基于51單片機(jī)多功能太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了充分利用太陽(yáng)能，提高能源的利用效率，文中結(jié)合太陽(yáng)能與C8051F020單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了多功能太陽(yáng)能路燈的設(shè)計(jì)；文中通過(guò)太陽(yáng)能提供電源，給各硬件部分供電；C8051F020控制采樣函數(shù)，并利用LCD顯示采樣數(shù)據(jù)的相關(guān)信息。文中設(shè)計(jì)的多功能太陽(yáng)能路燈具有安全環(huán)保、功耗低、外觀設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明大方、實(shí)用性強(qiáng)，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：能源；多功能；C8051F020；采樣；實(shí)用性

    隨著社會(huì)發(fā)展的步伐日益加快，人們對(duì)新型能源地開(kāi)發(fā)利用程度不斷加大，太陽(yáng)能作為一種新型能源，越來(lái)越受到人們的重視，合理有效的利用好太陽(yáng)能，已逐步成為節(jié)能環(huán)保的一種趨勢(shì)。西藏太陽(yáng)能資源居中國(guó)首位，也是世界上最豐富的地區(qū)之一，全年平均日照時(shí)數(shù)在3 000小時(shí)左右。因此為了更環(huán)保、更加節(jié)能，合理有效地利用太陽(yáng)能，我們?cè)O(shè)計(jì)出一款多功能太陽(yáng)能路燈。文中采用C8051F020作為主控芯片，通過(guò)51單片機(jī)控制片內(nèi)高速AD對(duì)紫外線傳感器、溫度傳感器、光照度傳感器等進(jìn)行采樣，對(duì)拉薩環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)(特別是紫外線強(qiáng)度的監(jiān)測(cè))，相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)經(jīng)過(guò)LCD顯示，用戶可通過(guò)需要顯示廣告信息，如進(jìn)行公益廣告，商業(yè)廣告相關(guān)信息的宣傳；同時(shí)利用具有高效節(jié)能的LED燈作為發(fā)光源提供照明，蓄電池作為儲(chǔ)存電能的工具，將獲取的太陽(yáng)能存儲(chǔ)起來(lái)。本設(shè)計(jì)不僅具有良好的市場(chǎng)前景，而且實(shí)現(xiàn)了能源的高效利用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    文中設(shè)計(jì)的硬件包括，新華龍電子公司的C8051F0201單片機(jī)、穩(wěn)壓電路。文中主要利用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存在蓄電池中，由蓄電池給硬件部分提供電源，通過(guò)穩(wěn)壓電路提供單片機(jī)工作電壓，主控芯片C8051F0201控制LCD顯示和AD采樣，太陽(yáng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

1．1．1 C8051F020簡(jiǎn)介
    C8051F020(以下簡(jiǎn)稱51單片機(jī))器件是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片，具有32個(gè)數(shù)字I／O引腳。此款51單片機(jī)具有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核(可達(dá)25MIPS)。全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))。12位、100 ksps的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開(kāi)關(guān)。
8位500 ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開(kāi)關(guān)和兩個(gè)12位DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。64 k字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器。4 352(4096+256)字節(jié)的片內(nèi)RAM，可尋址64 K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口。硬件實(shí)現(xiàn)的SPI、Sm Bus／I2C和兩個(gè)UART串行接口，5個(gè)通用的16位定時(shí)器。具有5個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)器／定時(shí)器陣。列片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器，每個(gè)MCU都可在工業(yè)溫度范圍(-45～+85℃)內(nèi)用2．7～3．6 V的電壓工作。端口I／O、／RST和JTAG引腳都容許5 V的輸入信號(hào)電壓。C8051F0201引腳如圖2所示。

1．1．2 AD采樣
    C8051F020有一個(gè)片內(nèi)12位SAR ADC(ADC0)，一個(gè)9通道輸入多路選擇開(kāi)關(guān)和可編程增益放大器。該ADC工作在100 ksps的最大采樣速率時(shí)可提供真正的12位精度，INL為±1LSB，ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測(cè)器，只有當(dāng)ADC0控制寄存器中的ADOEN位被置‘1’時(shí)ADC0子系統(tǒng)(ADC0、跟蹤保持器和PGA0)才被允許工作。當(dāng)AD0EN位為‘0’時(shí)，AD0C子系統(tǒng)處于低功耗關(guān)斷方式。ADC0的最高轉(zhuǎn)換速度為100 ksps，其轉(zhuǎn)換時(shí)鐘來(lái)源于系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，分頻值保存在寄存器ADC0CF的ADCSC位。文中設(shè)計(jì)的AD采樣的啟動(dòng)方式為定時(shí)器3溢出(即定時(shí)的連續(xù)轉(zhuǎn)換，便于實(shí)施數(shù)據(jù)采集)，選用的通道如表1所示。

1．1．3 LCD顯示電路
    LCD顯示電路采用T6963C液晶顯示控制器，T6963C多用于小規(guī)模的液晶顯示器件，常被裝配在圖形液晶顯示模塊上，以內(nèi)藏控制器型圖形液晶顯示模塊的形式出現(xiàn)。內(nèi)藏T6963C單屏結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣圖形液晶顯示的模塊方框圖如圖3所示。單片機(jī)對(duì)T6963C有2種訪問(wèn)方式：直接訪問(wèn)與間接訪問(wèn)。直接訪問(wèn)利用三總線以I／O設(shè)備訪問(wèn)形式進(jìn)行控制；間接訪問(wèn)則由單片機(jī)提供并行接口，以程序控制時(shí)序的方式進(jìn)行控制。為簡(jiǎn)化程序，這里采用直接訪問(wèn)方式，如圖4所示。LCD引腳及其功能如表2所示。

1．2 C8051單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    C8051單片機(jī)軟件主要包括顯示函數(shù)、AD采樣函數(shù)、初始化函數(shù)以及主函數(shù)。軟件設(shè)計(jì)的主程序流程框圖如圖5所示，子函數(shù)詳細(xì)功能如表3所示。

1．3 AD采樣模塊程序


2 整體測(cè)試結(jié)果
    整體測(cè)試結(jié)果如表4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)
    文中運(yùn)用C8051F020作為主控芯片結(jié)合溫度傳感器、紫外線傳感器、光照度傳感器等制作一個(gè)由太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，充分并有效地利用了能源，對(duì)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文采用的C8051F020控制芯片具有較高的執(zhí)行效率，功耗低，易控制，總體設(shè)計(jì)不需外加電源，實(shí)現(xiàn)了智能化控制。通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能的合理利用，本設(shè)計(jì)具有非常好的市場(chǎng)前景，實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化，是節(jié)能減排，構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)的一個(gè)良好發(fā)展趨勢(shì)。