)快速發(fā)展，太陽能路燈行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，隨著LED節(jié)能燈具的出現(xiàn)，利用LED作為照明燈具的太陽能LED路燈得到了大幅推廣。太陽能燈具的照明需求逐漸往干道路燈發(fā)展，這樣對燈具照明功率、控制器及驅(qū)動器的要求會有所提高。</p><p>　　我國在太陽能電池技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模、LED光源技術(shù)的發(fā)展等方面的產(chǎn)業(yè)規(guī)模在逐漸擴(kuò)大，已經(jīng)在世界上占有一席之地了，但是太陽能路燈控制器作為太陽能路燈系統(tǒng)中的核心部件

26、之一，其研究還有待深入。市場上的太陽能控制器大多屬于簡易型，僅有基本的充放電控制功能，沒有考慮到如何使太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換率最大，提高蓄電池的能量轉(zhuǎn)換效率和延長使用壽命等問題。本課題的控制器在完成基本的充放電控制的基礎(chǔ)上設(shè)計了合理的充放電控制算法來實現(xiàn)能量的充分利用和蓄電池的充分保護(hù)。</p><p>　　另一核心部件LED燈驅(qū)動電源，一般沒有根據(jù)路燈的組合形式具體分析設(shè)計。由于不同廠商生產(chǎn)的的白光LED的正向壓

27、降可能相差數(shù)百毫伏，因此直接影響了白光LED實際消耗的功率在驅(qū)動器的輸出總功率中的比例。本系統(tǒng)的驅(qū)動器是在LED路燈先串后并的組合形式以及具體的正向?qū)妷汉皖~定功率的基礎(chǔ)上設(shè)計的。</p><p>　　本套太陽能LED路燈控制系統(tǒng)，用合理的充放電算法控制太陽能路燈正常的充放電功能，完成充電階段自動轉(zhuǎn)換，LED亮度智能控制且完成對蓄電池的充分保護(hù)。驅(qū)動器和LED陣列能夠很好的匹配，使LED陣列發(fā)光質(zhì)量高且實現(xiàn)較高

28、的能量利用率。整套系統(tǒng)的成功設(shè)計無論在價格和性能方面均具有一定的市場競爭力。</p><p>　　1.2 課題相關(guān)技術(shù)概述</p><p>　　1.2.1 太陽能LED路燈的優(yōu)勢</p><p>　　太陽能LED路燈系統(tǒng)用太陽能電池供電，閥控式密封鉛酸蓄電池儲存電能，用高效節(jié)能的LED燈照明，用控制器控制智能充放電，配合LED燈驅(qū)動電源，具有穩(wěn)定性高、發(fā)光性能好、

29、能量利用率高、安裝方便、采用直流供電、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、實用燈優(yōu)勢，是未來戶外照明的發(fā)展趨勢。</p><p>　　LED照明燈工作電流是直流，并且在低電壓下工作[1]。太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，這點恰好與LED相匹配。若將兩者組合配以控制器和驅(qū)動器即可獲得很高的能量利用率、較高的安全性和可靠性的照明系統(tǒng)。因為兩者結(jié)合不需要將太陽能電池輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，因此整個照明系統(tǒng)的照明效率會大大提高。隨著LED燈相

30、關(guān)技術(shù)的不斷成熟，其使用壽命會不斷延長。在未來幾年里，若其價格繼續(xù)下降，則白光LED必將取代舊有燈具成為21世紀(jì)照明的新光源。</p><p>　　LED作為路燈的一種光源，它和傳統(tǒng)路燈光源相比較其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：</p><p>　　節(jié)能且光效高。按照LED技術(shù)的發(fā)展趨勢，LED的光效在未來五年里有達(dá)到150～2001m/W的可能，大大超過了現(xiàn)在所有光源的光效。另外，現(xiàn)在使用的熒光燈、汞

31、燈等照明光源中含有汞，對人體有害。而LED中不含此種物質(zhì)所以它是一種“清潔"的光源。</p><p>　　命長，節(jié)約成本。一般情況下LED光源的使用壽命可以達(dá)到十萬小時，在惡劣的自然條件下工作，壽命也至少可達(dá)到五萬小時。因此，在一些維護(hù)和更換設(shè)備困難的地方，使用太陽能LED路燈照明系統(tǒng)，可顯著降低安裝和使用的成本。</p><p>　　可以自動控制其功率?？赏ㄟ^控制器控制其夜間亮

32、燈的功率，提高節(jié)能性。LED燈可以實現(xiàn)完美調(diào)光功能，因此在本系統(tǒng)中將通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比來有效的調(diào)節(jié)其發(fā)光強(qiáng)度。</p><p>　　具有很好的顯色性。陽光的顯色系數(shù)為100，一般情況下顯色系數(shù)與100相差越小，顯色性越好，反之越差。高壓鈉燈顯色系數(shù)僅為23，而LED燈的顯色系數(shù)達(dá)到85以上，發(fā)出的是白光。由此可見大功率LED路燈顯色性明顯好與高壓鈉燈。</p><p>　　直流供電，提高

33、能量利用率。太陽能電池輸出的是直流電，路燈系統(tǒng)中LED的驅(qū)動也是用直流電源，這樣可以不用太陽能光伏系統(tǒng)中使用其他照明設(shè)備所需要的逆變器，既使系統(tǒng)有較高的能源利用率，又降低了成本，還可以改善系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　太陽能LED路燈系統(tǒng)白天將太陽能的能量存儲在蓄電池里，夜間通過蓄電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成LED路燈消耗的光能。不消耗常規(guī)能源，循環(huán)使用，不產(chǎn)生發(fā)電和運輸過程中的污染，非常清潔。另外安裝方便，不需要架

34、設(shè)輸電線路，也不需要鋪設(shè)電纜所需的通道。在這種背景下，太陽能路燈應(yīng)運而生，而且會不斷的發(fā)展，成為照明行業(yè)的趨勢。</p><p>　　1.2.2 太陽能LED路燈的發(fā)展現(xiàn)狀和前景</p><p>　　目前，太陽能路燈主要用在城市道路、公園、工業(yè)園區(qū)，旅游景點，也可以用于人口密度小，不易鋪設(shè)電纜但太陽能資源豐富的偏遠(yuǎn)地區(qū)人們的照明問題。</p><p>　　近年來，隨

35、著我國城市建設(shè)水平的不斷提高和環(huán)保低碳意識逐漸增強(qiáng)，城市路燈總量在逐年攀升，隨著光伏電源照明的不斷發(fā)展和優(yōu)勢的顯現(xiàn)，鄉(xiāng)村以及適合安裝太陽能路燈的一些地區(qū)也會慢慢普及。</p><p>　　因為太陽能LED路燈有如此廣闊的市場，所以更應(yīng)該做好太陽能LED路燈的控制和驅(qū)動，讓整個太陽能路燈系統(tǒng)更穩(wěn)定更長久的工作。</p><p>　　1.2.3 太陽能LED路燈控制器綜述</p>

36、<p>　　太陽能LED路燈系統(tǒng)由太陽能電池板、鉛酸蓄電池、LED燈、驅(qū)動電路和控制器等部分組成[2]?？刂破靼滋炜刂铺柲茈姵亟o蓄電池充電，夜晚蓄電池給負(fù)載放電。在充放電過程中控制系統(tǒng)實現(xiàn)過充保護(hù)，過放保護(hù)，完成充電各階段自動轉(zhuǎn)換，夜晚放電方式的自動轉(zhuǎn)換等功能。目前市場上已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)太陽能路燈控制器，但是這些控制器一般沒有充分考慮如何提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，蓄電池的能量轉(zhuǎn)換效率和延長使用壽命等問題。蓄電池的充電

37、方式以及根據(jù)蓄電池的荷電量來決定放電深度等問題都可以在很大程度上影響蓄電池的充電速度和循環(huán)使用的次數(shù)，因此控制器如何控制充放電的時間和方式便是影響蓄電池的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命的一個很重要的方面。</p><p>　　1.2.4 太陽能LED路燈驅(qū)動器概述[3]</p><p>　　LED驅(qū)動電源是系統(tǒng)重要的組成部分?？刂破鞯妮敵鲭妷汉蚅ED陣列不匹配，因此需要一個模塊來驅(qū)動LED陣列。常見的

38、有四種驅(qū)動方式，考慮控制器輸出電壓小于LED陣列的導(dǎo)通電壓，因此本系統(tǒng)中的驅(qū)動模塊為升壓方式。LED的使用壽命很大程度上受其發(fā)光穩(wěn)定性影響，在實際使用過程中，因驅(qū)動電源設(shè)計及選擇不當(dāng)導(dǎo)致LED發(fā)光穩(wěn)定性差，嚴(yán)重縮短了使用壽命。因此本系統(tǒng)在設(shè)計驅(qū)動電源時根據(jù)LED陣列的組合方式選擇恒流源來驅(qū)動，提高LED陣列的的照明可靠性和效率。</p><p>　　1.3 本課題研究內(nèi)容和論文組織結(jié)構(gòu)</p>&l

39、t;p>　　1.3.1 研究內(nèi)容</p><p>　　近年來，國家越來越重視環(huán)境保護(hù)，倡導(dǎo)低碳生活，堅持優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，重視能源的可持續(xù)發(fā)展。因此太陽能的開發(fā)和利用受到了極大的重視，太陽能光伏照明技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。由于這種市場和社會發(fā)展的需求，目前已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)太陽能路燈控制器，但是這些控制器一般只具有基本的充放電控制，沒有充分考慮到如何使太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換率最大，蓄電池的能量轉(zhuǎn)換效率最大和

40、蓄電池的使用壽命等問題。本課題從這些存在的問題著手研究，設(shè)計一種具有節(jié)能控制功能的太陽能路燈控制器：并根據(jù)LED燈的組合方式，設(shè)計一種與之匹配的驅(qū)動電源。使整個系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)定的功能和指標(biāo)，能夠穩(wěn)定長久高效地運行。</p><p>　　1.3.2 論文的組織結(jié)構(gòu)：</p><p>　　本論文分為五個章節(jié)，每章內(nèi)容分布如下：</p><p>　　第一章：緒論。主要

41、闡述本課題的研究背景和意義，以及論文的研究目標(biāo)和論文的組織結(jié)構(gòu)。</p><p>　　第二章：太陽能LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)整體設(shè)計。本章從太陽能路燈控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用出發(fā)，確定了太陽能路燈控制器需要實現(xiàn)的功能。</p><p>　　第三章：路燈控制系統(tǒng)控制器的硬件電路實現(xiàn)。本章設(shè)計了太陽能LED路燈系統(tǒng)控制器的硬件電路，并畫出原理圖。</p><p>　　第四章：路

42、燈控制系統(tǒng)控制器的軟件實現(xiàn)。在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，結(jié)合MSP430系列單片機(jī)的C語言編程特點編寫整個系統(tǒng)的程序。</p><p>　　第五章：總結(jié)與展望。分析了本次課題中的不足之處和以后的努力方向，展望下一階段的工作。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計[4]</p><p>　　太陽能LED路

43、燈利用太陽能電池的光生伏特效應(yīng)原理[5]，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過控制器儲存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時，蓄電池通過控制器向光源供電一直到設(shè)定的時間后切斷。做到白天有陽光就充電儲能，晚上光控和時控點亮發(fā)光負(fù)載，照明道路。</p><p>　　太陽能LED路燈照明節(jié)能控制系統(tǒng)總體框圖如圖2-1所示：</p><p>　　根據(jù)對設(shè)計題目的了解，該控制器以MS

44、P430單片機(jī)為控制中心，外圍電路主要由LED恒流驅(qū)動電路、環(huán)境光檢測、紅外檢測電路、蓄電池電壓、充放電控制電路、太陽能電池電壓檢測與分組切換電路、狀態(tài)顯示電路等構(gòu)成。其基本原理是，電壓檢測電路用于識別光照強(qiáng)度和獲取蓄電池端電壓，溫度檢測電路用于蓄電池充電溫度補(bǔ)償，環(huán)境光及紅外檢測電路用于檢測環(huán)境亮度及車輛人員情況。由電源模塊給單片機(jī)、驅(qū)動電路、傳感檢測電路等供電，單片機(jī)接受時間設(shè)定及外部檢測信號來控制LED驅(qū)動電路，從而控制LED燈的

45、亮度。</p><p>　　本設(shè)計完成白光LED路燈照明部分的控制[6]，該控制總圖如圖2-2所示：</p><p>　　該控制器以MSP430單片機(jī)為控制中心，外圍電路主要由LED驅(qū)動電路、光電傳感電路和熱釋電紅外檢測電路、時鐘電路、電源電路、鍵盤電路及顯示電路組成。其基本原理是：電源模塊給MSP430F149單片機(jī)和各個電路模塊供電，光電傳感電路和熱釋電紅外檢測電路用于檢測光照強(qiáng)度和車

46、輛人員活動情況，與時鐘電路一起控制LED驅(qū)動電路，從而控制LED燈的亮度及亮滅，鍵盤電路用于手動輸入控制參數(shù)，顯示電路顯示控制中需要顯示的參數(shù)。</p><p>　　2.2 PWM調(diào)光技術(shù)</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)[7]，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換及LED照明等許多領(lǐng)域中。通過以數(shù)字方式控制

47、模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實現(xiàn)變得更加容易了。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等。</p><p>　　PWM控制LED暗亮原理：對于控制LED燈由暗到亮或由亮到暗，采用的是脈寬PWM法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作PWM波形，通

48、過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。可以通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制放電電流的目的。</p><p>　　這次設(shè)計利用MSP430F149單片機(jī)產(chǎn)生占空比可變的矩形波，當(dāng)產(chǎn)生此矩形波的I/O口通過驅(qū)動電路再與LED燈相接后，由于輸出矩形波占空比不斷變化，那么一個周期內(nèi)有一部分時間LED導(dǎo)通，一部分時間截止，從整體來看有一個平均電流

49、，PWM信號頻率很高的，我們無法通過肉眼來觀察到每一個周期LED燈亮滅的變化過程，所以只好通過平均電流這樣一種方式來決定這個LED的亮的程度了。 隨著波形占空比不斷變化，LED燈也會由暗到亮再從亮到暗不斷變化</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1 MSP430F149單片機(jī)簡介</p><p>　

50、　本設(shè)計選用MSP430F149單片機(jī)[8]。MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器。該單片機(jī)將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上。由于其超低功耗、強(qiáng)大的處理能力、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、方便高效的開發(fā)環(huán)境得到廣大用戶的高度評價。該單片機(jī)引腳圖如圖3-1所示。</p><p

51、>　　圖3-1 MSP430F149單片機(jī)引腳圖</p><p>　　3.1.1 MSP430F149單片機(jī)特點</p><p>　　◆ 具有很低的供電電壓。單片機(jī)的供電電壓最低為1.8V，其供電電壓的范圍是：1.8V～3.6V。</p><p>　　◆ 超低的功耗。這是目前其他單片機(jī)沒有的特色。它在休眠條件下工作的電流只有0.8uA，就是在2.2V、1M

52、Hz條件下工作的電流只有280uA。</p><p>　　◆ 快速的喚醒時間。從休眠方式喚醒只需要6us的時間。</p><p>　　◆ 快速的指令執(zhí)行時間。它采用的是16位的RISC結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行時間只需要150ns的時間，是傳統(tǒng)單片機(jī)不能比擬的。</p><p>　　◆ 片內(nèi)有12位的A/D轉(zhuǎn)換器，并提供參考電壓。A/D轉(zhuǎn)換器具有采樣保持和自動掃描特點。

53、</p><p>　　◆ 16位的定時器Timer_B帶有7個捕獲/比較寄存器。</p><p>　　◆ 片內(nèi)提供溫度傳感器。</p><p>　　◆ 具有靈活的時鐘設(shè)置。主要有一下幾種方式：32kHz的晶體方式、高頻率晶體方式、諧振器方式和外部時鐘源方式。這樣可以根據(jù)功耗要求和速度要求進(jìn)行靈活的時鐘設(shè)置。</p><p>　　◆ 1

54、6位的定時器Timer_A帶有3個捕獲/比較寄存器。</p><p>　　◆ 片內(nèi)提供模擬信號比較器。</p><p>　　◆ 串口通信模塊：USART0、USART1。兩個串口都可以通過軟件設(shè)置成UART方式或者SPI方式，由于該系列單片機(jī)提供了兩個串口，因此能為用戶進(jìn)行多機(jī)通信設(shè)計提供了方便。</p><p>　　◆ 片內(nèi)提供較多的存儲器，MSP430F1

55、49提供的片內(nèi)FLASH為60KB，同時片內(nèi)還提供較多的RAM，以便進(jìn)行運算時處理。</p><p>　　◆ 提供較多的外圍接口，提供P1.0～P6.0共6個數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。在提供的外圍數(shù)據(jù)端口中，有兩個端口具有中斷功能，這樣能豐富硬件系統(tǒng)的中斷資源，也為實現(xiàn)多任務(wù)系統(tǒng)提供了方便。</p><p>　　◆ 代碼保護(hù)功能。單片機(jī)的安全熔絲功能可以對程序的代碼進(jìn)行保護(hù)

56、，從而可以對知識產(chǎn)權(quán)進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　◆ 具有JTAG仿真調(diào)試接口，這樣非常便于軟件的調(diào)試。</p><p>　　3.1.2 MSP430F149單片機(jī)引腳簡介</p><p>　　表1 MSP430F149單片機(jī)引腳功能表</p><p><b>　　3.2 單片機(jī)電路</b></p>&

57、lt;p>　　3.2.1 復(fù)位電路</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)在上電時進(jìn)行初始化，同時也為了保證對電源的監(jiān)視，需要采用復(fù)位芯片。本設(shè)計中選用MAX809STR復(fù)位芯片，具體復(fù)位電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　該復(fù)位電路非常簡單，只需要在電源管腳Vcc處加一個0.1μF的電容進(jìn)行濾波處

58、理，以減少干擾。管腳GND接地，管腳 接單片機(jī)的 /NMI引腳。</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)時鐘電路設(shè)計</p><p>　　時鐘是MSP430單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。MSP430單片機(jī)的時鐘設(shè)計上與其他的單片機(jī)有一定的區(qū)別：MSP430F

59、149單片機(jī)采用兩個時鐘輸入。XT2IN和XT2OUT引腳跨接石英振蕩器和微調(diào)電容，XIN和XOUT引腳跨接石英振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。高頻率的時鐘有利于程序更快的運行，也有可以實現(xiàn)更高的信號采樣率，從而實現(xiàn)更多的功能。但是在系統(tǒng)要求較高，而且功耗大，運行環(huán)境苛刻的情況下，考慮到單片機(jī)本身用在控制，并非高速信號采樣處理中，所以選取合適的頻率即可。</p><p>　　圖3-3 單片機(jī)時鐘電路</p

60、><p>　　合適頻率的晶振對于選頻信號強(qiáng)度準(zhǔn)確度都有好處，本次設(shè)計需要選取兩個時鐘輸入，一個選取8MHz無源晶振接入XT2IN和XT2OUT引腳，并聯(lián)2個56pF陶瓷電容幫助起振，另一個選取32.768kHz無源晶振直接接入XIN和XOUT引腳。時鐘產(chǎn)生電路如圖3-3所示。</p><p>　　3.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)電壓電路</p><p>　　TL431

61、是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。具體A/D轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)電壓電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)電壓電路</p><p>　　此電路輸入5V直流電源，通過TL431和外圍電阻向MSP430F149單片機(jī)提供3V A/D轉(zhuǎn)換器外部基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源，使單

62、片機(jī)穩(wěn)定工作。</p><p>　　相關(guān)電阻計算：已知Vo=3V</p><p>　　由Vo=（1+ ）×2.5 得 =0.2= 故R9取30k，R11取150k</p><p>　　輸出電流I= = =20mA</p><p>　　3.2.4 MSP430單片機(jī)電路設(shè)計</p><p>　

63、　由上可以知道，MSP430單片機(jī)的接口電路非常簡單[9]。由下圖可以看出，在單片機(jī)的時鐘設(shè)計上與其他的單片機(jī)有一定的區(qū)別：MSP430F149單片機(jī)采用兩個時鐘輸入，即一個32kHz的時鐘信號，另外一個8MHz的時鐘信號。該系統(tǒng)的時鐘部分都是采用晶體振蕩器實現(xiàn)的?？紤]到電源的輸入紋波對單片機(jī)的影響，在電源的管腳增加一個0.1μF的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入管腳處受到的干擾。另外，單片機(jī)還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾問題，

64、由于在該系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，在模擬電源輸入管腳增加一個濾波電容以減小干擾。通過TL431三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源向MSP430F149單片機(jī)提供3V A/D轉(zhuǎn)換器外部的基準(zhǔn)電壓。MAX809STR復(fù)位芯片給單片機(jī)提供復(fù)位信號。具體單片機(jī)電路如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 單片機(jī)電路</p><p>　　3.3 LED恒流驅(qū)動電路</p>

65、<p>　　3.3.1 HV9910B引腳簡介及功能特性</p><p>　　圖3-6 HV9910B引腳電路</p><p>　　表2 LED恒流驅(qū)動芯片HV9910B引腳功能表</p><p>　　HV9910B功能特性：</p><p>　　HV9910B是一個高效PWM LED驅(qū)動器控制集成電路[10]，它在輸入電壓從8V

66、到450V DC范圍內(nèi)能有效驅(qū)動高亮LED。該芯片能以高達(dá)300KHz的固定頻率驅(qū)動外部MOSFET，其頻率由外部電阻編程決定。為了保證亮度恒定并增強(qiáng)LED的可靠性，外部高亮LED串采用恒流方式控制[11]，而不是恒壓控制。其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍從幾毫安到超過1安培。HV9910B使用了一個高壓隔離連接工藝，能經(jīng)受高達(dá)450V的浪涌輸入電壓的沖擊。對一個LED串的輸出電流能被編程設(shè)定在零和它的最大值之間的任何值，它由輸入

67、到HV9910B的線性調(diào)光器的外部控制電壓所控制。另外，HV9910B也提供一個低頻的PWM調(diào)光功能，能接受一個外部達(dá)幾千赫茲的控制信號在0～100%的占空比下進(jìn)行調(diào)光。</p><p>　　3.3.2 驅(qū)動電路參數(shù)計算[12]</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，LED路燈功率為28W，照度達(dá)2000lm。本設(shè)計選用28個1W LED串并聯(lián)來實現(xiàn)，每個LED壓降約3.4V，電流350mA。

68、設(shè)計中選用兩片HV9910B驅(qū)動芯片，每個驅(qū)動芯片驅(qū)動兩路LED燈，每路7個串聯(lián)。</p><p><b>　　相關(guān)參數(shù)計算：</b></p><p>　　1、已知參數(shù)： =3.4×7=23.8V≈24V 700mA =12V</p><p>　　2、占空比：D= =0.67</p><p&g

69、t;　　3、MOSFET工作頻率設(shè)定： = </p><p>　　取100kHz 計算的 =228k</p><p>　　此電阻可以通過200k固定電阻和100k可調(diào)電阻組成， 取228k</p><p>　　4、電感選?。?= =6.7us</p><p>　　L= = =0.38mH</p><p>

70、;　　5、電流檢測電阻計算： = = =0.31Ω</p><p>　　可以通過兩個0.62Ω的電阻并聯(lián)得到0.31Ω的電阻。</p><p>　　其中，電流波紋為30% ,峰值電流為1.15 。</p><p>　　6、功率MOSFET選擇IRFD024，它的 為60V， 為2.5A， 為0.1Ω。</p><p>　　7、二極管選

71、擇超快速低損耗可控雪崩整流器BYV27-200，它所能承受的反向電壓為200V，正向電流為2A，反向恢復(fù)時間為25ns。</p><p>　　本設(shè)計中，驅(qū)動電路輸入電壓是12V，輸出電壓是24V，采用HV9910B升降壓斬波電路來實現(xiàn)[13]，兩片HV9910B分別驅(qū)動并聯(lián)的兩串LED燈，燈的亮度及亮滅通過PWMD引腳控制，MSP430F149單片機(jī)向驅(qū)動器提供PWM信號。兩路LED恒流驅(qū)動電路如圖3-7所示：&

72、lt;/p><p>　　圖3-7 LED恒流驅(qū)動電路</p><p>　　3.4 傳感檢測電路</p><p>　　本設(shè)計中傳感檢測電路包括熱釋電紅外探測和環(huán)境光電檢測電路。下面對這兩個電路做具體介紹。</p><p>　　3.4.1 熱釋電紅外探測電路[14]</p><p>　　LP0001 是一款具有較高性能的傳感信

73、號處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白炙燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。</p><p>　　1、LP0001芯片引腳簡介：</p><p>　　圖3-8 LP0001芯片引腳電路</p>

74、;<p>　　表3 傳感信號處理器LP0001引腳功能表</p><p>　　2、芯片功能敘述及極限參數(shù)（Vss=0）：</p><p>　　◆ CMOS 數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐罚?lt;/p><p>　　◆ 具有獨立的高輸入阻抗運算放大器；可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號與處理；</p><p>　　◆ 雙向鑒幅器，可有效抑制干擾

75、；</p><p>　　◆ 內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器；結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬；</p><p>　　◆ 內(nèi)置參考電壓；</p><p>　　◆ 工作電壓范圍 +3V～+5V；</p><p>　　◆ 用于多種傳感器和延時控制器；</p><p>　　◆ 電源電壓：-0.5V～6V；</

76、p><p>　　◆ 輸入電壓范圍：-0.5V～+6V（VDD=6V）；</p><p>　　◆ 各引出端最大電流：±10mA（VDD=5V）；</p><p>　　◆ 工作溫度：-10℃～+70℃；</p><p>　　◆ 存放溫度：-65℃～+150℃。</p><p>　　本設(shè)計選用SDA02-54型

77、號的熱釋電紅外傳感器，外罩NL-3型菲涅爾透鏡，熱釋電紅外探測電路如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 熱釋電紅外探測電路</p><p>　　紅外探測電路中，A引腳接地，芯片處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出延遲時間Tx由外部的R22和C29的大小調(diào)整，值為Tx≈26× ×R22×C29；觸發(fā)封鎖時間Ti由外部的R18和C28的大小調(diào)整，值為Ti≈40

78、×R18×C28。左側(cè)的小功率三極管9013控制整個探測電路的開通與關(guān)斷（如在下午5點到第二天早晨七點開通，其他時間點關(guān)斷，以保護(hù)芯片電路和節(jié)省電能）。VO口將LP0001芯片輸出信號輸出，將信號輸入到MSP430F149單片機(jī)P2.0引腳，提供目前人員及車輛信息，從而控制LED燈的亮度。</p><p>　　3.4.2 光電傳感電路</p><p>　　Po188是一

79、個光電集成傳感器，典型入射波長為λp=520nm，內(nèi)置雙敏感元接收器，可見光范圍內(nèi)高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化。適合電視機(jī)、LCD 背光、數(shù)碼產(chǎn)品、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備等諸多領(lǐng)域的節(jié)能控制、自動感光、自適應(yīng)控制。</p><p>　　1、Po188電氣特性及額定參數(shù)</p><p>　　◆暗電流小，低照度響應(yīng)，靈敏度高，電流隨光照度增強(qiáng)呈線性變化；</p><p&g

80、t;　　◆內(nèi)置雙敏感元，自動衰減近紅外，光譜響應(yīng)接近人眼函數(shù)曲線；</p><p>　　◆內(nèi)置微信號CMOS放大器、高精度電壓源和修正電路，輸出電流大，工作電壓范圍寬，溫度穩(wěn)定性好；</p><p>　　◆可選光學(xué)納米材料封裝，可見光透過，紫外線截止、近紅外相對衰減，增強(qiáng)了光學(xué)濾波效果；</p><p>　　◆符合歐盟RoHS指令,無鉛、無鎘；</p>

81、<p>　　◆工作電壓范圍：2.4-12V；</p><p>　　◆工作溫度范圍: -20 to +75；</p><p>　　◆存儲溫度: -40 to +120 ℃；</p><p>　　◆焊接溫度: 260℃。</p><p>　　2、Po188的光電參數(shù)</p><p>　　表4 光電集成傳感器Po

82、188光電參數(shù)</p><p><b>　　3、光電傳感電路</b></p><p>　　Po188光電集成傳感器在可見光范圍內(nèi)高度敏感，輸出電流隨照度呈線性變化，輸出電流范圍為0～4mA，通過750Ω的電阻接地，輸出電壓范圍為0～3V，電壓輸入給MSP430F149單片機(jī)，單片機(jī)通過輸入信號控制LED燈的亮度。光電傳感電路如圖3-10所示。</p>&

83、lt;p>　　圖3-10 光電傳感電路</p><p>　　3.5 實時時鐘電路</p><p>　　DS1302是美國Dallas公司推出的一款高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片。</p><p>　　1、DS1302時鐘芯片引腳簡介</p><p>　　圖3-11 DS1302芯片引腳圖</p><p>

84、　　由上圖可以看出，該芯片只有8個管腳，這樣使用起來很簡單，只需要簡單的外圍電路。下面對具體管腳進(jìn)行介紹。</p><p>　　表5 實時時鐘芯片DS1302引腳功能表</p><p><b>　　2、芯片功能介紹</b></p><p>　　◆ 時鐘計數(shù)功能，可以對秒、分鐘、小時、月、星期、年的計數(shù)。年計數(shù)可達(dá)到2100年，閏年可自行調(diào)整，

85、可選擇12小時制和24小時制，通過設(shè)置AM/PM來實現(xiàn)；</p><p>　　◆ 有31個字節(jié)RAM可以存放數(shù)據(jù)；</p><p>　　◆ 最少I/O引腳傳輸，通過三引腳控制；</p><p>　　◆ 管腳電壓：-0.5V～7.5V；</p><p>　　◆ 工作電壓：2～5.5V；</p><p>　　◆

86、低功耗，在2V電壓工作時，電流小于320nA；</p><p>　　◆ 讀寫時鐘寄存器或內(nèi)部RAM可以采用單字節(jié)模式和突發(fā)模式；</p><p>　　◆ 8-pin DIP封裝或8-pin SOIC封裝；</p><p>　　◆ 兼容TTL（5V）；</p><p>　　◆ 可選的工業(yè)級別，工作溫度-40～85攝氏度。</p&g

87、t;<p><b>　　3、實時時鐘電路</b></p><p>　　本設(shè)計選用DS1302時鐘芯片，有圖可知，該時鐘電路非常簡單，在X1和X2引腳跨接32.768Hz的石英振蕩器和6pF的微調(diào)電容，構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。Vcc1管腳為備用電源輸入，可以不使用，如果需要使用時，可以外接電池或者充電電容。DS1302在工作的時候，在Vcc2和Vcc1兩個管腳中，選擇電壓高的那個

88、管腳的電源作為工作電源。DS1302的CE、I/O和SCLK管腳主要與單片機(jī)的一般I/O口進(jìn)行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，從而使單片機(jī)能夠?qū)S1302進(jìn)行讀寫操作。為了減小干擾，芯片的電源輸入端加上相應(yīng)的電容進(jìn)行濾波處理。具體實時時鐘電路如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 實時時鐘電路</p><p>　　3.6 鍵盤及顯示電路設(shè)計</p><p>　　

89、3.6.1 顯示電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計采用顯示模塊LCD1602字符液晶顯示，1602液晶顯示模塊管腳及功能介紹如表6。</p><p>　　表6 LCD1602引腳功能表</p><p>　　液晶八位數(shù)據(jù)線分別由總線由高位到低位對應(yīng)連接到單片機(jī)的P2口，寄存器選擇腳RS、讀/寫操作R/W選擇、使能端E分別對應(yīng)連接單片機(jī)的P3.0、P3.1、P3.2，

90、VL接滑動變阻器的中性端，用以調(diào)節(jié)背光亮度，BLA經(jīng)1K電阻接電源，BLK接地，具體LCD液晶顯示電路如圖3-13 所示。</p><p>　　3-13 LCD液晶顯示電路</p><p>　　3.6.2 鍵盤電路設(shè)計</p><p>　　獨立式鍵盤的各個按鍵相互獨立，每個按鍵獨立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（單片機(jī)并行接口或其他芯片的并行接口）連接。獨立式鍵盤配置靈活，軟件

91、結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根接口線，在按鍵數(shù)量多時，接口線占用多。所以，獨立式按鍵常用于按鍵數(shù)量不多的場合。鍵盤電路如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 鍵盤電路</p><p>　　由于本設(shè)計中鍵盤按鍵數(shù)目較少，因此選用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤采用一鍵一線，各鍵相互獨立，每個按鍵各接一條I/O口線，通過檢測I/O輸入線的電平狀態(tài)，可以很容易地判斷哪個按鍵被按下。上拉電阻保

92、證按鍵釋放時，輸入檢測線上有穩(wěn)定的高電平。</p><p><b>　　3.7 電源電路</b></p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的供電質(zhì)量是整個太陽能路燈控制器穩(wěn)定可靠工作的保證，這就要求能夠提供穩(wěn)定的電源模塊。在該系統(tǒng)中，總電源是12V的太陽能蓄電池，由于白光LED驅(qū)動芯片HV9910的Vin管腳的最小電壓為8V，本系統(tǒng)中對該管腳的供電為12V，另外，MSP43

93、0系列單片機(jī)的工作電壓一般是1.8V～3.6V,本設(shè)計中取3.3V電壓給單片機(jī)供電，其他芯片器件工作電壓為+5V，所以本系統(tǒng)的電源電路必須提供12V、5V和3.3V的電壓。</p><p>　　1、12V轉(zhuǎn)5V電路</p><p>　　12V轉(zhuǎn)5V電路采用美國TI公司生產(chǎn)的1A集成穩(wěn)壓電源芯片LM2575，它內(nèi)部集成了一個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成一種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小

94、散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等；芯片可提供外部控制引腳。是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品。圖3-15所示為具體的12V轉(zhuǎn)5V電源電路圖。</p><p>　　圖3-15 12V轉(zhuǎn)5V電源電路</p><p>　　由上圖可以看出，該電源電路非常簡單，只需要簡單的外圍器件。將穩(wěn)壓輸出的電壓接到反饋輸入端FB的目的是同內(nèi)部電壓基準(zhǔn)

95、比較，若電壓偏低，則用放大器來控制內(nèi)部振蕩器以提高輸出占空比，從而提高輸出電壓。</p><p>　　2、5V轉(zhuǎn)3.3V電路</p><p>　　5V轉(zhuǎn)3.3V電路采用TI公司的TPS76033作為電源芯片，該電源芯片輸出電壓為3.3V，電流為50mA，完全能滿足大多數(shù)低功耗應(yīng)用場合的要求，也能滿足本系統(tǒng)的功耗要求。圖3-16所示為具體的電路圖。</p><p>　

96、　圖3-16 5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路</p><p>　　由上圖可以看出，該電源電路非常簡單，只需要簡單的外圍器件。此外，為了減少干擾，芯片的輸入端和輸出端都加上相應(yīng)的電容進(jìn)行濾波處理。</p><p>　　3.8 系統(tǒng)整體原理圖[15]</p><p><b>　　見附錄</b></p><p><b>　　

97、4 軟件電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1 IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境[9]</p><p>　　本設(shè)計選用了超低功耗單片機(jī)MSP430F149，該單片機(jī)的編程調(diào)試需要在IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境下完成。</p><p>　　IAR Embedded Workbench是一套高度精密且使用方

98、便的嵌入式應(yīng)用編程開發(fā)工具。該集成開發(fā)環(huán)境包含了IAR的C/C++編譯器，匯編工，鏈接器，文件管理器，文本編輯器，工程管理器和C-SPY調(diào)試器。通過其內(nèi)置的針對不同芯片的代碼優(yōu)化器，IAR Embedded Workbench可以為ARM芯片生成非常高效和可靠的FLASH/PROMable代碼。不僅有這些可靠的技術(shù)，IAR Systems還為我們提供專業(yè)的全球技術(shù)支持。</p><p>　　嵌入式IAR Embe

99、dded Workbench開發(fā)環(huán)境支持絕大多數(shù)8位、16位以及32位的微處理器和微控制器，使用戶在開發(fā)新的項目時也能在所熟悉的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行。它為用戶提供一個易學(xué)和具有最大量代碼繼承能力的開發(fā)環(huán)境，以及對大多數(shù)和特殊目標(biāo)的支持。嵌入式 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境可以有效提高用戶的工作效率，通過 IAR 工具，我們可以大大節(jié)省工作時間。</p><p>　　4.2 軟件總體設(shè)計[16]

100、</p><p>　　由控制器系統(tǒng)所實現(xiàn)功能，系統(tǒng)軟件做了如下思路設(shè)計：由系統(tǒng)實時時鐘芯片判斷此時的季節(jié)并裝載相關(guān)的季節(jié)參數(shù)，并對時間進(jìn)行判定，按時間來裝載相應(yīng)的時間參數(shù)。接著，進(jìn)行蓄電池電壓檢測和判斷時間，進(jìn)入放電控制子程序，控制蓄電池對負(fù)載的放電強(qiáng)度。因日照時間長短和季節(jié)的變化息息相關(guān)，系統(tǒng)會對時間進(jìn)行初期判斷，設(shè)定負(fù)載的相應(yīng)工作模式。</p><p>　　4.2.1 LED亮度控制&

101、lt;/p><p>　　LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計:LED的亮度與正向流過它的電流成正比,可以調(diào)節(jié)正向電流大小來調(diào)節(jié)LED的亮度。現(xiàn)在一般采用調(diào)節(jié)工作電流方式或者脈寬調(diào)制方式（PWM法）調(diào)節(jié)LED的亮度。前者調(diào)節(jié)的范圍大、線性度好,但是功耗大，所以很少采用。脈寬調(diào)制方式是用較高的頻率開關(guān)LED,開關(guān)頻率超出人們能夠察覺的范圍,使人感覺不到頻閃的存在，實現(xiàn)LED自適應(yīng)調(diào)光。</p><p>　　采

102、用PWM 法進(jìn)行調(diào)光，即在恒流和恒定頻率的情況下，通過調(diào)節(jié)MOS開關(guān)管的導(dǎo)通時間來調(diào)節(jié)平均亮度。這種方法不但可以使通過LED的電流恒定，保證了LED色彩的一致性，而且還有助于LED的散熱。給HV9910的PWMD端提供數(shù)百赫茲到1k Hz的PWM信號，可以通過占空比改變LED的導(dǎo)通時間，獲得從0％～100％ 的PWM調(diào)光。通過設(shè)定MSP430單片機(jī)內(nèi)部的定時器A或B工作在比較模式可提供多路PWM控制信號，僅需改變相關(guān)寄存器的設(shè)定值即可。

103、路燈亮度由PWM調(diào)光控制，每盞燈都配備行人車輛檢測裝置，用于在后半夜人員活動情況檢測，有人車行走時全亮度照明，無人車行走時半功率照明，行人車輛檢測采用熱釋電紅外人體探測傳感器。</p><p>　　4.2.2 亮度自適應(yīng)節(jié)能控制算法[17]</p><p>　　本設(shè)計從合理利用能源的角度出發(fā)，分析了LED路燈在一天內(nèi)的運行狀態(tài)，其工作過程可分為五個階段：</p><p&

104、gt;　　1）t1時刻到t2時刻，即由白天過渡到黑夜的時段，此階段是全天開始進(jìn)入黑暗的時段，路面光線逐漸變暗，太陽能路燈開始投人運行，此時路燈的亮度不必達(dá)到最大，可根據(jù)亮度傳感器檢測的亮度等級進(jìn)行自適應(yīng)控制，LED的亮度由小逐漸變大。 </p><p>　　2）t2時刻到t3時刻，即前半夜，零點以前，此時段路面光線最暗，人員活動頻繁，路燈亮度應(yīng)調(diào)為最大，LED全功率照明。 </p><p&

105、gt;　　3）t3時刻到t4時刻，即后半夜，零點以后，此時段人員活動稀少，路燈亮度可稍 稍降低，LED半功率照明，同時起動智能傳感器檢測人員活動情況，無人車行走時亮度降低為正常的50％，當(dāng)有人車行走時則全亮度照明，人車離開后延時30s恢復(fù)節(jié)電方式工作。</p><p>　　4）t4時刻到t5時刻，即由黑夜過渡到白天的時段，此階段是由黑夜過渡到白天的時刻，路面光線逐漸變亮，可根據(jù)亮度傳感器檢測的亮度等級進(jìn)行自適應(yīng)控

106、制，LED的亮度由大逐漸變小直至路燈熄滅。</p><p>　　5）t5時刻到t1時刻，即白天，此階段不需要照明，LED停止工作。</p><p>　　亮度自適應(yīng)節(jié)能控制算法根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜粘鋈章鋾r間分時段控制，是一種基于時段、環(huán)境亮度和人員活動的節(jié)能控制方法，其流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，然后開始掃描亮度傳感器傳來的環(huán)境亮度信息，根

107、據(jù)亮度信息判斷是否是白天。若是白天，LED停止工作，返回亮度檢測，循環(huán)等待；若是夜晚，則進(jìn)入LED供電程序，根據(jù)時鐘芯片判斷此時處于哪個時段。若處于由白天到黑夜或由黑夜到白天的過渡階段，則根據(jù)亮度傳感器檢測的亮度等級進(jìn)行亮度自適應(yīng)控制；若處于前半夜，則進(jìn)行全功率照明，若處于后半夜，則關(guān)掉2路LED，進(jìn)行半功率照明，同時打開智能傳感器，檢測人員活動情況。當(dāng)檢測到人車時，全功率照明，人車離開后，延時30s恢復(fù)節(jié)電方式工作。通過亮度自適應(yīng)節(jié)能

108、控制，充分利用LED的可控性，可最大程度節(jié)省能源，相同情況下節(jié)電10％～15％。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)各部分軟件設(shè)計</p><p>　　4.3.1 熱釋電紅外檢測</p><p>　　系統(tǒng)到達(dá)設(shè)定時間，通過熱釋電紅外探測器采集人員車輛流動情況，數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，調(diào)節(jié)PWM的占空比，控制負(fù)載的功率，調(diào)節(jié)LED亮度。具體流程圖如圖4-3所示。</p&

109、gt;<p>　　圖4-3 熱釋電紅外探測流程圖</p><p>　　4.3.2 環(huán)境光檢測</p><p>　　系統(tǒng)通過光電集成傳感器檢測環(huán)境光亮度，將檢測數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定參數(shù)，調(diào)節(jié)PWM的占空比，控制負(fù)載的功率，調(diào)節(jié)LED亮度。具體流程圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 環(huán)境光檢測流程圖</p><

110、p>　　4.3.3 實時時鐘控制</p><p>　　實時時鐘為整個控制系統(tǒng)提供可靠的時間信息，單片機(jī)根據(jù)時間來控制LED驅(qū)動器和紅外檢測電路的開關(guān)，實現(xiàn)節(jié)能控制。具體的流程圖如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 時間控制流程圖</p><p><b>　　5 結(jié)論與展望</b></p><p><