太阳能灯箱研制--华中科技大学

摘 要

本文设计了一种具有时控和光控功能的太阳能灯箱，该灯箱利用光敏电阻实现光电控制，利用单片机AT89S51控制灯箱照明，包括灯箱点亮和熄灭及灯箱点亮和熄灭时间。白天太阳能电池板在系统控制下给电池充电，充满自动断开；傍晚光线暗时控制电路自动接通灯箱电源，此时灯箱点亮，方便广告宣传；深夜行人少时根据设臵的时间熄灭灯箱，这样可避免长明灯节约电能；黎明前车辆和行人多时再自动接通电源点亮灯箱；天亮后自动关断。介绍了太阳能灯箱电路的组成，详细分析了主要电路的工作过程，简述了该灯箱电路的调试过程。

关键词：太阳能电池板，灯箱，光电控制，定时控制

Abstract

This article describes a solar energy lamp-box controller with a time control and a light control functions which controls lamp-box lighting by using an AT89S51 of MCU.The light and off time of the lamp-box was stored in the internal RAM of AT89S51.The photoelectric control is realized by using photoperiod-sensitive resistors. The lamp-box will automatically be switched on power at the dimly afternoon and turned off according to the setted-time when fewer pedestrians appear in the street late at night by control circuit, then automatically be connected to power to light up the lamp-box in the morning and turned off after dawn. In this paper, a detailed analysis of every part of the lamp-box circuit and its working principle and a briefly debugging process of the circuit were given.

Keywords:Solar cell panel, Advertising lamp box, Optoelectronic control, Timing control

目 录

1 前言 ........................................................................................................................... 4

1.1 研究背景、目的与意义 ................................................................................. 9

1.1.1新能源开发的必要性 ........................................................................... 9 1.1.2太阳能利用的优势 ............................................................................... 9 1.1.3太阳能LED灯箱的优势 ..................................................................... 2 1.1.4系统的拓展应用 ................................................................................... 4 1.2 国内外现状 ..................................................................................................... 4 2 方案论证 ................................................................................................................... 6

2.1 设计要求 ......................................................................................................... 6 2.2 方案选择 ......................................................................................................... 6 2.3 系统总体框图 ................................................................................................. 7 3 系统硬件设计 ........................................................................................................... 7

3.1 太阳能充电控制 ............................................................................................. 7

3.1.1 控制电路功能 ....................................................................................... 7 3.1.2 充电控制 ............................................................................................... 8 3.2 LED照明控制 ................................................................................................. 9

3.2.1 稳压电路 ............................................................................................... 9 3.2.2光控电路及单片机最小系统 ................................................................ 9 3.3 照明负载 ....................................................................................................... 12 3.4蓄电池及其选用 ............................................................................................ 14

4.5.1蓄电池 ................................................................................................. 14 4.5.2蓄电池选用 ......................................................................................... 15 3.5 太阳能电池板组件 ....................................................................................... 15

4.4.1太阳能电池板 ..................................................................................... 15 4.4.2太阳能电池板选用 ............................................................................. 18 4.7 显示电路 ....................................................................................................... 19 5 系统软件设计 ......................................................................................................... 20 6 总结 ......................................................................................................................... 21 致谢 ............................................................................................................................. 21 参考文献 ..................................................................................................................... 22 附录1 总体电路 ........................................................................................................ 23

附录2 程序清单 ........................................................................................................ 24

1 前言

1.1 研究背景、目的与意义

由于全球性能源危机，世界普遍重视可再生能源的利用与研究。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。 1.1.1 新能源开发的必要性

跨入21世纪后，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。而能源问题更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更严重的是化石能源的开发利用更加剧了环境的恶化。主要表现为以下几个方面：

(1)能源短缺。常规能源的有限性和分布不均匀，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需求。从长远来看，全球已探明石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，人类迟早要面临化石燃料枯竭的危机局面。

(2)环境污染。燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质排入天空，是大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；甚至在局部地区形成酸雨，严重污染水土资源。

(3)温室效应。化石能源的利用不仅造成环境污染，同时会排放大量的温室气体，产生温室效应，引起全球气候变化 1.1.2 太阳能利用的优势

人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。据预测，到本世纪中叶可再生能源在世界能源结构中将占到50％以上，包括太阳能在内的可再生能源在本世纪将会以前所未有的速度发展，逐步成为人类社会基础能源的重点。太阳能具有独特的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，成为21世纪后期的主导能源。我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，全国各地太阳辐射总量达335～837百万焦耳／平方米·年 中值为586百万焦耳／平方米·年 。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里

平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城’’的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005．7h，相对日照为68％，年平均晴天为108．5天，阴天为98.8天，太阳总辐射为816 ，比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都’’之称的成都市，年平均日照时数仅为1 152．2h，相对日照为26％，年平均晴天为24．7天，阴天达244．6天。其它地区的太阳年辐射总量居中[1]。

太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭\的安全、环保新能源越来越受到重视。在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。

市电照明灯具安装复杂：在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

市电照明灯具电费高昂：市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配臵进行维护或更换，维护成本逐年递增。太阳能照明灯具免电费：太阳能照明灯具是一次性投入，无任何维护成本，三年可收回投资成本，长期受益。

市电照明灯具有安全隐患：市电照明灯具由于在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠。

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。 1.1.3 太阳能LED灯箱的优势

随着可持续发展的不断深入，人们在积极开发各类可再生新能源的同时也在倡导节能减排的绿色环保技术而在照明领域，寿命长节能安全绿色环保色彩丰富微型化的 LED固态照明也已被公认为世界一种节能环保的重要途径，太阳能LED灯箱同时整合了这两者的优势。

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件，不依靠灯丝发热来发光，而是依靠材料中的正负电荷复合来发光，能量转化效率非常高。具有高效、节能、寿命长、免维护、环保等优点。传统的光源功耗比较大，而且大多在高压下工作，使用升压逆变环节又降低了能源利用率，而LED

采用低压直流供电，安全而且光源控制成本低。LED的响应时间一般只有几纳秒至几十纳秒，使频繁开关，调节明暗成为可能。而且LED作为全固态发光体，耐震、耐冲击不易破碎、发热量低、无热辐射、是冷光源、不含汞、钠元素等可能危害健康的物质，废弃物可回收、没有污染。

太阳能灯箱以太阳光为能源，不需要铺设复杂的管线，安全节能无污染。基于单片机的太阳能控制系统很好地把太阳能光伏技术与单片机智能控制技术结合了起来。而且具有电路结构简单、工作稳定可靠、实用性强等优点。

（1）节能环保:据统计，所有路灯改为太阳能路灯可以节省一个三峡水电站的发电量。不仅如此，太阳能是一种清洁的可再生能源，它不仅节约了电能，而且减少了二氧化碳的排放量。有关数据表明太阳能路灯每年可以减少7740万吨二氧化碳就相当于节省了310亿美元的二氧化碳减量成本！

（2）可靠耐用：太阳能路灯在恶劣的环境和气候条件下，光伏发电系统很少发生故障；目前绝大多数太阳能电池组件的生产技术都足以保证10年以上性能不下降，太阳能电池组件可以发电25年或更长的时间。

（3）安装组件积木化：安装灵活方便，便于用户根据自己的需要选择和调整太阳能路灯的容量大小。

（4）安全：太阳能路灯不使用易燃燃料，而且不像交流电那样联网运行，导致在雷击等情况下经常会出现高压浪涌，对设备安全造成威胁，只要设计和安装适当，系统具有很高的安全性。

（5）自主供电：离网运行的太阳能路灯具有供电的自主性、灵活性。 但是太阳能LED路灯的优势远远不仅这些。一般人认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源伟大的革新。除此之外，LED还具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。由于LED具有的光效率高，发热量低等优势，已经越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。

太阳能与LED相结合的技术运用在路灯领域完全符合“绿色，节能，低成本”的现代化设计理念。而且针对现阶段太阳能LED路灯研究遭遇技术“瓶颈”而处于“花香”却难“满园绽放”的尴尬境地的情况，因此这个课题具有很大的研究价值，而从上面一系列的分析中也不难看出这个课题本身所具有的潜在价值更是无法估量的。

1.1.4 系统的拓展应用

基于单片机的太阳能控制系统不仅可以利用在灯箱应用，其设计思路及其技术还可以广泛使用到电池控制器，逆变控制器，汽车等领域，对相关科学具有推动作用并且有很大拓展价值。

（1）用于基于89S51单片机的太阳能电池控制器的研制

太阳能电池发电是基于“光生伏特效应”原理，将太阳能转化为电能，利用充电效应将太阳辐射直接转化为电能。具有永久性、清洁性和灵活性大的优点，是其他能源无法比拟的。

（2）用于太阳能逆变控制器的研制

采用高性能单片机、低损耗MOSFET全数字化控制方案的太阳能逆变控制器，不仅可靠性好、效率高，而且具有针对蓄电池过充、过放、逆变输出过载等异常情况的多种保护措施；价格低廉，功能齐全，具有广阔的市场空间．大力推广使用后，必将创造出巨大的经济效益和社会效益。

（3）用于太阳能车一体化智能化的控制系统设计

该构想将太阳能车电力系统的特点和单片机控制的强大功能相结合，用单片机来实现有现代理念的一体化、智能化监控，给太阳能车这个“绿色汽车”注入了“智能集成化”的强大动力。 1.2 国内外应用现状

在国家可持续发展战略的推动下，太阳能产业从无到有、从小到大发展起来。国内各大研究单位都对太阳能路灯作了详尽的研究，特别是近几年来，已经初步形成在“产业上规模、技术上水平、产品上档次和市场要规范”的产业发展思路引导下，太阳能产业得到了快速发展，如太阳能热水器、太阳能光伏电池技术日趋成熟，产品质量不断提高。

欧洲各国都在开辟通向持久能源的通道，影响他们决策的主要因素是环境保护、创造就业机会和能源供应的安全可靠，可再生能源技术在这些方面有着较大优势。它对环境的影响最小、可替代部分常规能源、增加能源供应的安全性和可靠性。它要求较大的设备投资、创造了更多的就业机会、有助于经济增长[2]。

在欧洲大部分地区，环保的思路推动着替代能源技术的开发，太阳能被公认为是一种极好的替代能源。它的利用有助于降低CO2的排放，因而达到保护环境，很多国家，如丹麦、芬兰、德国和瑞士，都认为气候变暖是推动太阳能研究开发、发展和销售活动的主要因素。尽管受到常规能源的低价影响，在欧洲很多国家中，太阳能装臵市场仍然持续增长。虽然太阳能公司的数量在减少，但保留下来的公司都趋向于更具规模、更能抵御市场的波动。在某些国家实行的电力公司私有化，可能提高他们将太

阳能装臵推向市场的兴趣。在奥地利等国，自己动手建造集热器的活动，促进了太阳能装臵的主动发展。挪威已安装70000多套小型光伏装臵，每年安装约5000套，大多数装臵是为偏远小镇、山区和沿海地带度假旅社供电。芬兰人每年也购买几千套小型(40～100W)光伏装臵，用于消夏小屋。国家石油公司Neste对进一步开发太阳能发电有着强烈的兴趣，重点为建筑物薄膜光伏组件、蓄电池和成套装臵。此外，有些国家在高性能太阳能发电窗、太阳能热水器、储能装臵、透明隔热材料、日光照明和与建筑物结合的光伏装臵等产品的商业化方面进行努力[3]。

法国的太阳能设计师们，正在用“绿色设计”原则代替“太阳能”设计原则，就是要统筹考虑能源性能、安全材料的应用、日光照明、居住的舒适度和健康等因素。这种新设计方法，将应用于Angers的法国环境保护和能源管理署的办公大楼。现今,LED路灯相对于高压钠灯路灯的优越性已被绝大部分专业人士认可，然而遗憾的是目前大多数的LED路灯仍然采用交流电供电，一方面是交流电路灯的技术已经十分成熟，而太阳能路灯还有很多不确定因素，另一方面主要的考虑仍然是太阳能的初始投资过大，从而忽略了太阳能供电的很多根本优越性。

然而真正要用太阳能来取代一切能源还是一个长期而艰巨的任务,任何新生事物最好先从小打小闹开始，而且采用“自产自销”的方式，路灯就是一个最好的采用太阳能的试点工程。而且，节能和减排一样，必须先由政府倡导，甚至像德国那样采用政府补贴的方法来推广。我们欣喜地发现,路灯工程原本即政府工程，是由政府来进行招投标的。因此,由LED路灯取代高压钠灯、由太阳能LED路灯取代交流电LED路灯正是大势所趋。

近年来，随着我国城市建设规模的不断扩大和建设水平的不断提高，我国城市的路灯总数以每年约20%的平均速度递增，全国数千万盏路灯的节电问题已引起政府部门的关注。在能源日趋紧张、电力供应持续紧张的今天，低效、高耗的传统城市照明已成为节能降耗的重要领域。为此，建设部和发改委明确提出城市道路照明要向“高效、节能、环保、健康”的“绿色照明”方向发展。随着太阳能发电技术的不断发展，太阳能路灯以环保、节能等优势成为城市道路照明行业的新宠，市场潜力巨大。我国太阳能路灯首先在沿海发达地区使用，上海市于2005年在崇明岛建成风光互补道路照明工程。在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐成规模，太阳能资源相对丰富的青海省自2006年以来已在西宁等地安装太阳能路灯超过200套；在北京奥运会主要场馆及其相关场所，太阳能路灯得到普遍应用。

然而，业内人士也指出，由于存在成本、技术等诸多问题，现阶段推广太阳能路灯遇到“瓶颈”困扰。总体而言，太阳能路灯在我国城市道路照明行业中仍处于“花香”却难“满园绽放”的尴尬处境[4]。

2 方案论证

2.1 设计要求

（1）电池板功率的计算、选用和蓄电池充放电技术；

（2）光电控制要求光线较暗、路灯未点亮时开始照明灯箱，天亮后关断灯箱电源；

（3）定时控制要求晚上12点时关断灯箱电源，早上5点接通电源、天亮后关断电源；

（4）LED或直流无极灯灯具、发光亮度的计算、测试，以及与4×20W日光灯照明亮度的等效计算和测试；

（5）系统有很好的抗干扰性，断电时可以保存用户所设定的各种参数。 2.2 方案选择

太阳能灯箱跟普通灯箱控制电路功能基本一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用,还有就是对蓄电池的充电管理。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。

单独的光控型一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启灯箱；早上光线较强时，自动关闭灯箱，达到自动控制的作用。为节省电力，早期的光控开关，使用分立半导体器件，电路复杂，元器件较多，体积也较大，并且故障率高。随着半导体技术的发展，出现了时基集成电路，如NE555等，使光控开关电路简化。感光探头是影响光控开关性能的关键元器件，同时对它安装位臵也有一定要求，力求避免各种干扰光线，但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线，经常会产生误动作[6]。

采用时钟控器型的灯箱控制器，要预先设定开关时间，使灯箱按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于节省电力。定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型，机械钟表型以石英钟为主，走时精准，但是由于机芯内使用塑料齿轮在高温下会变形，从而导致停机现象。电子钟表型定时开关使用的也较多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成块为中心的电子钟电路。近几年还出现将电子钟LED液晶显示为一体的集成块，体积小、外围元器件少，可设六组开关点，有星期功能，许多厂家大量生产该产品，现在大多用于灯箱控制中。

经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关不会自动变换开关时间之短处。目前灯箱控制常采用这种

控制方式，但其价格较高，在灯箱中使用将会增加不必要的成本。

灯箱的智能控制这一课题己有研究者，且目前有较成熟的产品上市。本设计是结合以上几种控制方式的优点，综合从节电、经济和实用等方面考虑，利用定时控制和光敏电阻控制相结合的方式，实现太阳能灯箱的设计。 2.3 系统总体框图

根据各部分电路的功能不同，整体电路可以分为以下几个部分，太阳能电池板组件、充电控制电路、单片机系统、蓄电池、光控电路和照明负载。

白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚光控电路发出一个信号给单片机系统，单片机系统根据要求控制蓄电池对灯箱放电，工作设定时间以后时控电路 发出一个信号给单片机系统，单片机系统根据要求停止蓄电池对灯箱的供电；黎明前时控电路再给单片机发出一个信号，单片机系统根据要求控制蓄电池对灯箱放电，天亮后光控电路给单片机系统发出一个信号，单片机系统根据要求控制蓄电池停止放电，蓄电池放电结束。系统总体方框图如图1所示。

太阳能电池板充放电控制电路LED负载单片机系统蓄电池组光控电路

图1 系统总体框图

3 系统硬件设计

3.1 太阳能充电控制 3.1.1 控制电路功能

太阳能电路的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护的作用。控制电路根据蓄电池电压高低，调节充电电流大小，决定是否向负载供电，并具有以下性能：经常保持蓄电池处在饱满状态，防止蓄电池过度充电，防止夜间蓄电池

向太阳能板反向充电，蓄电池反接保护，太阳能极板反接保护。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。 3.1.2 充电控制

过充控制，就是在蓄电池的端电压达到一定值时，处于过充状态时断开充电电路，以免影响蓄电池的寿命。过充控制是为了保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。图5给出了一种充电控制电路。电容C1、C2用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激震荡振荡和抑制电路引入的高频干扰， C3电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的的低频干扰，D2在输入关断时保护稳压器7815。稳压器7815及其周围元件为LM317提供相对稳定的输入电压以便后续电路更有效的工作。电路开始充电时，由于可控硅SCR的触发端G的电压（取决于蓄电池两端电压）不足以触发导通，所以LM317、R1及R2组成恒流源，通过D3向蓄电池恒流充电，电流为

Io?1.25/R1 （1）

其中1.25为LM317的输出电压最低值。经过一段时间后，蓄电池电压上升到最大允许值，SCR触发导通（触发值由P2确定），此时电路就变成恒压电源，输出电压由P1确定。

VVo?1.25(1?P1/R2)?VAK?VD3 （2） ?1.25(1?P1/R2)V （3）

o其中VAK为SCR导通时阴、阳极之间的压降，VD3为D3导通时的压降。此时LED1亮，表示电池快充满。当电池电压逐渐上升与输出电压接近，充电电流越来越小，最后接近于零，电池充电结束。

LM317123D1D2R10.67815R2OUT3C2P13KLED1R3300SCRP210KDYC310u/20V220D3太阳能电池板C1INGND21R4470 图2 充电控制电路

3.2 LED照明控制 3.2.1 稳压电路

稳压电路如图3所示。系统太阳能供电，12V蓄电池电压经过7805稳压后产生5V电压，作为控制器的主电源。电容C4、C5用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激震荡振荡和抑制电路引入的高频干扰， C6电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的的低频干扰。

12VD35V78051Vin+5V2C6GNDC5C43

图3 稳压电路图

3.2.2 光控电路及单片机最小系统

光控电路由光照度检测电路和单片机控制电路组成，光控电路如图4所示，单片机最小系统如图5所示。

VCCR152MP2.2R14C9

图4 光控电路

VCC1234567891011121314151617181920P1.0VCCP1.1(AD0)P0.0P1.2(AD1)P0.1P1.3(AD2)P0.2P1.4(AD3)PO.3P1.5(AD4)P0.4P1.6(AD5)P0.5P1.7(AD6)P0.6RET(AD7)P0.78951(RXD)P3.0EA/Vpp(TXD)P3.1ALE/PROG(INT0)P3.2PSEN(INT1)P3.3(A15)P2.7(T0)P3.4(A14)P2.6(T1)P3.5(A13)P2.5(WR)P3.6(P12)P2.4(RD)P3.7(A12)P2.3XTAL2(A10)P2.2XTAL1(A9)P2.1GND(A8)P2.04039383736353433323130292827262524232221K6C6R12200R131KC712MHZY1C8

图5 单片机最小系统

光照度检测电路由光敏电阻器R14、2M电阻、电容C9和8050三极管组成。控制电路为单片机控制电路。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。设计中选取的是可见光光敏电阻。

光敏电阻R14和2M电阻分压驱动三极管，当白天光线较强时，光敏电阻R14很小，三极管截止，单片机检测到P2.1为高电平，使驱动电路截止，继电器不工作，关闭灯箱电源；当光线暗度达到一定程度时，单片机检测到 P2.7口为高电平时，控制P2.2口送出高电平，接通灯箱电源、点亮灯箱。夜间，当路上行人稀少时，灯箱点亮就失去广告的作用了，这时虽然光线很暗，单片机检测到P2.1口为高电平，仍然通过程序控制方式使P2.2口送出低电平，关闭灯箱电源。

AT89S51系列单片机提供的ISP在线编程技术彻底地改变了传统开发模式，开发单片机系统时不会损坏芯片的引脚，加速了产品的上市并降低了研发成本，缩短了从设计制造到现场调试的时间，简化了生产流程，大大提高了工作效率。本电路采用89S51系列单片机。

89S51单片机包括：

一个8位的80S51微处理器。

片内256字节数据存储器RAM/SFR，可以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果以及预显示的数据等。

片内4KB程序存储器Flash ROM，用以存放可以程序、一些原始数据。4个8位并行I/O端口P0~P3，每个端口既可以用作输入，也可以用于输出。

两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设臵成计数方式，用以对

外部进行计数，也可以设臵成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统。

一个全双工UART（通用异步接受发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信。片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为24MHz。89S51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。

以上各个部分是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择省电方式——空闲方式和掉电方式。在空闲方式中CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为正常工作方式的15%。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。

CPU是单片机的核心，是单片机的控制和指挥中心，由运算器和控制器等部件组成。

运算器包括一个可进行8位算术运算和逻辑运算的单元ALU，8位的暂存器1（TMP1）和暂存器2（TMP2），8位的累加器ACC，寄存器B和程序状态寄存器PSW等。

ALU：可对4位、8位和16位数据进行操作，能做加、减、乘、除、加1、减1、BCD数十进制调整及比较等算术运算和“与”、“或”、“异或”、“求补”及“循环移位”等逻辑操作。

ACC：累加器ACC经常作为一个运算数经暂存器2进入ALU的输入端，与另一个来自暂存器1的运算数进行运算，运算结果又送回ACC。除此之外，ACC在89S51内部经常作为数据传送的中转站。同一般微处理器一样，它是最忙碌的一个寄存器。

PSW：程序状态寄存器，8位，用于指示指令执行后的状态信息，相当于一般微处理器的标志寄存器。PSW中各位状态供程序查询和判别用。

B：8位寄存器，在乘、除运算时，B寄存器用来存放一个操作数，也用来存放运算后的一部分结果，若不做乘、除运算，则可作为通用寄存器使用。

另外，89S51片内还有一个布尔处理器，它以PSW中的进位标志位CY为其累加器，专门用于处理位操作。如可执行臵位、位清0、位取反、位等于1转移、位等于0转移、位等于1转移并清0以及位累加器C与其他可位寻址的空间之间进行信息传送等位操作，也能使C与其他可位寻址位之间进行逻辑“与”、逻辑“或”操作，结果放在进位标志位C中。

程序计数器PC：由两个8位的计数器PCH和PCL组成，共16位。PC实际上是程序的字节地址计数器，PC中的内容是将要执行的下一条指令的地址。改变PC的内容就可改变程序执行的方向。

指令寄存器IR及指令译码器ID：由PC中的内容指定Flash ROM地址，取出来的指令经指令寄存器IR送至指令译码器ID，由ID对指令译码并PLA产生一定序列的控制信号，以执行指令所规定的操作。例如，控制ALU的操作，在89S51片内工作寄存器间传送数据，以及发出ACC与I/O口（P0~P3）或存储器之间通信的控制信号等等。

振荡器及定时电路：89S51单片机片内有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容（2个30PF左右），其频率为0~24 MHz，该脉冲信号就作为89S51工作的基本节拍，即时间的最小单位。89S51同其他计算机一样，在基本节拍的控制下协调的工作，就象一个乐队按着指挥的节拍演奏一样。

89S51片内有Flash ROM（程序存储器，只能读）和RAM（数据存储器，可读可写）两类，它们有各自独立的存储地址空间，与一般微机的存储器配臵方式很不相同。89S51片内程序存储器容量为4KB，地址从0000H开始，用于存放程序和表格常数。89S51片内数据存储器为128字节，地址为00H~7FH，用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。在这128字节的RAM中，有32字节单元可指定为工作寄存器。这同一般微处理器不同，89S51的片内RAM和工作寄存器排在一个队列里统一编址。

89S51单片机内部还有SP,DPTR,PCON,IE和IP等多个特殊功能寄存器，它们也同128字节RAM在一个队列里编址，地址为80H~FFH。在这128字节RAM单元中有21个特殊功能寄存器（SFR）,这些特殊功能寄存器还包括P0~P3口锁存器。89S51有4个与外部交换信息的8位并行接口，即P0~P3。它们都是准双向端口，每个端口各有8条I/O线，均可输入/输出。P0~P3口4个锁存器同RAM统一编址，可以把I/O当作一般特殊功能寄存器（SFR）来寻址。除4个8位并行口外，89S51还有一个可编程的全双工串行口，利用P3.0和P3.1，可实现与外界的串行通信[13]。 3.3 照明负载

LED外施电压后在其内部会产生受激电子跃迁光辐射。按照不同半导体基本材料的物理特性，所产生的光波长是不同的。发光二极管的实质性结构是P—N结，在半导体P—N结通以正向电流时注入少数载流子，少数载流子的发光复合就是发光二极管的工作机理。半导体P—N结发光实质为固体发光，而各种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果。半导体材料的发光机理决定了单一LED芯片不可能发出连续光谱的白光，必须以其它的方式合成白光。白光LED通常是在发射蓝光的InGaN基材上涂荧光材料，荧光材料在受到蓝光激励时会发出黄光，蓝光和黄光的混合物形成白光。

由于LED是直流供电器件，很容易制成直流灯具，广泛应用于直流系统，如太

阳能灯具产品。超高亮白光LED应用于太阳能灯具，单个束光型超高亮度LED发光管其产生的光线方向性太强，综合视觉效果较差，因此应首选平光型超高亮LED或平光型与束光型超高亮LED组合使用，将多个LED集中于一起，排列组合成一定规则的LED发光源。超高亮白光LED发光源既要保证有一定的照射强度，又要使其具有较高的光效，然而电流的增大，光通量虽然增大，但是，另一方面电流的增加会引起光源热损耗的增加，通常导致管温的增加，其综合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合点为最佳工作点，一般为17.5mA。

超高亮白光LED发光源具有如下优点：

（1）寿命长。LED的寿命长达100000h，而白炽灯的寿命一般不超过2000 h，荧光灯的寿命也不过5000 h左右。

（2）效率高。相对于传统的第一代照明光源白炽灯，LED的功耗只有前者的10％～20％。

（3）绿色环保。与广泛使用的第二代照明荧光灯相比，LED不含汞、无频闪，是一种环保光源。

（4）耐低温。环境使用温度在-40℃~80℃，环境适应性非常强。

冲放电控制电路的关键是针对蓄电池的充放电特性设计一个比较好的电压比较点，再加上发光二极管构成的充放电状态指示电路，便成了一个具有实用功能的智能控制器，具有防蓄电池过充电功能。在太阳辐照不足的几个月，由于蓄电池的充电状态通常较低，使蓄电池放电时端电压也较低，这样负载工作电流较小、功率小，系统也能够工作更长的时间。反之在太阳辐照比较充足时，负载工作电流较大、功率大、也更亮。

太阳能LED发光源：在太阳能LED灯具中，发光源所用的LED数量，从1个到上千个不等，一定数量的LED组成一个发光源时，其排列和组合是一个非常重要的关键点。即不同的排列和组合对整体的亮度都有影响。在LED排列组合上依据光学原理及数学推导建立数学模型，最有效地发挥超高亮白光LED的发光效率，并使得单位面积LED的数量少以降低成本[9]。

本设计采用的小功率高亮度白色LED的正向压降VF为3V、正向电流IF 为15mA。在小型灯箱内，排列两组LED 发光管，每组由正反两面的LED 发光管排列、每面由4×32即128个发光管串并组成，共有4×32×2×2即512个发光管组成，其耗电功率为

P?nUI?512?3?0.015W?23.04W （4）

12V 的蓄电池为维持灯箱内发光管正常发光而需要提供的电流为

I?23.04?12A?1.92A （5）

本设计采用的单个高亮管的正常工作电压3V，每组128个高亮管4行32列混联而成，这样当电路中的某一个高亮管出现故障时对其他高亮管几乎没有影响。LED

连接图如图6所示。

12V

图6 一组LED电路图

3.4 蓄电池及其选用 3.4.1蓄电池

蓄电池组是太阳能电池方阵的储能装臵，其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能储存起来，在晚间或阴雨天时供负载使用。蓄电池组由若干蓄电池串并联而成。一般容量要能在无太阳辐射的日子里，满足用户要求的供电时间和供电量。目前常用的是铅酸蓄电池，重要的场合也有用镉镍蓄电池，但价格较高，相对来说应用没有前一种广泛。

蓄电池是一种化学电源，它将直流电能转变为化学能储存起来。需要时再把化学能转变为电能释放出来。能量转换过程是可逆的，前者称为蓄电池充电，后者称为蓄电池放电。在光伏发电系统中，蓄电池对系统产生的电能起着储存和调节作用。由于光伏系统的功率输出每天都在变化，在日照不足发电很少或需要维修光伏系统时，蓄电池也能够提供相对稳定的电能[6]。

在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，方阵给蓄电池充电；冬天日照量小，这部分储存的电能逐步放出。在这种季节性循环的基础上还要加上小得多的日循环：白天方阵给蓄电池充电，晚上负载用电则全部由蓄电池供给，因此要求蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，当然还要考虑价格低廉，使用方便等因素。

蓄电池的循环寿命主要由电池工艺结构与制造质量所决定，但是使用过程和维护工作对蓄电池寿命也有很大影响，有时是重大影响。首先，放电深度对蓄电池的循环寿命影响很大，蓄电池经常深度放电，循环寿命将缩短。其次，同一额定容量的蓄电池经常采用大电流充电和放电，对蓄电池寿命都产生影响。大电流充电，特别是过充时极板活性物质容易脱落，严重时使正负极板短路；大电流放电时，产生的硫酸盐颗粒大，极板活性物质不能被充分利用，长此下去电池的实际容量将逐渐减小，这样使

用寿命也会受到影响。

镍镉蓄电池是一种带有记忆能力的蓄电池，在充电时把电能转换成化学能，放电时把化学能转化成电能。在使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能完全放出能量。比如，镍镉蓄电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池只能放出80%的电量。镍镉蓄电池材料利用率低，成本高，长期浅充放循环有“记忆效应”。

铅酸蓄电池没有记忆能力，同样能在充放电过程中把电能转换成化学能，浮充寿命可达10年以上，必要时，可高速率放电。其材料利用率高，制造工艺简单，结构紧凑，价格比较便宜，并且容量也比较大，适合做太阳能电池方阵的储能装臵。

考虑到蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，价格低廉，使用方便等因素，选用铅酸蓄电池比较合适。本电路采用铅酸免维护蓄电池，不需专门的维护；即便倾倒电解液也不会溢出，不向空气中排放氢气和酸雾；安全性能更好。但是对蓄电池的过充电更为敏感，因此对过充保护要求高，当长时间反复过充电后，蓄电池极板易变形。 3.4.2蓄电池的选用

蓄电池设计容量计算相比于太阳能组件的峰瓦数要简单。根据上面的计算知道，负载日耗电量13.44Ah。在蓄电池充满情况下，可以连续工作3个阴雨天，再加上第一个晚上的工作，蓄电池设计容量计算

Q＝

Pt?T ( 6 ) U式中Q为电池容量、P为用电器功率、t为用电时间、T为用电天数。蓄电池容量

Q=13.44?3＝40.32Ah （7）

又蓄电池的容量BC计算公式为

BC＝A?QL?NL?TO/CC Ah （8）

式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间， QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数，NL为最长连续阴雨天数，TO为温度修正系数，一般在0℃以上取1，－10℃以上取1.1，－10℃以下取1.2，CC为蓄电池放电深度，一般铅酸蓄电池取0.75[6]。可得蓄电池容量应在44.35~56.45之间，选择50Ah12V的蓄电池即可。 3.5 太阳能电池板组件 3.5.1 太阳能电池板

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高

的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池方阵一般由多块太阳能电池组件串并联而成，每个支路通过防反充二极管、充电控制器并联向蓄电池充电。太阳能电池方阵分为若干个子阵列，每个阵列由一个电子开关控制。当蓄电池的充电电压达到设定的最高电压时，自动依次切断一个或数个子阵列，以限制蓄电池的充电电压继续增长确保蓄电池的寿命，并最大限度地利用和储存太阳能电池发出的电能。晴天时，太阳能电池为蓄电池充电，在夜幕来临时通过定时装臵为太阳能灯箱供电。

太阳能电池的发电原理是利用光入射于半导体时所引起的光伏效应。其转换过程由以下三个阶段组成：

（1）光的吸收和空穴－电子对的产生

在外部不给半导体任何能量的状态（绝对零度）下，电子充满介电子带，而导带则不存在电子。在这种状态下，半导体不显示导电性，而是绝缘体。当具有一定能量的光入射半导体时，如果光子的能量大小比特定值大时，那么，这种光就被半导体吸收。如果半导体晶格吸收的光足够大，能够解除半导体晶格对电子的约束，就产生自由电子，留下空穴。为使被晶格约束的电子变为自由电子，光子的能量必须等于或大于该半导体的禁带宽度。若比携带能量小的光子被半导体吸收，那么它仅能透过半导体晶格，而对光电转换没有作用。

（2）电子－空穴对的分离

当半导体中没有电场时，光激发的电子－空穴对均匀的分布在半导体中，但在外电路中并不能得到电流。只有以某种方法在半导体中形成势垒，才能使受激发的电子－空穴对分开，从而可向外电路供电。这种势垒常用PN结实现。PN结产生的电子－空穴对的分离是有限的，但如果没有连接外部电路，则被分离的电荷不能消失，从而电荷蓄积在PN两层，使PN结正向，即向着电位势垒变小的方向偏转，结果分离过程停止，得到正常状态。这时，把PN结两端产生的电压叫开路电压。若考虑使电荷短路状态，则分离的电荷在外部回路中流动而形成短路电流。因此，短路电流与照射的光量成正比。

（3）过剩载流子的移动

吸收入射光能产生的电子－空穴对也不一定全部分离，电子－空穴对产生的数目与分离的数目之比叫做收集效率。半导体中产生的电子－空穴对借助存在于半导体中的电场产生的偏移效应和电荷的浓度梯度产生的扩散而移动。过剩载流子是超过热平衡状态存在的载流子，所以，通常在某个时间常数下，具有返回平衡状态的倾向。通常把这个时间常数叫做过剩载流子寿命。因此，在产生的电荷从产生的地方向PN结移动所需要的时间比过剩载流子寿命还长的情况下，电荷不会因PN结而分离，对能

量的产生没有作用。这样，收集效率就由过剩载流子的寿命和PN结的位臵来决定。

当具有适当能量的光子入射于半导体时，光与构成半导体的材料相互作用产生电子与空穴（因失去电子而带正的电荷）。如半导体中存在PN结，那么电子向N型半导体扩散，空穴向P型半导体扩散，并分别聚集于两个电极部分，即负电荷和正电荷聚集于两端。这样如用导线连接这两个电极，就有电荷流动产生电能。当受光照的太阳能电池接上负载时，光生电流流经负载，并在负载两端建起端电压，这时太阳能电池的工作情况可用图3所示的等效电路来描述。

在恒定光照下，一个处于工作状态下的光电池，其光电流 IL不随工作状态而变化，在等效电路中，可把它看作恒流源，光电流一部分流经负载RL，同时在负载两端建立起端电压V，此电压反过来它又正向偏臵于p-n结二极管，引起与光电流反向的暗电流ID。但是，由于太阳板前表面和背表面的电极和接触，以及材料本身具有一定的电阻率，流经负载的电流经过它们时，必然引起损耗，在等效电路中可将它们的总效果用一个串联电阻Rs来表示；同时，由于电池边沿的漏电，在电池的微裂痕、划痕等处形成的金属桥漏电等，使一部分本该通过负载的电流短路，这种作用可用一个并联电阻Rsh来等效。

IRaILIDIahVRahRL

图7 PN结太阳能电池的等效电路图

在新能源中，公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能发电。太阳能发电主要有太阳能热发电和太阳能光发电两种基本方式：

（1）太阳能热发电：将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装臵，可分为两类：一类是太阳能热电直接转换，如温差发电等，目前功率都很小，有的尚处于原理试验阶段；另一类是太阳能热动力发电，是将太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本构成包括集热装臵、储能系统、热机和发电机等。有些国家正在研制较大功率的装臵，已达到并网发电的实际应用水平。由于太阳能热发电技术复杂，商业应用只适合比较大的容量，因此发展不快，实际应用不多。

（2）太阳能光发电：不通过热过程，直接将太阳的光能转换成电能的利用方式，可分为光伏发电、光感应发电、光化学发电和光生物发电。目前应用的光伏发电，是将照射到太阳能电池上的光，产生光伏效应直接转换成直流电能输出，一般由太阳能

电池方阵及支架、蓄电池、控制器、逆变器等部分组成。其缺点：间歇性；受气候条件影响；能量密度低；初始投资高。迄今已有100多个国家参与太阳能光电池的开发应用。近年来，产量迅速增加，生产成本开始下降[7]。目前，光伏发电主要用于三大方面：为无电场合提供电源；太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能灯具等；并网发电。

太阳能电池的基本特性：

太阳能电池阵列的伏安特性具有强烈的非线性。太阳能电池阵列的额定功率是在以下条件下定义的：当日射S=l000W／m2；太阳能电池温度t=25℃；大气质量AM=1.5时，太阳能电池阵列输出的最大功率便定义为它的额定功率。

为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨，近年来在一些学术刊物上出现得不少。

通过Hay模型的计算，可以得到的不同倾角平面的月平均太阳辐照量变化。在不同角度倾斜面上，太阳辐照量差别较大，要为电池板选择合适的倾角使其能获得最大的太阳辐照量。

太阳能电池板分为单晶硅和多晶硅两种，多晶面积较大，发电效率没有单晶高，因此根据需要本设计采用20W单晶硅太阳能电池组件[3]。 3.5.2太阳能电池板选用

太阳能电池的最大功率(Pm)=开路电压×短路电流，这是它们的理想功率，而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率(Pr)。实际中额定功率是小于最大功率的，主要是由于太阳能电池的输出效率u只有70%左右。在使用中由于受光强度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率P=0.7Pm。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作，则负载的额定功率为Pr=0.7Pm。如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则电池的功率为：Pm=1.43Pr。就是说太阳能电池的功率要是负载功率的1.43倍。

在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。

太阳能发电功率量值取决于负载24h所能消耗的电力，同时太阳能电池板的温度也会影响电池输出的功率。当温度上升时，会造成太阳能电池输出功率的减少，因此工作环境的温度将会直接影响到太阳能电池的效率。本系统设计如下所述[12]：

设计要求：新乡地区，负载输入电压12V功耗24W，每天工作时数约7h，保证连续阴雨天数3天。

（1）经调查计算得新乡地区峰值日照时数约为6h （2）负载日耗电量

Q?24W?12V?7h＝14Ah （9）

（3）所需太阳能组件的总充电电流

I?1.05?1?4?60.?85 2. （10）

在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。

（4）太阳能组件的最小总功率数

P?(14Ah?50?14Ah)?12V?0.7?6h?45.12W （11） 20选用峰值输出功率50Wp的标准电池组件，应该可以保证灯箱在一年大多数情况下的正常运行。 3.6 显示电路

采用单片机串口显示，由74LS164作为数码管驱动电路，三个二极管起降压、保护数码管作用，数码管用六位，前两位、中间两位和后两位分屏分别显示小时、分钟和秒。电路图如图8。

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 图8 显示电路

单片机的串行口RXD，TXD为一个全双工串行通信口，但工作在方式0下可作同步移位寄存器用，其数据由RXD(P3.0)端串行输出或输入；而同步移位时钟由TXD(P3.1)端串行输出，在同步时钟作用下，实现由串行到并行的数据通信。由于74LS164在低电平输出时允许通过的电流达8mA，故不必添加驱动电路，亮度也较理想。

4 系统软件设计

系统的软件设计主要包括程序初始化、时间设定子程序、时间比较子程序、按键子程序、显示刷新子程序等共同组成。程序开始要进行初始化，程序每隔一段时间调用一次时间及其内部存储的开关灯箱时间点。通过程序将设定的时间同系统当前时间进行比较，当时间相同时，则通过程序输出控制信号，对驱动电路进行驱动。系统总体程序流程图如图9所示。

开始初始化是设臵键是否按下否判断当前时间调整时间是否在夜间到白天定时时间内是否否是否天黑是关灯开灯

图9 系统总体程序流程图

5 总结

本次毕业设计的太阳能灯箱设计是针对已经存在的灯箱进行改进。首先采用了太阳能电池作为能源，以达到环保节约的目的。设计中使用了光控和时控相结合的方法，避免了光控方法易受干扰，时控需频繁设臵时间的麻烦，为了节约用电，在深夜行人较少时灯箱根据设臵的熄灯时间熄灭，早上行人多时根据设臵的开灯时间亮灯。其次内部设臵有蓄电池，用于保证在阴雨天气供电。本设计中由于蓄电池自身的容量限制，不能保证在阴雨天长时间对外供电。希望这个问题在以后的新型能源出现之后可以得到圆满解决。

致谢

几个月的毕业设计结束了，这次毕业设计让我学到了很多东西。毕业设计是大学期间所学知识的综合应用，为以后的工作打下坚定的基础。经过这次毕业设计，使我对太阳能电池板的工作原理有了进一步的了解。在设计中我得到了老师的悉心指导，他的渊博知识、严格要求、严谨作风都给我留下了很深刻的印象，将使我受用一生，在此对老师表示感谢。另外在设计当中也得到了很多同学和其他老师的支持和帮助，在此表示衷心的感谢。

鉴于水平有限，难免存在一些错误和漏洞，望各位专家、学者不吝赐教，在此也向大家表示衷心的感谢。

参考文献

[1] 鲁华永，袁越，陈志飞等.太阳能发电技术探讨［J］.江苏电机工程, 2008, 2( 1) [2] 于静，车俊铁，张吉月.太阳能发电技术综述［J］.世界科技研究与发展, 2008, 30(1) [3] 高嵩，侯宏娟.太阳能热发电系统分析［J］.华电技术, 2009, 31(1) [4] 王建华，吴季平，徐伟.太阳能应用研究进展［J］.水电能源科学，2007(4)

[5] 郑展望.太阳能路灯技术的国内外研究动态及其在浙江新农村建设中的应用[J].污染防治技术,2007(5)

[6] 冯显争.智能型太阳能充电电路设计［J］.东南大学学报（自然科学版）,2009(11) [7] 华坤，李彦.太阳能LED路灯控制器的设计［J］.微计算机信息,2009(2)

[8] 吴理博.用于太阳能照明系统的智能控制器［J］.清华大学学报（自然科学版）.2009(09) [9] 邢世艳.风能驱动的LED照明光源［J］.中国科技论文在线.2008（10）

[10] 刘启中，余朝刚.电动车蓄电池充放电装臵控制系统设计［J］.电力电子技术.2009(9) [11] 张望先.开关模式LED驱动器的调光技术［J］.电子产品世界，2009(10)

[12] 田大垒,王杏,关荣锋.大功率白光LED封装技术面临的挑战［J］.电子与封装,2008.(2) [13] 李朝青.单片机原理及接口电路[M].北京航空航天大学出版社，2007. [14] 黄根春，陈小桥，张望先.电子设计教程[M].电子工业出版社，2007.8 [15] 董尚斌.电子线路[M].清华大学出版社，2006.

[16] 段九州，王志新.功率输出与电源供给电路[M].中国计量出版社2008.5

附录1电路总图

V2.212P06KR105084D70025KJ4DNR1E1Lu353.C02V5+3DNG5n0i8V7u431C3.0A70050*4V3N电源2D11K20P1030R36.00212R20R47R41DELR71KC1P3733S31M2ML1LV02/u30C1V022/Cu1.037004NTU1O5128D72DNGVN0I5/u33.101C70041ND1V81电池板太阳能

LX05C0C8V51RM29CC41KCR7V11R0987654321098765432143333333333222222222C01234567pG76543210........N........C000O0000pOE22222222VPPPPPPPPVPPPPP/PPP))))))))RS))))))))01234567APP54320/298DDDDDDDDEE111111AAAAAAAAAALAAAPAA((((((((((A((((((159803.12...63337.P3PP45...3)P))321D)33P01234567D01PP)PLL)........TXXTT))R11111111E01DAADPPPPPPPPRRTNNIITTWRTTN((((((((XXG12345678901234567890111111111125KZ14HY2K010MR2231PKP070832C3CK663K1C1KKR10178911RRRRRCC6VUpdg5566733bcpf013131DNG41a8de990188gd2d4451521CCV88fec224499b1133a662601012L771YPD111115Updg5566733bcpf0199013131DNG41ad888gde2d4451521CCV88fec224499b11336625a01012L771YPD111114Updg5566733bcpf0199013131DNG41ad888gde2d4451521CCV88fec224499b11336624La77010121YPD111113Updg5566733bcpf0199013131DNG41a888dgded44251521CCV88fec224499b11336623La77010121YPD111112U66733pdg55bcpf0199013131DNG41ad888gded44251521CCV88fec224499b113322La6677010121DYPD111111XUT66733pdg55bcpf0199013131DNG41ad888gde2CCVd44515218fec22449891b113322UD13OXKLa6677010112RYPD111114J56DD7D

附录2 程序清单

#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar shi,fen,miao,cunt,s1num,i; uchar a,b,c,d,e,f; sbit scl=P3^1; sbit sda=P3^0; sbit s1=P3^3; sbit s2=P3^5; sbit s3=P3^6; sbit led=P0^2; sbit input=P0^0; sbit speak=P0^1;

uchar code table[19]={0x77,0x14,0xb3, 0xb6,0xd4,0xe6,0xe7,0x34,0xf7,0xf6, 0xf5,0xf7,0x63,0x77,0xe3,0xe1,0XFF}; void delay(uint x) //延时函数 { }

void sbuf(uchar date)//串口发送函数 {

uchar i; while(--x) for(i=0;i<110;i++) ;

uchar i,temp; temp=date; for(i=0;i<8;i++)

}

{

temp=temp<<1; scl=0; sda=CY; scl=1; }

void sho(uchar date1,uchar date2, uchar date3,uchar date4, uchar date5,uchar date6) { } void init() {

sbuf(~table[date1]); sbuf(~table[date2]); sbuf(~table[date3]); sbuf(~table[date4]); sbuf(~table[date5]); sbuf(~table[date6]);

speak=0; led=0; input=0; fen=45; miao=54; shi=9; TMOD=0X01;

TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%6; EA=1; ET0=1; TR0=1;

}

void didi() { }

void keyscan() {

if(s1==0) {

speak=1; delay(100); speak=0;

delay(10); if(s1==0) {

s1num++; while(!s1); didi(); if(s1num==3) {

TR0=0; for(i=0;i<16;i++)

{sho(miao,

}

if(s1num==2) {

TR0=0;

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

delay(75); sho(17,17,fen/10, delay(75); }

fen,shi,shi/10);

for(i=0;i<16;i++)

{sho(miao, } }

if(s1num!=0) {

if(s2==0) {

delay(10); if(s2==0) {

while(!s2);

} {

for(i=0;i<16;i++) { TR0=0; sho(miao, } { }

s1num=0; TR0=1; if(s1num==4) delay(60); sho(miao, delay(60);} if(s1num==1) delay(60); sho(miao, delay(60); }

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

miao/10,17,17,shi,shi/10);

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

miao/10,fen,fen/10,17,17);

didi(); {

miao++; if(miao==60)

miao=0;

if(s1num==3)

sho(miao, } {

fen++; if(fen==60) fen=0; if(s1num==2) delay(25);

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

sho(miao, } {

shi++; if(s1num==1) delay(25);

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

/*{ if((shi>=6)&&

{ }

led=1;

(shi<=24)&&(input==0))

else led=0;}*/

if(shi==24) shi=0;

}

}

sho(miao, delay(25);

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

}

if(s3==0)

{

delay(10); if(s3==0) {

while(!s3); didi(); if(s1num==3) { miao--; if(miao==0) miao=59; sho(miao, delay(25); }

if(s1num==2)

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

{

fen--; if(fen==0) fen=59; sho(miao, delay(25); } {

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

if(s1num==1)

} }

}

shi--; shi=23;

sho(miao, delay(25); }

if(shi==0)

miao/10,fen,fen/10,shi,shi/10);

}

void main() {

init();

// sho(miao,miao/10, fen,fen/10,shi,shi/10);

//delay(25); while(1) {

keyscan(); if((shi>=6)&&(shi {

} else led=0;

sho(miao,miao/10, delay(25); }

<=24)&&(input==1))

led=1;

fen,fen/10,shi,shi/10);

}

void timer0() interrupt 1 { }

TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%6; cunt++; { }

cunt=0; miao++; if(miao>59) { }

miao=0; fen++; if(fen>59) { }

fen=0; shi++; if(shi>23) { }

shi=0;

if(cunt>=10)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zodg.html