基于51单片机太阳能路灯的控制系统
基于单片机的太阳能路灯控制系统
基于单片机的太阳能路灯控制系统概述太阳能路灯是一种节能环保的新兴路灯，其优点在于不需要外接电源，只需利用太阳能进行充电，从而在夜间提供照明服务。
本文将介绍一种基于单片机的太阳能路灯控制系统，该系统能够自动调节亮度，提高能源利用率，同时延长路灯使用寿命。
设计方案该控制系统由三个主要部分组成：太阳能电池板、可充电蓄电池和单片机控制电路。
太阳能电池板将光能转化为电能，通过充电控制电路将电能储存到可充电蓄电池中。
如图所示：system_designsystem_design在夜间，单片机控制电路将控制电路工作在路灯的亮度调节模式下。
当路灯检测到环境亮度低于一定阈值时，系统将开启路灯以提供光照服务。
当环境亮度逐渐升高时，系统将自动调整亮度，以达到最佳能耗效率。
该系统还具有手动控制功能，这意味着用户可以在必要时手动开启或关闭路灯。
系统实现该系统采用了一块ATmega328P单片机，它是一款高性能、低功耗的8位微处理器。
该单片机具有丰富的程序存储器和数据存储器，可满足我们应用程序的要求。
为了测量环境亮度，我们使用一个光敏电阻，并将其连接到单片机的模拟输入引脚。
当电阻接收到的光线强度变化时，它的阻值将发生变化，并通过模拟信号输入到单片机中。
控制电路使用的是一个H桥直流电机驱动芯片，它可用于控制电机和灯的功率输出。
我们将其配置为驱动LED灯，以提供路灯的光照服务。
该系统还配备了一个电容充放电电路，用于确保可充电蓄电池的充电和放电过程。
该电路使用一个集成电路和几个外部元器件，通过PWM输出信号进行控制。
系统测试为了测试该系统的功能，我们将其放置在光线较强的环境下进行测试。
通过多次测试，可以得出该系统具有以下功能：•延长路灯使用寿命•自动调节亮度•实现手动控制•具有过充保护和过放保护功能•系统运行稳定，可靠性高基于单片机的太阳能路灯控制系统是一种高效的节能环保产品。
该系统采用了新兴的太阳能技术，为城市的照明服务提供了更可靠、更环保的方法。
基于单片机的太阳能路灯控制系统设计
目录
01 一、系统需求分析
02 二、系统硬件设计
03 三、系统软件设计
04 四、结语
05 参考内容
随着社会对环保和能源利用的度不断提高，太阳能路灯控制系统在城市照明 中的应用越来越广泛。这种系统可以有效降低电力消耗，减少碳排放，同时提高 能源利用效率。本次演示将探讨基于单片机的太阳能路灯控制系统的设计。
三、系统软件设计
系统软件设计主要是根据传感器的输入和预设规则来控制路灯的开关和亮度。 具体来说，程序需要实现以下几个功能：
1、实时监测环境光线和时间：通过读取光敏电阻或数字光感器的电压值以 及GPS模块或网络时间服务器的当前时间，程序可以实时获取环境光线和时间数 据。
2、控制路灯开关：根据当前时间和环境光线强度，程序可以判断是否需要 打开或关闭路灯。例如，在夜晚或光线较弱的情况下，程序可以自动打开路灯； 而在白天或光线较强的情况下，程序可以自动关闭路灯。
5、日志记录：为了方便后期维护和管理，程序需要具备日志记录功能。例 如，记录每天的开关灯时间、亮度值以及异常情况等。
四、结语
基于单片机的太阳能路灯控制系统设计可以有效提高城市照明的智能化和绿 色化水平。通过实时监测环境光线和时间，自动控制路灯的开关和亮度调节，可 以有效降低电力消耗和碳排放，同时提高能源利用效率。这种系统不仅可以广泛 应用于城市道路照明中，也可以为其他领域提供一种绿色、智能的能源利用方案。
参考内容
随着人类对可再生能源的依赖日益增加，太阳能路灯系统在公共照明领域中 的应用越来越广泛。这种系统不仅可以节约电力，降低碳排放，而且可以持续供 电，不受天气影响。然而，如何有效地管理和控制太阳能路灯系统，使其在保证 照明质量的最大限度地减少电力消耗，是当前面临的一个重要问题。本次演示提 出了一种基于单片机的太阳能路灯智能控制系统设计，以解决这一问题。
基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计
基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增加，太阳能作为一种清洁、可持续的能源形式，已经引起了广泛的关注和应用。
太阳能热水器作为一种常见的太阳能应用产品，其在节能减排、提高生活质量等方面具有显著的优势。
然而，太阳能热水器在实际使用过程中，仍存在一些问题，如水温控制不稳定、能效利用率不高等。
为了解决这些问题，本文提出了一种基于51单片机的太阳能热水器控制系统设计方案。
该系统以51单片机为核心控制器，结合温度传感器、水位传感器、执行机构等硬件设备，实现了对太阳能热水器水温和水位的精确控制。
通过实时监测水温和水位信息，系统能够自动调整加热功率和补水流量，确保水温稳定在用户设定的范围内，同时避免了水资源的浪费。
系统还具有故障诊断功能，能够及时发现并处理潜在的故障问题，提高了系统的可靠性和稳定性。
本文首先介绍了太阳能热水器的工作原理和现状，分析了传统控制系统存在的问题和不足。
然后，详细阐述了基于51单片机的太阳能热水器控制系统的硬件组成和软件设计。
在硬件设计方面，本文介绍了各个硬件模块的功能和选型原则，包括温度传感器、水位传感器、执行机构等。
在软件设计方面，本文详细说明了系统的控制算法和程序流程，包括温度控制算法、水位控制算法、故障诊断算法等。
本文通过实验验证了系统的可行性和有效性，为太阳能热水器的智能化、高效化提供了有益的探索和实践。
本文的研究不仅有助于提升太阳能热水器的能效利用率和用户体验，还为其他可再生能源应用产品的智能化控制提供了有益的参考和借鉴。
本文的研究成果对于推动太阳能热水器行业的技术进步和产业发展具有重要的现实意义和应用价值。
二、太阳能热水器控制系统总体设计太阳能热水器控制系统的总体设计是确保整个系统高效、稳定运行的关键。
在设计过程中，我们充分考虑了太阳能热水器的实际应用场景和用户需求，以及51单片机的性能特点，从而构建了一个既实用又可靠的控制系统。
基于51单片机的太阳能风能互补路灯控制系统设计
基于51单片机的太阳能风能互补路灯控制系统设计作者：韩钦商永尚来源：《科学与财富》2019年第17期摘要：随着工业的发展，对一次能源的消耗越来越多，因为一次能源的有限性，所以我们急需寻找新型能源代替一次能源。
而太阳能和风能相对于一次能源来说是取之不尽、用之不竭的绿色能源。
在这样的情况下，设计出了一种基于51单片机的太阳能风能互补路灯控制器。
关键词：单片机；太阳能风能互补；路灯太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机减少环境污染和温室效应具有重要的意义。
在实际的生产和应用中，它是以太阳能作为电能供给，把白天储蓄的电能用来提供夜间道路照明。
因为不需要消耗电网电能、不需要架设输电线路或挖沟铺设电缆，不污染环境、安全可靠，因而在公共照明及亮化装饰领域有着广泛的应用[1]。
风能是一种无污染、可再生的绿色能源，并且风能设施日趋进步，大量生产可降低成本，在适当的地点，锋利的发电成本已低于其发电机的成本。
风能设施多为立体化设施，可保护陆地和生态。
1.总体方案设计本设计由单片机电路、电源电路、风机发电电路、太阳能电池板电路、锂电池充电保护电路、升压电路、稳压电路、光敏电阻电路、等设计而成。
1、采用风机和太阳能电池板给锂电池充电，具有充电保护电路和稳压电路。
2、锂电池升压到5V给单片机和附属电路供电。
3、路灯用4个高亮LED灯模拟。
4、路灯控制分为自动模式和手动模式，自动模式下通过光敏电阻根据光照强度自动控制灯的开和关，手动模式下可以自由的开灯或者关灯。
系统具体框图如图1所示。
2.硬件电路设计2.1主控制器电路设计主控制器选用的单片机型号为 STC89C52。
STC89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程 Flash 存储器。
该单片机功耗低、接口丰富，成本低廉等优点，适合作为路灯的主控制器。
2.2二挡拨动开关检测电路设计拨动开关是通过拨动开关柄使电路接通或断开，从而达到切换电路的目的的。
基于51单片机的模拟路灯控制系统
中文摘要中文摘要本作品是具有自动化程度高、运行可靠、使用维护方便的照明控制系统，为城市路灯现代化提供了一些参考方案。
系统采用STC单片机为核心的最小系统板，设计了模拟路灯控制系统。
控制系统采用定时器设定时钟功能，设定、显示开关灯时间；用了基于555为核心的红外传感器检测物体的定位。
路灯单元控制系统采用恒流源供电，具有输出功率调整功能，并能定时调整功率。
阐述了基于单片机模拟路灯控制系统实现的设计思想、方法及过程。
该模拟控制系统，能有效的节约能源，减少照灯具的损耗。
城市亮化随之被政府所重视，既而大量的资金投入进行建设和改造中去，使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩，但同时，诸多问题也随之而来：能耗的逐年攀升，产生的某些问题亦逐渐显露出来，如城市路灯的维护量增大，带来人员不足的问题，使得路灯故障时不能得到及时的修复以致造成人民生活的不便；维护费用也随之增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难，给政府带来了相对大的压力；光污染现象严重……这些问题的产生无疑给当地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力，因此他们迫切的想解决此问题，故针对这种情况我们设计并制作了这一节能智能型的模拟路灯控制系统，其主要价值在于能更好的节能与监测，在很多方面给人们带来了方便，给维护人员降低了难度。
在白天模式的时候，还能根据环境明暗的变化控制路灯的开启和关闭路灯，在夜晚模式的情况下，根据交通路面情况自动开关灯。
当灯出现故障不亮时，能够检测并且通过声光系统报警，显示器上显示故障灯的编号。
自制的单元控制器中的LED灯恒流驱动电源，在多数情况下，具有系统稳定，功耗低等特点。
以STC89C51RC为核心，利用时钟控制LED灯的开关时间段，通过红外感应模块将物体运动的信号通过555的TTL高低电平输入单片机，并通过三红外线输入的情况判断物体运行方向，再控制LED灯的开关情况。
并完成四方面的功能：时间设定功能，环境明暗判断，独立控制功能，交通条件控制功能。
基于51单片机的路灯控制系统
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。
那末靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。
交通信号灯控制方式不少。
本系统采用 STC-51 系列单片机 AT89C51 来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过 8051 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩 3 秒时黄灯闪烁警示(交通灯信号通过 PA 口输出，显示时间直接通过双位数码管) ,浮现交通意外的情况下，必须使东西南北方向上的显示灯都为红灯，以便交通警察及时处理。
本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。
目录第一章设计任务................................................. - 3 - 第二章设计目的................................................. - 4 - 第三章设计思路................................................. - 4 - 第四章STC-51 芯片简介........................................... - 5 - 第五章基础知识................................................. - 8 -(一)管脚说明............................................... - 8 -(二)定时器/计数器.......................................... 9 -(三)定时器／计数器的概念.................................. - 10 -1.89C51 单片机内有两个可编程的定时器／计数器T0 、T1 ............. - 10 -2.定时器／计数器的相关寄存器 ........................................................ - 10 -(四)定时器／计数器的 4 种工作方式......................... - 11 -1.方式0 ................................................................................................. - 11 -2.方式1 ................................................................................................. - 11 -3.方式2 ................................................................................................. - 11 -4.方式3 ................................................................................................. - 12 -(五)定时器／计数器的编程.................................. - 12 -1.定时器／计数器的初始化 ................................................................ - 12 -2.定时器／计数器初值的计算 ............................................................ - 12 - 第六章主程序设计.............................................. - 13 -(一)系统程序流程图如图6-1 所示........................... - 13 -(二)设计流程图如图6-2 所示 ............................... - 13 -(三)程序的执行表达表如表6-3 所示......................... - 14 - 第七章Proteus 仿真图及各单元电路 ............................... - 15 -1.程序正常仿真中如图7-2 所示 ......................................................... - 15 -2.时钟震荡电路 .................................................................................... - 15 -3.复位电路 ............................................................................................ - 16 -4.紧急情况 ............................................................................................ - 16 - 附录一：C 程序源代码............................................ - 18 - 附录二：原理图.................................................. - 26 - 附录三：元件清单表.............................................. - 27 - 附录四：主要参考文献............................................ - 27 -交通灯的硬件和软件设计，本设计是交通灯的控制实验，必须要先了解实际交通灯的变化规律。
基于单片机的智能路灯控制系统的设计
基于单片机的智能路灯控制系统的设计摘要：随着社会进步，需求和单片机应用领域的不断扩展，各类智能产品、控制系统都是以单片机技术为核心来进行开发设计。
本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51和相关的光电检测设备设计路灯控制器，关键词：路灯；单片机技术；控制如今，路灯已经是城市道路景观的一个重要部分，已经成为城市照明系统中不可缺少和不可分割的一部分，成为了市民出行和城市美化、亮化的一个基本要求。
随着社会文明的不断发展，城市照明已不仅局限于街道的照明，而且发展成了了城市景观等装饰性照明的综合市政工程。
社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性要求不断提高。
随着社会经济的不断发展，能源短缺已经日益制约着经济发展的严重障碍，其中电力短缺已成为制约国民经济的突出矛盾。
我国目前的市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定的节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要有以下几种情况：第一种，采用自耦变压器及磁饱和电抗器的降压技术。
其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则会对灯具造成损坏，相对来说稳压效果较差；第二种是采用电子器件构成的可控硅式设备。
该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元器件较容易发热损坏。
而为了更好的达到控制的目的，现在国内外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯，基本可以达到完全自给自足的效果。
而本文中研究的就是光控路灯的控制器设计。
1.设计题目智能路灯亮灭控制系统设计2.设计内容设计一套路灯亮灭控制系统,以MCS-51系列单片机为核心完成测控任务,当日照亮度超过阈值,控制灯灭;反之,则控制灯亮。
并且要求阈值可调。
3.方案总体设计和论证本次课程设计课题是《智能路灯亮灭控制系统设计》。
此课题要求以路灯控制器为对象，完成硬件系统和软件程序的设计，实现以光线强弱方式来控制路灯的亮灭功能，属于软硬件相结合的题目。
基于51单片机太阳能路灯的控制系统
本设计基于C8051F330的PWM 限流控制器结合蓄电池充放电特性和电池伏安特性，专为LED路灯设计的充放电路。
白天太阳能电池板给蓄电池充电作为供电能源，灯不亮；在晚上，蓄电池对LED路灯放电，达到照明目的。
1 太阳能路灯控制系统硬件设计1.1 硬件组成路灯控制电路系统如图1- 1 所示。
图1-1 路灯控制电路系统1.2 控制器1.2.1 充放电电路选用C8051F330 单片机作主控制芯片，检测太阳电池电压、蓄电池电压及充放电流等参数，并按一定算法控制MOS管的导通和关断，达到控制路灯系统充放电的功能。
图1- 2 为控制器充放电电路图，电池板电压经R1 和R2 分压送至A/D转换口检测，以判别光线强弱。
光照充足时，电池板给蓄电池充电。
控制器实时检测蓄电池端电压，同时按设定转换点的蓄电池端电压值，控制充电各阶段的电压转换和停充。
图1-2 充放电电路1.2.2 MOSFET开关电路设计中用MOSFET 实现电路通断。
MOSFET 开关频率高适合作为PWM 控制充电开关。
采用N 沟道MOSFET ，导通电压Vth>0，由图1- 3 实现MOSFET 驱动。
R1 为基极限流电阻，C 为加速电容。
当输入信号上升、下降时，R1 电阻瞬间被旁路并提供基极电流，在晶体管由导通状态变化到截止状态时能够迅速从基区取出电子（因为R1 被旁路），消除开关的时间滞后，提高开关速度。
图1-3 MOSFET 驱动电路图1.3 电流采样电路通过康铜丝电阻采样的电压经LM358 放大输入单片机，进行数据的处理。
如下图1- 4 所示。
图1-4 电流的采样电路回路电流在康铜丝电阻上产生的压降输入到放大器的反向输入端。
其中 10-R R -U U R U R U -0V0U -U 1203231021====1.4 电源电路如图1- 5 所示，蓄电池电压经过R1 限流后输入到稳压器7812再通过IN4733 进行分压后，经稳压器AS117，将输出电压调至3.3V以供单片机工作。
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本设计基于C8051F330的PWM 限流控制器结合蓄电池充放电特性和电池伏安特性，专为LED路灯设计的充放电路。
白天太阳能电池板给蓄电池充电作为供电能源，灯不亮；在晚上，蓄电池对LED路灯放电，达到照明目的。
1 太阳能路灯控制系统硬件设计
1.1 硬件组成
路灯控制电路系统如图1- 1 所示。
图1-1 路灯控制电路系统
1.2 控制器
1.2.1 充放电电路
选用C8051F330 单片机作主控制芯片，检测太阳电池电压、蓄
电池电压及充放电流等参数，并按一定算法控制MOS管的导通和关
断，达到控制路灯系统充放电的功能。
图1- 2 为控制器充放电电路图，电池板电压经R1 和R2 分压送至
A/D转换口检测，以判别光线强弱。
光照充足时，电池板给蓄电池充
电。
控制器实时检测蓄电池端电压，同时按设定转换点的蓄电池端电压
值，控制充电各阶段的电压转换和停充。
图1-2 充放电电路
1.2.2 MOSFET开关电路
设计中用MOSFET 实现电路通断。
MOSFET 开关频率高适合作为PWM 控制充电开关。
采用N 沟道MOSFET ，导通电压Vth>0，由图1- 3 实现MOSFET 驱动。
R1 为基极限流电阻，C 为加速电容。
当输入信号上升、下降时，R1 电阻瞬间被旁路并提供基极电流，在晶体管由导通状态变化到截止状态时能够迅速从基区取出电子（因为R1 被旁路），消除开关的时间滞后，提高开关速度。
图1-3 MOSFET 驱动电路图
1.3 电流采样电路
通过康铜丝电阻采样的电压经LM358 放大输入单片机，进行数据的处理。
如下图1- 4 所示。
图1-4 电流的采样电路
回路电流在康铜丝电阻上产生的压降输入到放大器的反向输入端。
其中 10-R R -U U R U R U -0V
0U -U 12032
31021====
1.4 电源电路
如图1- 5 所示，蓄电池电压经过R1 限流后输入到稳压器7812再通过IN4733 进行分压后，经稳压器AS117，将输出电压调至3.3V以供单片机工作。
图1-5 电源电路
1.5 外围电路的硬件设计
C8051F330 的P0.2 为蓄电池电压采样值输入，P0.3 为太阳能光伏电压采样值输入，P0.4 为主电路中电流采样输入，P0.1 与P0.5 设计为脉宽调制信号输出，P0.6 为温度检测输入，加设拨码开关为路灯设置定时，可分别定时1～16 个小时。
2 软件设计
2.1 系统软件框图
程序设计完成系统初始化，并以查询方式检测电路参数及控制充放电，其流程图如图2- 1 所示：
图2-1 软件流程图
根据铅酸蓄电池特点，应用C8051F330 的PWM 功能对其进行充电管理。
当太阳能电池正常充电时蓄电池开通，MCU关断负载；夜间或太阳能电池不充电时蓄电池对LED放电。
当充电电压高于28.2V时，停止对蓄电池充电；此后当电压掉至24.8V时，蓄电池进入浮充态，当低于21.6V后，浮充态关闭，进入均充态。
当蓄电池电压低于21.6V时，MCU停止对负载供电，以保护蓄电池不过放。
2.2 充电程序（PWM波输出控制）C8051F330 的可编程计数器阵列PCA实现3 路8 位PWM 或16 位PWM 功能。
PCA 的PCA0H 与PCA0L 决定调制波频率，通过改变捕捉/ 比较模块的高字节PCA0CPHn 与低字节PCA0CPLn 可以改变调制波的占空比。
本设计通过调节占空比实现蓄电池三个充电阶段：蓄电池电量小于21.6v 快充，大于21.6v 小于24.8v 均匀充，大于24.8v 小于28,2v浮充。
采用8 位PWM 输出，占空比η为η=（256- PCAOCPHn）/256
附程序：
voidCharge （void）
{
if （c>0x0f0a）//>28.2v关闭充电
{
PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA模块0的比较器功能
PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比
PCA0CPH0=0xFF；// 占空比约为0%
P0_1=1；
}
else
if （c>0x0d3a）//>24.8v浮充电
{
PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA模块0 的比较
器功能
PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比
PCA0CPH0=0x80；// 占空比为50%
P0_1=1；
}
else
if （c>0x0b85）//>21.6v均充电
{
PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA 模块0 的
比较器功能
PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比
PCA0CPH0=0x30；// 占空比为81.25%
P0_1=1；
}
else // 快充电
{
PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA 模块0 的比
较器功能
PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比
PCA0CPH0=0x00；// 占空比为100%
P0_1=1；
}
3 总结
本设计依照光伏发电的工作特点和运行规律进行试验，其高效节能的照明，准确对太阳能半导体系统进行充、放电控制，从而能有效维持蓄电池的寿命，并且蓄电池在经过4 天的连续阴雨天后，仍可以正常工作，基本符合本设计的要求。