基于61單片機的藏式特色太陽能智能路燈系統的設計與實現

鄧利華，武 強，梅衛龍，肖 瑤

（西藏大學 工學院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

隨著西藏地區社會經濟、文化的日益發展，交通運輸量也在不斷地加大，尤其是路燈管理的安全性要求更高，因此各主要道路路燈設備的設計需要更加完善，太陽能作為一種新型能源，越來越受到人們的重視，合理有效的利用好太陽能，已逐步成為節能環保的一種趨勢。西藏太陽能資源居中國首位，對其利用有著天然的優勢。因此為使西藏各主要道路管理更加智能化、人性化，更合理有效地利用太陽能，筆者設計出一款藏式特色太陽能智能路燈系統。文中采用SPCE061A[1]作為主控芯片，通過61單片機[2]控制片內高速AD對溫度傳感器、光照度傳感器[3]等進行采樣，相關數據參數（包括系統設置的萬年歷等）經過LCD顯示；同時筆者利用高亮LED燈作為發光源提供照明，高性能蓄電池作為儲存電能的工具，將電池板提供的電能存儲起來。文中設計不僅具有良好的市場前景和突出的民族特色，而且實現了能源的高效利用和路燈系統的高效人性化設計。

1 系統設計方案

1.1 系統硬件設計

文中設計的硬件包括，凌陽公司的SPCE061A單片機 、穩壓電路、過充過放保護電路。本文中主要利用太陽能電池板[4]將太陽能轉化為電能，并儲存在蓄電池中，由蓄電池給硬件部分提供電源，通過穩壓電路提供單片機工作電壓[5]，主控芯片SPCE061A控制LCD顯示和AD采樣，太陽系統硬件設計框圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構框圖Fig.1 Structure diagram of system hardware

1.1.1 SPCE061A簡介

SPCE061A是繼μ’nSPTM系列產品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款16位結構的微控制器。其工作電壓（CPU）VDD 為 2.4～3.6 V （I/O）VDDH 為 2.4～5.5 V。 CPU時 鐘 ：0.32～49.152 MHz； 內 置 2K字 SRAM 內 置 32K FLASH；可編程音頻處理；晶體振蕩器；系統處于備用狀態下（時鐘處于停止狀態），耗電僅為2μA@3.6 V；2個16位可編程定時器/計數器 （可自動預置初始計數值）；2個10位DAC（數－模轉換）輸出通道；32位通用可編程輸入/輸出端口；14個中斷源可來自定時器A/B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；較高的處理速度使μ’nSPTM能夠非常容易地、快速地處理復雜的數字信號。SPCE061A的芯片引腳如圖2所示。

圖2 引腳圖Fig.2 Diagram of pins

1.1.2 充電電路

系統的主充電回路電路原理圖如圖3所示。J1為太陽能電池板接入端子整個系統的主控單片機工作于5.0 V電壓下，控制電路工作于6.0 V電壓，由蓄電池提供。

由上所述，J1接入太陽能電池板，整個主回路的充電則必須通過MOS管 V1→L1→D1（2545）→B+→⊥ 形成充電回路，而整個充電的核心就是對MOS管V1的控制，而由R11，Q3（8050），R7，R3以及 MOS 管 IRF9540 構成的電路網路是實現對MOS管V1控制的關鍵。不難看出，在NPN三極管的基極通過R11與PWM（脈沖寬度調制）相連接，而該PWM波則是通過SPCE061A主控板輸出控制信號。當PWM輸出為低電平時，此時，NPN三極管Q3的主回路處于截止狀態，由此可以判斷，MOS管V1的1號腳和3號腳電位相等，MOS管處于截止狀態，此時，太陽能電池板與蓄電池的充電回路等價于開路狀態；當PWM輸出為高電平時，Q3導通，此時，太陽能電池板正極→R3→R7→Q3→⊥形成回路，由于R3的分壓作用，使得MOS管導通，充電主回路導通，蓄電池則處于充電狀態。

整個電路控制的核心則是PWM波對MOS管導通截止的控制，本項目的設計采用的是三段式充電方法，而主控板SPCE061A具備PWM輸出功能，保證了本系統實現三段式充電算法，從而有效地保護蓄電池。

1.1.3 LCD顯示電路

LCD顯示電路采用SPLC501液晶顯示控制器，SPLC501多用于小規模的液晶顯示器件，常被裝配在圖形液晶顯示模塊上，以內藏控制器型圖形液晶顯示模塊的形式出現。內藏SPLC501單屏結構點陣圖形液晶顯示的模塊方框圖如圖4所示。單片機對SPLC501有2種訪問方式：直接訪問與間接訪問。直接訪問利用三總線以I/O設備訪問形式進行控制；間接訪問則由單片機提供并行接口[6]，以程序控制時序的方式進行控制。為簡化程序，這里采用直接訪問方式，如圖5所示。LCD引腳及其功能如表2所示。

圖3 充電主回路原理圖Fig.3 Main charging circuit schematics

1.2 SPCE061A單片機軟件設計

圖4 液晶顯示系統框圖Fig.4 LCD system block diagram

圖5 直接訪問方式Fig.5 Method of direct access

表2 LCD引腳及其功能Tab.2 Pins and function of LCD

SPCE061A單片機軟件主要包括顯示函數、AD采樣函數、初始化函數以及主函數。軟件設計的主程序流程框圖如圖6所示，子函數詳細功能如表3所示。

圖6 主程序流程框圖Fig.6 Flow chart of main program

2 整體測試結果

本項目順利完成，最終效果與設計要求誤差不大。整體測試結果如表4所示；整體實物圖如圖8所示。

表3 子函數功能說明Tab.3 Explaining function of subfunction

表4 整體測試結果表Tab.4 Overall test result in table

圖7 參數顯示Fig.7 Parameters display

圖8 整體實物圖Fig.8 Overall physical figure

3 結束語

文中運用SPCE061 A作為主控芯片結合溫度傳感器、光照度傳感器、紅外傳感器、液晶顯示等制作了一個由太陽能供電，充分并有效地利用了能源的人性化藏式特色智能路燈系統。本文采用的SPCE061 A控制芯片具有較高的執行效率，功耗低，穩定性好，實現了智能化控制[7]。通過對太陽能的合理利用，和民族特色的集中體現，本設計不但解決了藏地的實際問題而且具有非常好的市場空間。

[1]羅亞非.凌陽16位單片機應用基礎[M].北京：北京航天航空大學出版社，2005.

[2]張毅剛.單片機原理及應用[M].2版.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2008.

[3]王化祥，張淑英.傳感器原理及應用[M].天津：天津大學出版社，2007.

[4]周志敏，周紀海，紀愛華.太陽能LED路燈設計與應用[M].北京：電子工業出版社，2010.

[5]康華光.電子技術基礎模擬部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[6]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].3版.北京：清華大學出版社，2010.

[7]董尚斌.電子線路[M].北京：清華大學出版社，2006.