毕业设计论文基于单片机的可光控时控的太阳能灯

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1、泉 州 师 范 学 院毕业论文 （设计）题 目 基于单片机的可光控时控的太阳能灯 物理与信息工程学 院电子信息科学与技术专 业 07 级 学生姓名 学 号 070303047 指导教师 职 称 讲师 完成日期 2011年4月 教务处 制基于单片机的可光控时控太阳能灯物理与信息工程学院学院 电子信息科学与技术专业 070303047指导教师 讲师【摘要】随着社会经济的发展，以及现在全球所面临的严峻环境问题，新的无污染的能源的开发应用引起广泛的关注，太阳能就是其中的一种。论文主要描述了一个简易的可光控时控的太阳能LED灯的设计与制作。硬件部分主要包括太阳能充电模块、电源升压稳压模块、单片机系统模块

2、、显示模块等，详细分析了各个部分的工作原理。软件部分主要是由单片机STC89C52和时钟芯片DS1302来实现一些硬件电路的控制及显示功能。【关键字】太阳能LED灯 光控时控 STC89C52目录引言4第一章 绪论51.1研究背景51.1.1太阳能的定义51.1.2太阳能的应用方法51.1.3太阳能的分类51.1.4太阳能在本文中的应用51.2选题目的和意义5第二章 系统设计62.1系统设计任务62.2系统设计的基本要求62.3系统设计的方案论证62.3.1太阳能电池板的选择62.3.2升压电路的选择62.3.3光控电路的选择6第三章 硬件设计及工作原理83.1总体方案及工作原理83.2太阳能

3、电池充电模块83.3升压电路模块83.3.1 电路工作原理83.3.2 bau72芯片的资料93.4单片机时控显示部分93.4.1电路原理93.4.2 DS1302芯片资料10第四章 硬件调试114.1调试仪器114.2硬件制作与调试114.2.1电路的制作114.2.2电路问题分析114.2.3 电路调试过程114.3 功能实现分析12第五章 软件部分设计13第六章 总结13致谢14参考文献14英文摘要15附录16引言随着社会经济的发展，人们对生活水平的要求也越来越高，在发展经济的同时在很多方面是以一定的环境为代价的，现在经济是快速增长着，但随之而来的是严峻的环境问题、能源问题。因此提出开发

4、新能源，应用新能源的构想，所提出的这些新能源须是有利于保护环境的，例如：风能，太阳能，水能，地热能等等。太阳能发展已经有了一定的历史，也取得了一定的成就。在1982年主题为“能源推动世界”的世博会在美国田纳西州的诺克斯维尔举行。中国馆展出了太阳热水器、太阳灶、太阳能航标灯等，展示了我国太阳能应用技术。2000年在德国汉诺威举办的世博会，展示了当时世界最先进的太阳能建筑、光伏发电装置和当时世界最大的太阳能游艇，点燃了21世纪“太阳能世纪”的火星。直到2010年上海世博会主题是“城市，让生活更美好”，并在此主题下体现“科技世博”、“生态世博”的理念，特别是清洁能源利用方面。太阳能是可再生能源在城市

5、中应用的主要形式之一。其中中国馆就是光伏一体化应用的典型。因此本次毕业设计我选择了一个简易太阳能灯的制作。本文就对如何设计制作整个系统进行了详细的阐述。第一章 绪论1.1研究背景1.1.1太阳能的定义 太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。1.1.2太阳能的应用方法利用太阳能的方法主要有：太阳电能池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。1.1.3太阳能的分类 太阳能可分为

6、3种： 1.太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 2.太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳

7、的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。3.太阳光合能：植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物。因此，可以人为模拟植物光合作用，大量合成人类需要的有机物，提高太阳能利用效率。1.1.4太阳能在本文中的应用太阳能是一种清洁可再生能源，在本设计中，利用太阳能电池板，通过光电转换把太阳能转化为电能对可充电电池进行充电。电池在本设计中起到提供电源的作用，为了使设计理念“方便、简约”能够实现，所以利用太阳能充电使得在电池使用寿命器件能够长期稳定的供电。1.2选题目的和意义随着经济的发展，人们文化水平的提高，新能源的开发利用，人们对能源的需求也

8、越来越高了。石化能资源的有限性，以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产生的影响日益为人们所关注。从资源、环境、社会发展的需求看，开发和利用新能源和再生能源是必然的趋势。太阳能是一种非常重要的的可再生能源，而太阳能灯的普及和发展铺平了太阳能灯市场，由太阳能电池板将白天的光能转变成电能，加以储存。晚上经发光元件又由电能转化为光的一种新产品1。传统的照明系统都是由电网供电，功耗大，太阳能LED灯相对于传统的照明系统具有无需线路控制，节省电能和电费，采用直流低压供电，光敏控制，安全可靠、节能、经济、环保、实用等优点。第二章 系统设计2.1系统设计任务设计一个可光控时控的太阳能灯。通过太阳能电池对可充

9、电池电池进行充电，再通过电池供电升压对整个电路供电。LED灯的亮灭有两种方式。方式一：利用光敏电阻搭建光控电路对LED灯的亮灭进行控制；方式二：通过单片机和时钟芯片根据实时对LED的亮灭进行控制。2.2系统设计的基本要求要求：（1）电池板功率的计算和选用； （2）可充电池的数量选择、充放电控制； （3）光线暗时灯自动点亮，为节省电能可通过单片机调节控制灯的亮灭时间。 （4）系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。2.3系统设计的方案论证2.3.1太阳能电池板的选择 方案一:用6V/200mah太阳能电池板接一个1N4007直接对可充电电池充电。方案二：用两块6V/200mah太阳能电池板串联接

10、一个1N4007，再经一个LM7806稳压电路进行稳压，然后通过电池充电保护电路对电池进行充电。通过比较可得方案一虽然电路简单，但是不能确保充电电压的稳定，这样会影响电池的使用寿命，而方案二电路通过稳压电路后可保证提供稳定的充电电压，再经保护电路对电池进行充电，这样可以延长电池的使用寿面，所以选择方案二。2.3.2升压电路的选择方案一：如图2-3-1所示。电路由三极管VT、升压变压器T，二极管VD、电容C与电源GB五个元器件组成。三极管VT和升压变压器T构成变压器反馈式振荡器，当电源输出端有负载电流通过时，三极管VT就有基极电流通过，电路就震荡工作；反之，没有基极电流，电池也不消耗电流，所以电

11、路不设电源开关2。图2-3-1 耦合升压电路方案二：采用bau72升压芯片，和一个电感，两个电容，一个1N5817二极管搭建外接电路，做一个升压电路，该升压电路最低输入电压为0.9V，输出电压可达5.5V，效率为80%。输出电压稳定，效率高，电路简单等优点。综合设计需要，选择方案二比较适合。2.3.3光控电路的选择方案一：220V交流电经电容限流、桥式整流、滤波、稳压，在A、B两端获得稳定的12V直流电。在白天由于光敏电阻RG受到自然光的照射呈现低阻值，三极管VT的基极电位低，反而被偏置，因此VT截止，单向可控硅VS门极为低电平被关断，LED不亮。到天黑后光敏电阻RG因光照呈现高阻值，VT导通

12、，VS的门极即有正向触发电压而导通，LED通电发光。电路图如图2-3-2所示3。图2-3-2 变压光控电路方案二：由两节电池供电，两个三极管、两个电阻和一个光敏电阻组成。当自然光照射时，光敏电阻呈低阻值状态，三极管Q1的基极电位低，处于偏置状态，因此截止，所以Q2也不导通，LED灯不亮。到天黑后光敏电阻呈高阻值，三极管Q1基极电位高，Q1导通，集电极上的电阻得到分压，三极管Q2的基极电压高了可导通，LED灯亮。电路如图2-3-3所示。图2-3-3 简单光控电路以上两个方案对比后，方案二相对于方案一更适合本设计题目，不仅电路较简单，所需电压也比较低，可用电池供电，满足太阳能充电的模块的要求，因此

13、选用方案二。第三章 硬件设计及工作原理3.1总体方案及工作原理可光控时控的太阳能LED灯的总体模块可分为：太阳能电池组充电模块、电池升压模块、光控驱动电路模块和单片机时控显示模块。白天通过太阳能电池板经过LM7806稳压电路输出稳定电压，对低电压的可充电电池组进行，晚上的时候，对电池组所提供的电压进行升压，分别给驱动电路和单片机供电。整个电路的工作原理方框图如图3-1-1所示。太阳能电池组充电模块电池供电升压模块光控驱动LED灯电路单片机时控电路显示部分图3-1-1工作原理方框图3.2太阳能电池充电模块两块6V的太阳能电池板串联在自然光的照射下提供稳定的电压，经过稳压滤波电路后对可充电电池组充

14、电，原理图如图3-2-2所示。图3-2-1太阳能充电电路3.3升压电路模块3.3.1 电路工作原理由升压芯片bau72和电感、电容、整流二极管构建一个升压电路模块。bau72芯片的1脚接地，3脚为输入端接电感和整流二极管，2脚位输出端口，电路原理图如图3-3-1所示。图3-3-1升压电路3.3.2 bau72芯片的资料bau72系列是一种由基准电压源、振荡电路、比较器、控制电路等构成的cmos 升压dc/dc 控制器。结合了微型封装和低静态电流等的特点，通过使用电感、电容器和二极管等外接部件而构成的升压dc/dc 控制器。内置的mosfet使用保护电路，在开关管电流超过控制值时会自动断路，以防止损坏。并且可通过外扩MOS，使输出电流达到更大值。 通过外加MOS管 及外部反馈电阻 可以在5-12V之间任意的调节输出电压,并且外加MOS管 可以输出高达1000mA以上电流。 特点: 低电压工作：可保证以0.9 v (iout = 1 ma)启动；占空系数：内置(66% / 78%)自动切换控制电路；外接部件：电感、电容器、肖特基、电阻； 输出电压：输出可调； 输出电压精度：