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基于AT24C02的太阳能路灯电路设计实例

E世博官方网站 ? 2021-02-25 16:14 ? 次阅读

太阳能路灯的应用具有重要的现实意义,尤其是靠小规模火力发电或季节性水力发电的地区,更应大力发展太阳能电力。太阳能路灯以其先进、稳定、智能、成熟的控制技术及显著的节能特性、简便的维护方式等特点得到推广。随着太阳能照明灯具产品的普及,很多应用项目存在质量和售后服务问题。因此,需及时分析原因、规范市场,使太阳能路灯市场健康有序地发展。太阳能是地球上最为直接、普遍、清洁的能源,其作为一种可再生能源,每天达到地球表面的辐射能约2.5亿万桶石油。

1 硬件电路设计

选择DS1302计时器、AT24C02存储器、4位数码显示器、过充过放电路、STC12C2051单片机等组成智能控制系统。根据各部分电路的功能不同,整体电路可分为以下几个部分:太阳能电池板组件、过充过放电路、STC12C2051单片机、蓄电池、时控光控电路、照明负载和时间显示电路。

1.1 电源电路设计

电源电路如图1所示。系统由太阳能电池板供电,24 V蓄电池电压经过7805稳压后产生5 V电压,作为控制器的主电源。电容C2作为高频旁路电容,将高频信号旁路到地。同样电容C1为滤波电容。

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1.2 方案选择

DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM实时时钟电路,其可对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5~5.5V采用三线接口CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品,与DS1202兼容,但增加了主电源/后背电源双电源引脚,同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。

在设计中一般使用的计时功能电路有软件计时,定时器定时,但其缺点是计时有误差,需隔一段时间校正一次;另一种是硬件计时,现在流行的串行时钟电路有DS1302、DS1 307、PCF8485等,这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便,被广泛地采用。在设计中采用硬件定时,时钟芯片DS1302。DS1302是Dallas公司的一种具有涓细电流充电能力的电路,主要特点是采用串行数据传输,可为掉电保护电源提供可编程的充电功能,并且可以关闭充电功能。



采用时钟控器型的路灯控制器,要预先设定开关时间,使路灯按时亮灯、准时熄灯,从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰,除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间,需人工调整开关时间,费时费力,不利于节能。定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型,机械钟表型以石英钟为主,走时精准,但是由于机芯内使用塑料齿轮在高温下会变形,从而导致停机现象。

电子钟表型定时开关使用的也较多,常用LR6818、LM8650、LM8561等集成块为中心的电子钟电路。图2为与单片机的连接图,其中VCC1为主电源,VCC2为后备电源。在一般情况下,SCL、I/O、RST与单片机连接实现1302的读写控制。

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存储器AT2402的1,2,3脚为空脚,4脚为接地端,5脚为数据端,6脚为时钟端,7脚为写保护端口,8脚为电源。

AT24C02在设计中的作用是掉电存储器,是为防止电源突然断开时,用户信息不会丢失,存储当前设定的信息。AT24C02是Atmel公司的2 kB的电可擦除存储芯片,由于AT24C 02的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。电压最低可达2.5 V,额定电流为1 mA,静态电流10 μA(5.5 V),芯片内的资料可在断电的情况下保存相当长的时间,而且采用8脚的DIP封装,使用方便。其与单片机的连接如图3所示。

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太阳能路灯与普通路灯控制电路功能基本相同,均是为了完成晚上亮灯,早晨熄灯以及对蓄电池的充电管理。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等,但由于其工作原理不同,各有优缺点。

2 软件设计

系统的软件设计主要包括程序初始化、时间设定子程序、1302的读写程序、24C02的读写程序、时间比较子程序、按键子程序、显示刷新子程序等共同组成。程序开始要进行初始化,调用24C02内部存储的开关路灯时间点,程序每隔一段时间调一次1302中的时间。通过程序将设定的时间同系统当前时间进行比较,设定的比较间隔为1 s/次,当时间相同时,则通过程序输出控制信号,如图4所示。

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能源电路部分中的器件参数可以通过计算得出,驱动电路是一种成熟的电路,已经得到广泛应用,单片机的算法程序已在开发板上运行成功。其中器件参数也可确定单片机的算法程序在开发板上运行,到达预期的目的,因此该方案是可行的。图5为该系统显示部分仿真电路图,图6是过冲过放电路图。该系统理论值是12 V,实际测量值为9.4 V,存在一定的误差。

3 结束语

针对目前市场上太阳能路灯的普遍不足之处,本文提出了一种基于单片机智能控制的太阳能路灯设计方案。本方案不仅可以实现智能控制,且可使路灯系统运行在节能状态,提高能源的利用率。

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