LED光伏太阳能照明系统设计 - - 毕业设计(7)

2019-08-01 23:29

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多可寻址两个 8K 器件。A0 和 A1 引脚内部未连接。

AT24C16 未使用作为硬件连接的器件地址输入引脚 ,在一个总线上最多可连接一个 16K 器件。A0、A1 和 A2 引脚内部未连接。

写保护(WP) 引 AT24C01/02/04/08/16 写保护功能。

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脚为电源端口。其与单片机的连接如图4.5所示:

VCCP1.6具有用于硬件数据写保护功能的引

脚。当该引脚接 GND 时,允许正常的读/写操作。当该引脚接 VCC 时,芯片启动

P1.720c42a0a1a2a3vccwpR185.1kR19 scl5.1k sda 图4.5 24C02与单片机连接图

图中R18、R19为上拉电阻,其作用是减少AT24C02的静态功耗。每当设定一次信息,系统就自动调用存储程序,将信息保存在芯片内;当系统重新上电的时候,自动调用读存储器程序,将存储器内的信息,读到缓存单元中,供主程序使用。

AT24C02在本设计中的作用是掉电存储器,是为了防止电源突然断开的时候,用户的信息不会丢失,存储当前设定的信息。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片,由于AT24C02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。电压最低可以到2.5V,额定电流为1mA,静态电流10uA(5.5V),芯片内的资料可以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。

太阳能充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。基本功能则必须具备过充保护、过放保护、光控、时控与防反接等。

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第5章 系统控制器设计 5.1 控制器结构

太阳能路灯智能控制系统硬件结构,如图5.1所示,以STC12C5410AD单片机为核心,外围电路主要由电压采集电路、负载输出控制与检测电路、LED显示电路部分组成。电压采集电路包括太阳能电池板和蓄电池电压采集,用于太阳能光线强弱的识别及蓄电池电压的获取。

图5.1 太阳能路灯智能控制系统硬件结构

STC12C5410AD是STC12系列的单片机,采用RISC型CPU内核,兼容普通8051指令采集,片内容含有10KBFlash程序存储器,同时内部还有看门口(WDT);片内集成MAX810专用复位电路、8通道10位ADC以及4通道PWM;具有可编程的8级中断源4种优先级,具有在系统片成(ISP)和在应用编程(IAP),片内资源丰富、集成度高、使用方便。STC12C5410AD对系统的工作进行实施调度,实现外部输入参数的设置、蓄电池及负载的管理、工作状态的指示等。

5.2 电压采集与电池管理

太阳能电池板电压采集用于太阳光线强弱的判断,因而可以做为白天、黄昏的识别信号。同时本系统支持太阳能板反接、反充保护。

蓄电池电压采集用于蓄电池工作电压的识别。利用微控制器PWM功能对蓄电池进行充电管理。若太阳能电池正常充电时蓄电池开路,控制器将关断负载,以保证负载不被损伤,若在夜间或太阳能电池不充电时蓄电池开路,控制器由于自身得不到电力,不会有任何动作。当充电电压高于保护电压(26V)时,自动关断对蓄电池的充电;当蓄电池电压低于保护电压(22V)时,控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过PWM充电电路,可使太阳能电池板发挥最大功效,提高系统充电效率。本系统支持蓄电池的反接、过充、过放。

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5.3 负载输出控制与检测电路

本系统设计了两路负载输出,每路输出均有独立的控制于检测,具有完善的过流、短路保护措施,电路原理如图5.2所示。

图5.2 电路原理图

注:P1.6为单片机18引脚;P1.7为单片机19引脚;P3.2为单片机6引脚

负载过流及短路保护:设计了两级保护。第一级采用了R7(0.01Ω康铜丝)以及运放LM358、比较器LM393等器件组成的过流、短路检测电路配合单片机的A/D转换及外部中断响应来实现,这里使用了硬件+软件的方式,LM358的输出送P1.7(A/D转换)口,用作过流信号识别,当电流超过额定电流20%并维持30s以上时,确认为过流;短路电流整定为10A,响应时间为毫秒数量级。第二级采用了电子保险丝保护,当流经电子保险丝的电流骤然增加时,温度随之上升,其电阻大大增加,工作电流大幅降低,达到保护电路目的,响应时间为秒数量级,过流撤消或短路恢复后电子保险丝恢复成低阻抗导体,无须任何人为更换或维修。系统采用了两级保护措施后,在长达数小时时间负载短路实验后,控制器仍没出现电路烧毁现象。解决了用传统保险丝只能对电路进行一次性保护,一旦烧毁必须人为更换的问题,同短路后需手动复位或断电后重新开启的系统相比,也具有明显的优点,简化了维护,提高了系统的安全性能。

路灯控制器功能特点:

1、可靠性高、误差小、稳定性强。

2、断电数据保存,时钟不间断工作,无需更换电池,维持时钟运行十年以上。 3、经纬度计算开关时间,随季节变化合理控制,最小步长1分钟。

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4、采用液晶显示年、月、日、时、分,并带有背光,方便夜间观察和操作。 5、具有路数选择功能,可方便的设置为1路、2路或者3路控制。

6、工作模式0:用户设定开关时间,开灯范围12:00到23:55;关灯范围00:00到11:55。

7、工作模式1:采用经纬度控制开关时间,2路,3路关灯时间可在00:00到11:55设定。

8、工作模式2:经纬度控制时间正负30分钟风采用光控。 9、工作模式3:光强度控制开关灯。 10、具有独立检修按钮便于用电设备的检修。

11、抗干扰能力强,能抵御从电网直接输入幅值达2000伏的干扰脉冲。

12、大功率继电器输出,接220伏或380伏接触器,控制稳定,使用寿命长。 我们选用CLP12-5A/ST型太阳能LED路灯控制器,此控制器适合120W以下(12V)的太阳能LED路灯系统的自动控制,具有防止蓄电池过充电、过放电、反向放电功能。根据设定定时关闭照明灯具,或者根据光线强弱自动关闭照明灯具。

充电指示灯亮起表示正在充电,闪烁表示正在浮充电,不亮表示充电已停止。负荷指示灯亮起表示有输出,负载可以工作;不亮表示没有输出,负载不能工作。CLP12-5A/ST型太阳能LED路灯控制器的技术指标见表5.1

表5.1 CLP12-5A/ST型太阳能LED路灯控制器技术参数表

CLP12-5A/ST型太阳

外形尺寸 131㎜×69㎜×49㎜ 工作温度 -20~+60℃ 停止充电压温度系数 净重 -3mV/℃ 额定负载电流 5A 充电停止电压 14V 额定充电电流 5A 供电恢复电压 11.8V或23.6V 额定电压 12V 供电停止电压 10.8V或21.6V 120g 能LED路灯控制器的接线:

CLP12-5A/ST型路灯控制器的接线方法如图5.3所示。揭开控制器上盖,露出接线端子,按上盖图示进行接线。将蓄电池正、负极正确、牢固地连接到控制器的3、4端子上。负荷指示灯闪烁一下且30S后亮起,表示连接正确。

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将太阳能电池正、负极正确、牢固地连接到控制器的1、2端子上。将负载正、负极正确、牢固地连接到控制器的5、6端子上。

图5.3 CLP12-5A/ST型路灯控制器的接线图

CLP12-5A/ST型太阳能LED路灯控制器主灯关闭方式的设定:

按下Set键不放,片刻后绿灯开始闪烁,从“0”开始,没闪烁一下定时数增加0.5h。达到需要的时间后,松开键,设定完成,此时关闭主灯的方式为时控方式。超过10h后。绿灯转为快速闪烁,松开键,设定完成, 此时关闭主灯的方式为光控方式。

关闭方式查询步骤如下。 A 按下Set键1s,松开。

B 时控方式:绿灯闪烁一下代表0.5h(每秒2次)。 C 光控方式:快闪4s(每秒10次)。

D 光控有30s延时,以避免如雷电、汽车灯光的干扰。

4、控制器的防水,控制器大都装于灯罩、蓄电池箱中,一般也不会进水,但在实际工程案例中有些因为安装不当或者有的控制器的电路板没有做三防漆处理,会因为雨水顺着控制器端子的外接线流入控制器造成 短路。所以在施工时应该注意将控制器端子内部连接线弯成“U”字 型并固型, 暴露在外部的连接线也固定为“U”型,这样雨水就无法淋入 造成控制器短路,另外还可在内外线接口处涂抹防水胶来防水。

5.4 电源电路设计

路灯控制器集电磁技术、智能化控制技术、数据控制技术于一体,在可控和

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