标签:LED WIFI 单片机 电路 太阳能 无线 光照
摘 要
:
文章设计一款太阳能
LED
灯
,
经过太阳能给锂电池充电
,
利用
51
单片机通过检测电路对整个系统施行管理和监控,
可以使用手机和
WIFI
作为通信工具
,
利用光敏电阻检测光照
,
进而控制灯的亮度
,
天越黑
,
灯越亮
,
程序编写构造清晰,
应用前景广阔
。
关键词
:
单片机
;
太阳能
;
光敏电阻
;
C
语言
0 引言
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
。
基于目前相关研究,
笔者设计了一款基于单片机的太阳能
LED
灯
,
可以使用手机,
通过
WIFI
控制灯的亮灭
,
单片机检测太阳能电池板的电压,
并将太阳能电池板是否正常运行信息发送给手机。
基于单片机的太阳能控制系统不仅能够在路灯上使用,
其设计方法及其技术还可以普遍使用到电池控制器,
逆变控制器等领域
,
对相关科学具备推进作用并且具有很大拓展价值。
1 总体方案设计
太阳能无线
LED
灯系统主要由单片机系统
、
太阳能接口电路、
锂电池充电及升压电路
、
WIFI
模块电路
、
光照检测电路、
A/D
采集转换电路和
LED
灯电路组成
。
太阳能接口电路、
锂电池充电及升压电路
、
光照检测电路
、
A/D
采集转换电路作为输入模块,
LED
灯电路作为输出模块
,WIFI 模块电路与单片机系统及作为输入模块也作为输出模块,
用户可通过
WIFI
发送指令
。
系统框图如图
1
所示
。
2 系统硬件设计
硬件设计主要包括太阳能接口电路
、
分压电路
、
光照检测电路、
WIFI
模块电路等几部分
。
首先通过太阳能给锂电池充电;
把装置置于阳光下
,
通过光敏电阻检测光照
,进而控制灯的亮度;
光敏电阻对光照十分敏感
,
其在无光照时,
呈现的是高阻状态
,
暗电阻一般可达
1.5M
Ω
,
当有光照时,
材料中激发出自由电子和空穴
,
其电阻值减小
,
电阻值会随着光照强度的升高迅速降低,
亮电阻值可小至1kΩ
以下
;
通过
WIFI
控制灯的亮灭
,
单片机检测太阳能电池板的电压,
并将太阳能电池板是否正常运行信息发送给用户
。
2.1 太阳能接口电路设计
本系统中选择
9V
多晶硅太阳能电池板作为发电元件,
太阳能发电后经过
L7805CV
芯片稳压后
,
将发电后的电压稳在 5V
,
然后在经过
TP4056
芯片给锂电池进行充放电,
同时因为锂电池的电压为
3.7V
~
4.2V
,
而本设计的单片机等电路均为 5V
供电
,
所以用升压装置将
3.7V
的电压升到 5V
来给设备供电
。
太阳能电池板发电原理图如图2 所示
。
2.2 分压电路设计
在串联电路中
,
各电阻上的电流相等
,
各电阻两端的电压之和等于电路总电压。
可知每个电阻上的电压小于电路总电压,
故称串联电阻分压
。
在设计中
,
选择的
A/D
芯片采集的 5V
电压
,
故超过
5V
的电压需要分压后降压为
0
~5V 才可以经过
A/D
转换
,
其电路原理图如图
3
所示
。
2.3 光照检测电路设计
本系统选择光敏电阻作为检测光照的器件
,
其工作原理是基于内光电效应。
光照愈强
,
阻值就愈低
,
随着光照强度的升高,
电阻值迅速降低
,
光敏电阻对光线十分敏感,
其在无光照时
,
呈高阻状态
。
在本设计中
,
通过串联一个电阻实现光敏电阻的分压,
电阻为分压电阻
,
同时也保护光敏电阻,
其原理图如图
4
所示
。
2.4 WIFI 模块电路设计
串口
WIFI
模块是新一代嵌入式
WIFI
模块
,
一款超低功耗的模块,
可将用户的物理设备连接到
WIFI
无线网络上,
进行互联网或局域网通信
,
实现联网功能
,
用手机连接APP 控制
LED
灯的亮灭
,
WIFI
模块电路图如图
5
所示
。
3 系统软件设计
软件设计中单片机开发环境是
Keil uVision4
,
Keil u
Vision4 软件是目前
51
系列单片机系统的主流程序开发软件,
Keil uVision4
是
STC
公司推出最新一代关于
51
系列单片机处理器的编译、
连接和调试集成环境
。
如图
3
所示。
可以降低开发周期
,
从而节约很多成本
。
Keil uVision4不仅提供了完整的 Windows
开发环境界面
,
支持
C/C++
语言开发,
而且其
C
语言编辑效率很高
,
能够使开发者非常容易地使用 C
语言进行程序编程
[4]
。
小型太阳能无线
WIFI光照控 LED
灯系统额定功率总和为
10W
,
系统的光电转换效率为 18%
左右
,
最高的达到
24%
,
锂电池的最大充电电流为自身容量的 1/10
,
则系统输出的最大电流为
0.2A
,理论上可以供给于路灯照明。
4 系统调试
为了对太阳能无线
LED
灯系统测试来验证其可行性,
运行程序使用
C
语言进行编写
,
在搭建调试平台后
,
需要对软件程序进行调试,
若程序调试没有问题
,
接下来开始验证系统功能是否满足要求,
若功能有问题
,
需要继续调试程序,
反复进行
,
直到所有功能都满足为止
,
能正常运行,
至此完成系统调试
。
如图
6
所示为系统运行流程图
。
5 结论
基于单片机的太阳能无线
LED
灯的设计经验证
,
满足设计要求,
系统的硬件设计及调试都达到了预期结果
。LED 灯和太阳能电池板并网运行稳定
,
未出现电压波动
。系统使用 STC89C52
单片机为主控制器
,
太阳能
LED
灯的亮度强弱,
可以通过实际需求
,
使用手机连接
WIFI
进行调控以满足需要。
标签:LED,
WIFI,
单片机,
电路,
太阳能,
无线,
光照
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