基于51单片机的太阳能路灯控制器系统设计
摘要：本项目基于51单片机，完现了基于单片机的太阳能ＬＥＤ路灯控制系统的要求。本项目电路主要分为核心STC89C52单片机电路、4位LED灯电量指示电路、光敏电阻模块检测电路、电源电路、A/D采样芯片PCF8591电路、继电器控制电路、8位高亮LED灯照明电路、LCD液晶显示电路。现已设计焊好整体电路，并深入调试取得成果；程序编写结构清晰，可读性强。项目中各状态均可以用按键控制，并以1602四点阵LCD显示，功能齐全，界面友好，操作简单。
关键字：单片机；液晶显示；A/D采集；光敏电阻；电源电路。
Solar street lamp controller system based on 51 single chip microcomputer
Abstract: This project is based on 51 single-chip microcomputer, and has completed the requirements of solar LED street lamp control system based on single chip microcomputer. The circuit of this project is mainly divided into core STC89C52 single chip circuit, 4 bit LED lamp power indicator circuit, photosensitive resistance module detection circuit, power supply circuit, A/D sampling chip PCF8591 circuit, relay control circuit, 8 bit highlighting LED lamp lighting circuit, LCD LCD display circuit. The overall circuit has been designed and debugged, and the results have been made clear and readable. Each state of the project can be controlled by buttons and displayed in 1602 dot matrix LCD. The functions are complete, the interface is friendly and the operation is simple.
Keywords: Single chip microcomputer; LCD display; A/D acquisition; photosensitive resistor; power circuit.
第一章绪论
四1.1课题背景及其意义四
随着现代科技的飞速发展，对能源的需求越来越大，世界各国都开始意识到新能源的重要性。作为新能源中的代表，太阳能以其绿色、清洁、可再生的优点，深受人们的欢迎。具有节能、自主控制、安全、不用专人管理和控制等优点的太阳能路灯，既不需要架设输电线路又可以减免大部分维护费用。无论是小区、学校、工厂、景区或是其他各种难以架设输电线路的地方都能方便安装，而更加收到人们的重视
自从21世纪以来，人不断在思考如何能不以破坏环境为代价继续快速发展经济。特别是能源问题，如下：
(1)能源短缺：当今世界上绝大部分能源问题都是因为能源分布不均而导致，而能源供应不足又限制了社会经济发展的。据调查，全球所有的石油储量加起来也只够用10年，天然气也仅仅只能维持30年，煤炭作为储量最多的化石燃料也不过能延续到一二百年。总之，化石燃料枯竭的局面我们迟早都要面临。
(2)四温室效应：在使用煤炭、石油、天然气等燃料的同时会排放大量的二氧化碳进入大气，使原本能够放射到外太空的红外线辐射总量减少，太阳辐射的热量不能发散到外太空，地表温度因此不断升高，引起全球气候变暖，形成温室效应。随之而来的，就会是冰川融化，海平面上高，陆地面积减少，生态环境遭到破坏，一些生物开始灭绝，生物链遭到破坏，最终人类也随之灭绝。
(3)四环境污染：众所周知，化石燃料在燃烧过程中不仅会排放大量的二氧化碳，还有一氧化碳，二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒等。硫化物和氮化物在大气中经过化学反应形产生硫酸或硝酸，随着雨水降落到地面，形成酸雨，严重污染土地。造成土地酸化摧，植物长期生长在这样的环境，会导致其营养不足，直至死亡。者不仅破坏我们健康的身体，还影响我们的心情，破坏自然环境。
1.1.1四太阳能的优势
只有快速发展科学技术，开发新型可再生的绿色能源，人们才能彻底解决现在的能源问题。据专家推测，到2050年全世界的新能源占比将达到50％左右，风能、潮汐能包括太阳能在内的新能源在本世纪将会得到高速发展。以其独特的优点，太阳能必将在21世纪被重点开发利用，甚至成为未来的主要能源。我国国土面积宽广，太阳能资源丰富。在2017年，我国在宁夏北部、甘肃北部、新疆南部、青海西部、西藏西部地区太阳能年辐射量高达6680-8400四MJ/m2·年（1855-2333四kWh/m2·年），相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量，标准光照下年平均日照时间有5.08-6.3小时。即使在湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、黑龙江、台湾东北部等地区太阳能年辐射量也有4190-5016四MJ/m2·年（1163-1393四kWh/m2·年），相当于140～170kg标准煤燃烧所发出的热量，标准光照下年平均日照时间3.1-3.8小时。由这些数据，我们不难看出太阳能就是一座取之不尽用之不竭的能源宝库，能等着我们来开采。
我们可以拿太阳能路灯与市照明灯做一做对比。
市照明灯安装复杂：安装市照明灯，不但选址复杂，还要开槽挖沟，四埋管四，浇注路灯基础，铺设电缆；之后还要做绝缘测试、路灯安装、电气设备安装、试验、调试等一系列复杂的工程，其中任何一步出现问题，就得大面积返工。
太阳能路灯安装简便：独立安装，不需要埋线、回填、节省施工费用，不会有停电限电顾虑，在没有电的地方一样能使用。
市照明灯开支很高：市照明灯在工作时不仅需要支付高昂的电费，还要提供越来越多的维护费用。
太阳能路灯开支低：虽然太阳能路灯的造价相较于普通路灯较高，但从长远的角度来看，太阳能路灯不需要缴纳电费、自主供电、运行和维护费用低。不需要电力增容设备，免去了配套设备的费用。而且太阳能灯具是自动控制，不需要人员管理，又省掉了管理开支。
市照明灯有安全隐患：路灯电源镇流器的质量很差，还没有漏电保护功能；利用电缆金属外皮作PE总干线工艺复杂，可靠性低。
太阳能照明灯安全可靠：使用的直流电压在12V~36V，非常安全，即使在恶劣的环境和气候条件下，也不会有触电、火灾等发生；同时还具备反极性保护、声控、温度补偿、和防雷、光控等功能。
太阳能照明的其它优势：太阳能灯具环保、无污染、无辐射，可靠耐用，使用寿命长，光效强，采用高效节能灯光源，长期耐用；更换下来的太阳能电池板可以回收利用。对比综上所述，太阳能照明灯绿色安全无污染还免维护等优点将更有利于城市可持续发展建设。
一、选题简介、意义
由于全球性的能源危机，在世界范围普遍重视可再生的能源利用与研究。太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染等优点，正得到迅速的推广应用。太阳能路灯以其不用专人管理和控制，安装一次性投资无需日后电费开支，无需架设输电线路或挖沟铺设电缆．可以方便安装在广场、校园、公园以及不便于架设输电线路的地方等多方面的优点而越来越受到重视。
太阳能灯照明的其它优势：绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。综上对比所述，太阳能照明之安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性将为楼盘的销售、市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
（一）主要内容：
本设计以52单片机为基础，由STC89C52单片机电路+LCD1602液晶显示电路+光照检测电路（光敏电阻）+A/D采样芯片PCF8591电路+继电器控制电路+4位高亮LED灯照明电路+4位LED灯电量指示电路+电源电路组成。
（二）拟解决的主要问题与研究步骤：
1方案的设计与论证：控制方案的确定；控制方式的选择
2硬件电路的设计：系统的功能分析及体系结构设计；模块电路的设计
3软件设计：编程语言选择；keil软件设计思想
（三）预期目标：
1、通过太阳能电池板对蓄电池的充电功能。
2、具有过充和过放保护电路，过充（蓄电池电压高于14.4V）时，继电器断开，以防止蓄电池过充。过放（蓄电池电压低于10.6V）时，高亮LED灯在任何时刻均不会亮。以保护蓄电池。
3、具有光控作用，通过4个高亮LED灯模拟路灯，晚上灯亮，白天灯不亮。且光照阈值可以通过光照传感器上的电位器调节。
4、通过4个灯来显示蓄电池的电量，25%，50%，75%，100%。
5、LCD1602液晶实时显示蓄电池电压值、以及蓄电池充电状态。
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
第一章o绪论
1.1课题背景及其意义o
1.2o国内外的研究状况oooooo
第二章o方案的设计与论证
2.1确定控制方案
2.2选择控制方式
2.2.1o单片机芯片的选择
2.2.2显示方案的选择
2.2.3oA/D采样芯片的选择
第三章o硬件电路的设计
3.1系统的功能分析及体系结构设计
3.1.1系统功能分析
3.1.2系统总体结构
3.2模块电路的设计
3.2.1STC89C52单片机核心系统电路的设计
3.2.2o12V转5V电源电路设计
3.2.3o5V继电器控制电路设计
3.2.4分压电路设计
3.2.5光照检测模块电路设计电路设计
3.2.6o高亮LED灯照明电路设计
3.2.7oLCD1602液晶显示电路设计
3.2.8 PCF8591oA/D采样电路设计
3.2.9oLED信号指示灯电路设计
第四章o软件设计
4.1o编程语言选择
4.2okeil软件的设计思想
4.3o程序流程图
参四考四文四献
1. 赵小兰,胡征,王培坤,林晓欢,庄衍竖,黄维沛.四多功能自行车码表设计[J].四电子测试,2013.
2. 任强.四传感器选用原则.四计量工作.2004.
3. 李全利.单片机原理及应用技术.北京：高等教育出版社.2009.
4. 李维提,郭强.液晶显示应用技术.北京：电子工业出版社.2006.
5. 赵小兰,胡征,王培坤,林晓欢,庄衍竖,黄维沛.四多功能自行车码表设计[J].四电子测试,2013.
6. 郑人杰.四计算机软件测试技术.四北京:四清华大学出版.1992.四四
7. 胡汉才.四单片机原理及系统设计.四北京:清华大学出版社.2002.四
8. 张俊谟.四单片机中级教程原理与应用.四北京航空航天大学出版社.2002.
9. 赵负图,传感器集成电路手册,第一版,化学工业出版社.2004四.
10. 马建国.电子系统设计.北京：高等教育出版社.2004.1.四
11. 谭浩强.C程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社.2005.7四.
12. 王建校.51系列单片机及C51程序设计[M].北京:科学出版社.2002.四
13. 霍孟友.单片机原理与应用[M].北京：机械工业出版社.2004.
14. 李广弟,单片机基础,北京：北京航空航天大学出版社.2001.
15. WolfW,孙玉芳等译.嵌入式计算系统设计原理.北京:机械工业出版社.2002.
16. 向晓汉.电气控制与PLC技术.人民邮电出版社.2012
17. 单正娅，苒长颖.单片机应用技术（C语言版）.西安电子科技大学出版社.
18. 向晓汉,宋昕.变频器与步进/伺服驱动技术完全精通教程.化学工业出版社.
19. 谭浩强.C语言程序设计（第三版）.清华大学出版社.
20. 俞云强.传感器与检测技术.高等教育出版社.
