CN200941705Y - 太阳能自动充电的发光二极管照明灯 - Google Patents

Abstract

太阳能自动充电的发光二极管照明灯是一种用于大功率太阳能发光二极管照明灯控制的装置，该控制器的太阳能电池(7)的输出端接密封铅酸蓄电池充放电电路(1)的输入端，密封铅酸蓄电池充放电电路(1)的输出端接电池的输出电压降压电路(2)的输入端，电池的输出电压降压电路(2)的输出端分别接系统参数显示电路(3)、大功率LED恒流驱动电路(4)、温度测量、电流检测、测光电路(5)、单片机控制及其外围电路(6)的输入端，大功率LED恒流驱动电路(4)、温度测量、电流检测、测光电路(5)的输出端接单片机控制及其外围电路(6)的输入端。该控制器耗电少、发光效率高、使用的可靠性和安全性高，且全自动控制。

Description

太阳能自动充电的发光二极管照明灯

技术领域

本实用新型是一种用于大功率太阳能发光二极管照明灯控制的装置，属于太阳能照明电器制造的技术领域。

背景技术

随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。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。而半导体照明，由于发光效率高，耗电少，正越来越受到人们的重视，作为结合大功率LED和太阳能两者优点的大功率LED太阳能照明系统将具有很大的实用性。

发明内容

技术问题：本实用新型以实际应用为目的，设计满足道路照明或景观照明使用要求的大功率太阳能自动充电的发光二极管照明灯，该控制器耗电少、发光效率高、使用的可靠性和安全性高，且全自动控制。

技术方案：本实用新型太阳能自动充电的发光二极管照明灯包括密封铅酸蓄电池充放电电路、电池的输出电压降压电路、系统参数显示电路、大功率LED恒流驱动电路、温度测量、电流检测、测光电路、单片机控制及其外围电路、太阳能电池；该控制器的太阳能电池的输出端接密封铅酸蓄电池充放电电路的输入端，密封铅酸蓄电池充放电电路的输出端接电池的输出电压降压电路的输入端，电池的输出电压降压电路的输出端分别接系统参数显示电路、大功率LED恒流驱动电路、温度测量、电流检测、测光电路、单片机控制及其外围电路的输入端，大功率LED恒流驱动电路、温度测量、电流检测、测光电路的输出端接单片机控制及其外围电路的输入端。

密封铅酸蓄电池充放电电路以专用充电控制集成电路“IC18”为中心，其输出端的“16”脚接晶体管“PNP5”的基极，输出端的“10”脚接放大器“IC8-3”的反相输入端。电池的输出电压降压电路以稳压集成电路“IC19”为中心，其输入端的“1”脚接蓄电池，其输出端的“2”脚通过电感线圈“L4”输出5伏电压。系统参数显示电路由5路相同的显示器组成，其输入端接单片机控制及其外围电路中单片机“IC1”的“P3.0、P3.1”脚。大功率LED恒流驱动电路由三组相同的恒流驱动电路组成，其信号输入端即驱动晶体管“PNP2、PNP3、PNP4”的基极分别接单片机控制及其外围电路中单片机“IC1”的“P2.1、P2.0、P2.7”脚。温度测量、电流检测、测光电路中，温度电阻“IC2”的“1”脚和“3”脚并联在可变电阻“R6”的两端，温度电阻“IC2”的“2”脚接可变电阻“R6”的可变端，可变电阻“R6”的一端接地，另一端接单片机控制及其外围电路中单片机“IC1”的“P1.7”脚；测光用的光敏电池“2CR2”的一端接地，另一端接单片机控制及其外围电路中单片机“IC1”的“P1.6”脚。单片机控制及其外围电路中单片机“IC1”的采用“STC12C5410AD”单片机集成电路。

该系统具有完善的密封铅酸蓄电池充放电管理功能、电池的输出电压降至5伏电路、系统相关参数显示功能、大功率LED恒流驱动电路和单片机控制电路。

有益效果：在大功率LED太阳能照明系统中，太阳能硅光电池板的输出功率和蓄电池的容量是非常有限的，再加上光照强度的不确定性，使得系统的电能在特殊情况下(连续阴雨天等大气)显得非常紧缺，若系统不注意节约电能将使得无法应对极限情况的照明任务。因此，降低功耗就成为系统电路设计的一个重要任务。

在本系统的电路设计中，采取了如下措施降低系统的功耗。首先，单片机绝大部分时间都处在休眠状态，只有计时器和外部中断等不占用CPU时间的功能块处在工作状态，CPU每十五分钟才会全面检测系统的各个工作参量并判断系统的运行状态是否正常，若系统正常运行，则CPU直接返回体眠状态，否则系统将采取相应的措施处理不正常的部分，直到系统恢复正常才重新返回休眠状态。在CPU休眠期间，由CPU外部的中断扩展部分负责监测系统中各个电压电流量等参数是否在正常范围内，如果系统参量超出范围外部中断系统马上唤醒CPU，然后由CPU处理这些异常的电路块。其次，在电路中使用继电器(5VJ1)隔离不需要运行的电路，使之处于掉电状态。例如显示电路，由于大功率LED照明系统主要用于普通道路照明和景观照明，无人值守，故显示电路在没有按键按下时是不需要显示的，所以显示电路在无人观察时可以通过继电器把这部分电路从系统隔离出去，实现零功耗。白天系统只充电，不照明，照明电路完全与系统隔离。一到晚上系统只照明补充电，充电电路也与系统隔离开。这样通过隔离电路(5VJ1-5VJ4)，达到节能和控制开关某路LED照明的目的。在大功率LED照明系统中，密封铅酸蓄电池的电能绝大部分供给大功率LED照明，只要使用适当的措施即可从照明部分省下大量电能而且不会影响照明效果。作为室外普通道路照明和景观照明，在行人多的时间段照明系统的大功率LED灯全部点亮，使照明达到最佳效果，在行人稀少或几乎没有行人的时间段在保证最低照明要求的情况下只点亮一部分大功率LED灯，这样即达到了照明目的又节省了电能。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图。

图2为太阳能自动充电的发光二极管照明灯的密封铅酸蓄电池充放电电路1、电池的输出电压降压电路2的电路原理图。

图3为系统参数显示电路3、温度测量电路、电流检测电路、测光电路5、单片机控制及其外围电路6的电路原理图。

图4为大功率LED恒流驱动电路4的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型的太阳能自动充电的发光二极管照明灯包括密封铅酸蓄电池充放电电路1、电池的输出电压降压电路2、系统参数显示电路3、大功率LED恒流驱动电路4、温度测量、电流检测、测光电路5、单片机控制及其外围电路6、太阳能电池7；该控制器的太阳能电池7的输出端接密封铅酸蓄电池充放电电路1的输入端，密封铅酸蓄电池充放电电路1的输出端接电池的输出电压降压电路2的输入端，电池的输出电压降压电路2的输出端分别接系统参数显示电路3、大功率LED恒流驱动电路4、温度测量、电流检测、测光电路5、单片机控制及其外围电路6的输入端，大功率LED恒流驱动电路4、温度测量、电流检测、测光电路5的输出端接单片机控制及其外围电路6的输入端。

1.密封铅酸蓄电池充放电电路1

密封铅酸蓄电池充放电电路1以专用充电控制集成电路“IC18”为中心，其输出端的“16”脚接晶体管“PNP5”的基极，输出端的“10”脚接放大器“IC8-3”的反相输入端。

本设计的充电电路选用了TI公司的密封铅酸蓄电池充电专用控制集成电路“UC3906”，该芯片具有密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。更重要的是它能使充电器各种转换电压随电池电压的温度系数的变化而变化，从而使密封铅酸蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。

该芯片内含独立的电压控制回路和限流放大器，它可控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流达25mA，可直接驱动外部串联调整管，以调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检测比较器可用于检测蓄电池的充电状态，同时还可以用来控制充电状态逻辑电路的输入信号。

当电池电压或温度过低时，充电使能比较器可控制充电器进入涓流充电状态。当驱动器截止时，该比较器还能输出25mA涓流充电电流。这样，当电池短路或反接时，充电器只能以小电流充电，从而避免了因充电电流过大而损坏电池。

集成电路“UC3906”的一个非常重要的特性就是其内部的精确基准电压随环境温度的变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。同时，该芯片只需1.7mA的输入电流就可工作，因而可减小芯片的功耗，实现对工作环境温度的准确检测，保证电池既充足电又不会严重过充电。除此之外，集成电路“UC3906”芯片内部还包括一个输入欠压检测电路以对充电周期进行初始化，并可驱动一个逻辑输出。当加上输入电源后，器件的7脚还可以指示电源状态。

使用集成电路“UC3906”只需很少的外部元器件就可实现对密封铅酸电池的快速精确充电。该充电器电路中，由Ra、Rb和Rc组成的电阻分压网络可用来检测充电电池的电压。此外，该电路还可通过与精确的参考电压(VREF＝2.3伏/25摄氏度)相比较来确定浮完电压、过充电压和涓流充电的阈值电压。

大功率太阳能发光二极管照明灯控制电路的充电电路工作原理：

其中：电池的额定电压为12V，容量为12Ah，VIN＝18.7V，VF＝13.7V，VOC＝15V，I MAX＝1A，I OCT＝100mA。由于充电器始终接在蓄电池上，为防止蓄电池的输出电流流入充电器，应在串联调整管与输出端之间串入一只二极管D1。同时为了避免输入电源中断后蓄电池通过分压电阻Rc放电，设计时将Rc通过电源指示晶体管(7脚)连接到地。

当18V输入电压加入后，指示发光管(LEDCH)发光，串联的功率管PNP5(TIP42C)导通，开始大电流恒流充电，充电电流为1000mA，这时充电电流保持不变，电池电压逐渐升高。当电池电压达到过充电压VOC的95％(即14.25V)时，电池转入过充电状态，此时充电电压维持在过充电电压，充电电流开始下降。当充电电流降到过充电终止电流(I OCT)时，UC3906的10脚输出高电平，比较器IC8-3(LM339)输出低电平，蓄电池自动转入浮充状态。同时充足电指示发光管(LEDFULL)发光，指示蓄电池已充足电。

从充电波形图可以看出，电池的一个充电周期按工作时间可以分成三种工作状态：电池大电流快速充电状态1，电池过充电状态2和电池浮充电状态3。充电电路在刚接通电源的一段时间内，以涓流充电电流为电池充电，当电池电压达到VT时，充电逻辑控制电路关断涓充电流充电，转为以IMAX充电电流为电池充电。当电池电压达到V12时，表示充电电路进入了过充电状态2。当电池电压达到过充电电压VOC时，充电电流开始减小。当电池充电电流减小到IOCT时，电池充电电流检测放大器输出信号加到过充电终止控制引脚8的电平变高，充电电路改为浮充电，并且维持充电电压为VF。这时如果电池加上放电负载，开始以IMAX的电流放电，当电池的放电电压低子V31时，充电电路又开始为电池充电，开始一个新的电池充电工作周期。

在充电工作状态“1”和充电工作状态“2”，为了确保电池充足电，UC3906内的电压控制环设置了一个更高的电池电压设定值VOC，当电池电压达到VOC的95％时，充电电路进入充电工作状态“2”，直至UC3906的过充电终止引脚8的电位变为高电平。利用UC3906内的电流检测放大器来检测电池充电电流的大小，可以确保电池充电电流减小至指定的IOCT。当电池接上放电负载时，电池开始放电，当电池电压低于电池浮充电压的10％时，充电电路又进入充电工作状态“1”。

IC17是I/V转换电路，用来检测电池充电电流的大小，输出信号接到IC1，通过CPU计算输出显示。

2.电池的输出电压降压电路2

电池的输出电压降压电路2以稳压集成电路“IC19”为中心，其输入端的“1”脚接蓄电池，其输出端的“2”脚通过电感线圈“L4”输出5伏电压。

在本设计中，使用了TTL集成电路芯片，芯片需要电压值为5V的VCC电源，而作为系统电源的密封铅酸蓄电池的输出电压为10.8伏至13.7伏，需要经过降压才能得到稳定的5伏电压。

在这个照明系统中不但要降压得到5伏电压向LED供电，而且还要尽可能地提高电压转换效率，因此经过对比选择后，决定使用IC19(AMC2596-ADJ)集成电路芯片。

IC19集成电路最高输入电压可高达40伏，只需要五个外部分立元件就可以在1.2伏到37伏的范围内调节输出电压，并保证可以获得3A的最大输出电流。该芯片内部还自带有过热和过电流保护电路。

IC19外围分立元件的选择

a.输入端电容C12：

为了电路的稳定工作，在IC19的输入端必须设置一个至少100微法的电解电容C12。这个电容引脚的接线尽可能地简短，而且尽可能靠近IC19芯片。并联一个陶瓷电容或固体钽电容将可以增强电路在低温条件下工作地稳定性。

b.输出端电容C13：

在电路的输出端设置一个电容可以起到对输出电压滤波的作用，有利于电路工作的稳定性。输出电容应尽可能地靠近IC19芯片，管脚的连接线也要尽可能地短。在电路中使用低等效阻抗的电解电容将有利于减少纹波电压。

c.电感L4：

IC19可以用于连续模式或非连续模式。不同模式有不同的运行特性，这些特性将影响IC19的性能和要求。在重负载时，电路工作在连续模式，而在轻载时电路将被迫工作在非连续模式。当轻载时特别是输出电流小于300毫安时，电路将工作在非连续模式，在非连续工作模式下将需要更低的电感值。电感有很多种类，考虑到成本问题，选择带铁心的线绕电感，这种电感有一定的漏磁通，对敏感的电路元件有一定影响，因此布线时应该尽可能远离敏感区域。

d.电压保护二极管DZ16：

当芯片内部开关关断时电压保护二极管(DZ16)为电感(L4)电流提供一个回路。画PCB板时电压保护二极管(DZ16)应该尽量靠近IC19，尽可能使用短的连接线，这样有利于极高的开关通断速度和低的前向压降，肖特基二极管在这方面有着广泛的使用，它可以提供最好的效率，特别是在低输出电压(低于5伏)整流的场合。快恢复，高效率或超高速恢复二极管也适用于这个电路。但是一些开关特性生硬的二极管可能导致系统不稳定，所以应选择恢复特性较软的快恢复二极管。

e.反馈接线：

为了稳定输出电压，IC19的4脚FB(反馈)管脚必须接在输出电压上，使输出电压信号可以反馈给调节器。作为反馈取样用的输出电压比率电阻应该尽可能地放置在芯片附近，这样可以最大限度地减小噪声对反馈信号的影响。

f.使能端：

IC19的使能端(5脚)是必定不能悬空的，为了保证电路正常工作，使能端的管脚必须接低电平，这个低电平值小于1.6伏。另一方面，如果工作在备用模式下，使能端管脚要接高电平。使能端可以安全地直接拉高到输入电压值而不需要外接电阻。使能端接地可以保证输出电压稳定，但是接电源地时必须保证低阻抗。

3.系统参数显示电路3

系统参数显示电路3由5路相同的显示器组成，其输入端接单片机控制及其外围电路6中单片机“IC1”的“P3.0、P3.1”脚。

为了便于用户观察大功率LED太阳能照明系统的参数，如电池外表温度、光照等级、电流量、电压量和时间量等，系统需要有显示部分。显示部分由五位数码管组成，其中用一位作为功能编号显示，用以指示其余四位所显示的内容；剩下的四位作为时钟显示时高两位显示时钟的小时，低两位显示分钟数；显示温度时高两位显示温度的个位和十位，低两位显示零；显示电压电流量时，高两位显示个位和十位，低两位显示小数点后的两位；显示光照等级时，只用到最低位，其余三位显示为零。

由于单片机输入输出口资源有限，所以选择串行显示方式，将IC3-IC7的输入信号串联，其输出并行驱动五位数码管。

4.大功率LED恒流驱动电路4

大功率LED恒流驱动电路4由三组相同的恒流驱动电路组成，其信号输入端即驱动晶体管“PNP2、PNP3、PNP4”的基极分别接单片机控制及其外围电路6中单片机“IC1”的“P2.1、P2.0、P2.7”脚。

新一代的1W、3W和5W LED的照度是标准LED照度的10～50倍，这使得在利用这些新型LED进行设计时要面临很多设计挑战，而且选择合适的单片机驱动新型LED也不再是一项简单的任务。

下表列出了3种不同大功率LED的典型驱动电流和电压。

表1：三种不同大功率LED的典型驱动电流和电压

输出功率	正向电压	驱动电流	最大电流
				1W	2.9VDC	0.35A	0.5A
3W	4.3VDC	0.7A	1.0A
				5W	7.2VDC	0.7A	1.0A

本设计共选用12只1W的LED，分别由IC4、IC5、IC6各控制4只LED。这样的组合要求电源电压应大于11.6V。为了得到足够的亮度，目前，二极管的冷却是机械设计和电路板布局需要考虑的主要问题。管芯温度也会影响器件的输出亮度，因为当器件从环境温度升到120℃时，亮度就会下降多达35％。LED的管芯温度也会影响器件的发光波长，在100℃的温度变化下波长几乎可以改变4~9nm。为了满足这些特殊要求，需要某种形式的功率调节为新型LED供电并进行监控。此外，如果LED需要根据用户输入或其他外部输入闪烁或暗淡下去，它们还需要一个小型单片机来控制功率电路。首先需要做的是决定哪一种驱动器拓扑结构最合适，然后确定哪一个单片机拥有合适的外设。鉴于大功率LED太阳能照明系统主要应用于室外照明，如普通道路照明和景观照明等，故在电路中首要考虑的是大功率LED的工作条件。本设计，为大功率LED提供310毫安的恒定工作电流。芯片IC14-IC16(AMC7150)是内部带有PWM的大功率LED专用驱动集成电路。它输出的驱动电流范围从数毫安到1.5安，在输入的直流电压为4伏到40伏的情况下能保证大功率LED高效率地工作。

IC14-IC16可以在受外部控制的高达200千赫兹的工作频率下运行，通过调整外部电感和电阻值，改变输出给大功率LED的恒定电流，保证大功率LED在特定电流下工作。DZ2-DZ15分别是LED1-LED12的保护稳压二极管，在某只二极管开路时稳压二极管起作用。IC11-IC13是I/V转换电路，用来检测LED照明的电流大小，输出信号接到IC1，通过CPU计算输出显示。

5.温度测量电路电流检测电路和测光电路5

温度测量、电流检测、测光电路5中，温度电阻“IC2”的“1”脚和“3”脚并联在可变电阻“R6”的两端，温度电阻“IC2”的“2”脚接可变电阻“R6”的可变端，可变电阻“R6”的一端接地，另一端接单片机控制及其外围电路6中单片机“IC1”的“P1.7”脚；测光用的光敏电池“2CR2”的一端接地，另一端接单片机控制及其外围电路6中单片机“IC1”的“P1.6”脚。

温度测量电路：在大功率LED太阳能照明系统中，由于密封铅酸蓄电池的特性受温度影响较大，在工作时要防止电池过热而缩短电池的寿命，因此在实际使用中要测量环境温度，保证系统在正常的温度范围内工作。

传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。

结合大功率LED太阳能照明系统的特点，本设计选用常见的集成模拟温度传感器LM335(I62)。LM335是美国国家半导体公司推出的精密温度传感器，它工作与齐纳二极管相似，其反向击穿电压随温度按+10mV/k的规律变化，可应用于精密的温度测量设备。它有三种封装形式适合于各类要求的仪器仪表要求，其主要功能特性如下：直接在绝对温标校准，1℃的精确度，工作电流400uA-5mA，动态阻抗1Ω，便于校准，宽工作温度范围200℃，低成本。

在LM335的实际应用电路中，电阻R1取值200欧姆，通过10千欧电阻的滑动头调节LM335的输出，使其在25摄氏度时输出电压为2.98伏，输出直接传送给单片机的模数转换口，然后由显示模块显示温度值。

电流检测电路：(见密封铅酸蓄电池充放电电路1、大功率LED恒流驱动电路4)大功率LED太阳能照明系统的充电电流，LED工作电流等电流量都需要测量。

由于电流不能直接由A/D转换器转换，因此必须先将其转变成电压信号，然后才能转换。所以，电流/电压转换电路在测试器中占有很重要的地位。常用的电流测量方法是在被测电路中串入精密电阻，通过直接采集电阻两端的电压来获得电流。这种方法的优点是测量简单方便。但当被测电流较大，而串入的电阻阻值又较大时，电阻的压降对电路的带载能力将产生较大的影响；当被测电流很小时，从电阻上直接取得的电压值又可能太小，影响测量准确度。因而，这种直接测量的方法很难选择到合适的阻值，以适应电流变化范围较大的情况，尤其是较小电流的准确测量。由于检测电流须在系统工作的情况下进行，所以上述的串入电阻直接测量的方法不能满足本系统的要求。本电路采用两探头触点并接到被测电流的电路上，达到测量的目的。

大功率LED太阳能照明系统的电流检测用到了IC14-IC17(MAX4273)。MAX4273是高端电流检测放大器，使用它可以方便地测量到电路中的直流电流量。电路如图2。

测光电路：大功率LED太阳能照明系统不但要有定时间段照明的功能，还要具有根据光照强度决定是否照明的功能。这就要求电路具有检测光照强度的功能，这里选择国产2CR2型硅光电池作为感光元件。硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN结。把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯(PN结)受到光照时，就会看到微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。国产2CR型硅光电池在100mW/cm2的入射光强下，开路电压(需用高内阻的直流毫伏计测量)为450～600mV，短路电流为16～30mA，转换效率为6％～12％。硅光电池的输出电压直接送到单片机的模数转换口，由单片机判断光照强度等级，并由数码管显示光照强度等级，同时单片机根据光照强度等级控制系统开几路LED进行照明。

单片机控制及其外围电路6.

单片机控制及其外围电路6中单片机“IC1”的采用“STC12C5410AD”单片机集成电路。

大功率LED太阳能照明系统在运行时，如果遇到电流、电压或电池容量等参数超出正常范围，则单片机要立即处理这些不正常的现象，这就要求单片机要为系统提供中断响应服务。在测量电压、电流和温度等系统参数时，需要将模拟量转变成数字量，这样才能在数码管上显示相应的参数量，故系统需要包含模数转换的功能。鉴于系统的以上要求，考虑到电路的可靠性，选用了带模数转换功能的STC12C5410AD单片机IC1。

STC12C5410AD单片机是单时钟/机器周期的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8到12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM，8路高速10位模数转换。STC12C5410AD单片机具有如下特点：增强型8051CPU，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；工作电压为5.5伏-3.8伏；工作频率范围是0-35兆赫兹，相当于普通8051的0-420兆赫兹，实际工作频率可达48兆赫兹；用产应用程序空间有10K；片上集成512字节RAM；23个通用输入/输出口，复位后为准双向口/弱上拉，可设置成准双向口/弱上拉、推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏四种模式，每个输入/输出口驱动能力均可达20毫安，但整个芯片最大不超过55毫安；ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用的编程器，无需专用的仿真器可通过串口直接下载用户程序，数秒即可完成一片；EEPROM功能；看门狗；内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体2O兆赫兹以下时可省略外部复位电路)；可是用外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器作为时钟源，用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟作为时钟源，常温下内部R/C振荡器的频率为5.2兆赫兹至6.8兆赫兹，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是4兆赫兹至8兆赫兹；共2个16位定时器/计数器，但可用PCA(可编程计数器阵列)模块再产生4个定时器；外部中断2路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；4路PWM/PCA(可编程计数器阵列)，可用来再实现4个定时器也可用来再实现4个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)；8路10位高精度模数转换；通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现多串口；SPI同步通信口，主模式/从模式；工作温度范围：0-75摄氏度/-40至85摄氏度。

复位电路：复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。当单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。图中电容C1和电阻R1对电源+5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，这是单片机内的等效电阻的作用。

时钟电路：单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，本设计使用内部振荡方式。即在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图1-F所示。图中，电容器Col，C02起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟比较稳定，实用电路中使用较多。

由于大功率LED太阳能照明系统需要准确的实时时间，需要准确的工作频率，所以采用内部振荡方式，这样可以通过单片机内部的计时器可以获得比较精确的实时时间。

中断电路：STC12C5410AD单片机只提供两个外部中断口，其中一个用来处理系统设置按键的中断请求信号，剩下一个外部中断口要处理过三个电流量和一个电压量的中断请求，所以只好使用四输入与门IC9-1(74LS21)来汇总这四个中断信号，中断响应后再由单片机对这四个中断源逐一检测，确定中断信号的来源，最后采取相应的策略来处理这些中断。IC8和IC10(LM339)作为电压比较器，用来判断其输入量是否超出正常范围，若信号不正常则通过四输入与门IC9向单片机发出中断请求，以即时处理系统得不正常因素，保证系统安全稳定地运行。

实时时钟电路：大功率LED太阳能照明系统要有定时照明，定时关断的功能，所以要有可供系统参考的实时时钟。出于降低功耗的目的，单片机绝大部分时间要保持在待机模式，这就要求单片机不能因为要响应计时器处理计数器的中断而频繁地被唤醒。而STC12C5410AD单片机中自带地两个计数器都是十六位计数器，假设使用的时钟源是12兆赫兹的外部晶振，则其计时最大周期为65536×1E-6s＝0.065536s，也就是说单片机在待机状态下每0.065536秒就要相应一次计数器中断，故无法达到降低单片机功耗的目的。因此利用单片机内部的一个计时器和一个可编程计数器阵列组成一个32位的计时器便可以使单片机每十五分钟才相应一次时钟中断的目的。故原理图中，STC12C5410AD单片机的10脚和11脚相连接，由可编程计数器阵列输出脉冲至计数器，由计数器对脉冲计数，然后每十五分钟向CPU发出一次中断申请，由CPU完成对实时时间的累加。

Claims (7)

1.一种太阳能自动充电的发光二极管照明灯，其特征在于该控制器包括密封铅酸蓄电池充放电电路(1)、电池的输出电压降压电路(2)、系统参数显示电路(3)、大功率LED恒流驱动电路(4)、温度测量、电流检测、测光电路(5)、单片机控制及其外围电路(6)、太阳能电池(7)；该控制器的太阳能电池(7)的输出端接密封铅酸蓄电池充放电电路(1)的输入端，密封铅酸蓄电池充放电电路(1)的输出端接电池的输出电压降压电路(2)的输入端，电池的输出电压降压电路(2)的输出端分别接系统参数显示电路(3)、大功率LED恒流驱动电路(4)、温度测量、电流检测、测光电路(5)、单片机控制及其外围电路(6)的输入端，大功率LED恒流驱动电路(4)、温度测量、电流检测、测光电路(5)的输出端接单片机控制及其外围电路(6)的输入端。

2.根据权利要求1所述的太阳能自动充电的发光二极管照明灯，其特征在于密封铅酸蓄电池充放电电路(1)以专用充电控制集成电路“IC18为中心，其输出端的“16”脚接晶体管“PNP5”的基极，输出端的“10”脚接放大器“IC8-3”的反相输入端。

3.根据权利要求1所述的太阳能自动充电的发光二极管照明灯，其特征在于电池的输出电压降压电路(2)以稳压集成电路“IC19”为中心，其输入端的“1”脚接蓄电池，其输出端的“2”脚通过电感线圈“L4”输出5伏电压。

4.根据权利要求1所述的太阳能自动充电的发光二极管照明灯，其特征在于系统参数显示电路(3)由5路相同的显示器组成，其输入端接单片机控制及其外围电路(6)中单片机“IC1”的“P3.0、P3.1”脚。

5.根据权利要求1所述的太阳能自动充电的发光二极管照明灯，其特征在于大功率LED恒流驱动电路(4)由三组相同的恒流驱动电路组成，其信号输入端即驱动晶体管“PNP2、PNP3、PNP4”的基极分别接单片机控制及其外围电路(6)中单片机“IC1”的“P2.1、P2.0、P2.7”脚。

6.根据权利要求1所述的太阳能自动充电的发光二极管照明灯，其特征在于温度测量、电流检测、测光电路(5)中，温度电阻“IC2”的“1”脚和“3”脚并联在可变电阻“R6”的两端，温度电阻“IC2”的“2”脚接可变电阻“R6”的可变端，可变电阻“R6”的一端接地，另一端接单片机控制及其外围电路(6)中单片机“IC1”的“P1.7”脚；测光用的光敏电池“2CR2”的一端接地，另一端接单片机控制及其外围电路(6)中单片机“IC1”的“P1.6”脚。

7.根据权利要求1所述的太阳能自动充电的发光二极管照明灯，其特征在于单片机控制及其外围电路(6)中单片机“IC1”的采用“STC12C5410AD”单片机集成电路。

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