基于61单片机的藏式特色太阳能智能路灯系统的设计与实现

邓利华，武 强，梅卫龙，肖 瑶

（西藏大学 工学院 电子信息系，西藏 拉萨 850000）

随着西藏地区社会经济、文化的日益发展，交通运输量也在不断地加大，尤其是路灯管理的安全性要求更高，因此各主要道路路灯设备的设计需要更加完善，太阳能作为一种新型能源，越来越受到人们的重视，合理有效的利用好太阳能，已逐步成为节能环保的一种趋势。西藏太阳能资源居中国首位，对其利用有着天然的优势。因此为使西藏各主要道路管理更加智能化、人性化，更合理有效地利用太阳能，笔者设计出一款藏式特色太阳能智能路灯系统。文中采用SPCE061A[1]作为主控芯片，通过61单片机[2]控制片内高速AD对温度传感器、光照度传感器[3]等进行采样，相关数据参数（包括系统设置的万年历等）经过LCD显示；同时笔者利用高亮LED灯作为发光源提供照明，高性能蓄电池作为储存电能的工具，将电池板提供的电能存储起来。文中设计不仅具有良好的市场前景和突出的民族特色，而且实现了能源的高效利用和路灯系统的高效人性化设计。

1 系统设计方案

1.1 系统硬件设计

文中设计的硬件包括，凌阳公司的SPCE061A单片机 、稳压电路、过充过放保护电路。本文中主要利用太阳能电池板[4]将太阳能转化为电能，并储存在蓄电池中，由蓄电池给硬件部分提供电源，通过稳压电路提供单片机工作电压[5]，主控芯片SPCE061A控制LCD显示和AD采样，太阳系统硬件设计框图如图1所示。

图1 系统硬件结构框图Fig.1 Structure diagram of system hardware

1.1.1 SPCE061A简介

SPCE061A是继μ’nSPTM系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。其工作电压（CPU）VDD 为 2.4～3.6 V （I/O）VDDH 为 2.4～5.5 V。 CPU时 钟 ：0.32～49.152 MHz； 内 置 2K字 SRAM 内 置 32K FLASH；可编程音频处理；晶体振荡器；系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2μA@3.6 V；2个16位可编程定时器/计数器 （可自动预置初始计数值）；2个10位DAC（数－模转换）输出通道；32位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；较高的处理速度使μ’nSPTM能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。SPCE061A的芯片引脚如图2所示。

图2 引脚图Fig.2 Diagram of pins

1.1.2 充电电路

系统的主充电回路电路原理图如图3所示。J1为太阳能电池板接入端子整个系统的主控单片机工作于5.0 V电压下，控制电路工作于6.0 V电压，由蓄电池提供。

由上所述，J1接入太阳能电池板，整个主回路的充电则必须通过MOS管 V1→L1→D1（2545）→B+→⊥ 形成充电回路，而整个充电的核心就是对MOS管V1的控制，而由R11，Q3（8050），R7，R3以及 MOS 管 IRF9540 构成的电路网路是实现对MOS管V1控制的关键。不难看出，在NPN三极管的基极通过R11与PWM（脉冲宽度调制）相连接，而该PWM波则是通过SPCE061A主控板输出控制信号。当PWM输出为低电平时，此时，NPN三极管Q3的主回路处于截止状态，由此可以判断，MOS管V1的1号脚和3号脚电位相等，MOS管处于截止状态，此时，太阳能电池板与蓄电池的充电回路等价于开路状态；当PWM输出为高电平时，Q3导通，此时，太阳能电池板正极→R3→R7→Q3→⊥形成回路，由于R3的分压作用，使得MOS管导通，充电主回路导通，蓄电池则处于充电状态。

整个电路控制的核心则是PWM波对MOS管导通截止的控制，本项目的设计采用的是三段式充电方法，而主控板SPCE061A具备PWM输出功能，保证了本系统实现三段式充电算法，从而有效地保护蓄电池。

1.1.3 LCD显示电路

LCD显示电路采用SPLC501液晶显示控制器，SPLC501多用于小规模的液晶显示器件，常被装配在图形液晶显示模块上，以内藏控制器型图形液晶显示模块的形式出现。内藏SPLC501单屏结构点阵图形液晶显示的模块方框图如图4所示。单片机对SPLC501有2种访问方式：直接访问与间接访问。直接访问利用三总线以I/O设备访问形式进行控制；间接访问则由单片机提供并行接口[6]，以程序控制时序的方式进行控制。为简化程序，这里采用直接访问方式，如图5所示。LCD引脚及其功能如表2所示。

图3 充电主回路原理图Fig.3 Main charging circuit schematics

1.2 SPCE061A单片机软件设计

图4 液晶显示系统框图Fig.4 LCD system block diagram

图5 直接访问方式Fig.5 Method of direct access

表2 LCD引脚及其功能Tab.2 Pins and function of LCD

SPCE061A单片机软件主要包括显示函数、AD采样函数、初始化函数以及主函数。软件设计的主程序流程框图如图6所示，子函数详细功能如表3所示。

图6 主程序流程框图Fig.6 Flow chart of main program

2 整体测试结果

本项目顺利完成，最终效果与设计要求误差不大。整体测试结果如表4所示；整体实物图如图8所示。

表3 子函数功能说明Tab.3 Explaining function of subfunction

表4 整体测试结果表Tab.4 Overall test result in table

图7 参数显示Fig.7 Parameters display

图8 整体实物图Fig.8 Overall physical figure

3 结束语

文中运用SPCE061 A作为主控芯片结合温度传感器、光照度传感器、红外传感器、液晶显示等制作了一个由太阳能供电，充分并有效地利用了能源的人性化藏式特色智能路灯系统。本文采用的SPCE061 A控制芯片具有较高的执行效率，功耗低，稳定性好，实现了智能化控制[7]。通过对太阳能的合理利用，和民族特色的集中体现，本设计不但解决了藏地的实际问题而且具有非常好的市场空间。

[1]罗亚非.凌阳16位单片机应用基础[M].北京：北京航天航空大学出版社，2005.

[2]张毅刚.单片机原理及应用[M].2版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

[3]王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2007.

[4]周志敏，周纪海，纪爱华.太阳能LED路灯设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5]康华光.电子技术基础模拟部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[6]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.北京：清华大学出版社，2010.

[7]董尚斌.电子线路[M].北京：清华大学出版社，2006.