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太阳能路灯电路包括光伏电池、蓄电池、路灯和控制器四部分。 设计中采用了AT89S52单片机，作为智能核心模块。 外围电路主要包括太阳能电池电压采样模块、蓄电池电压采样模块、键盘电路模块、LED显示模块、充放电控制模块等。

1 条描述

TPS61165 的工作输入电源电压介于 3V 和 18V 之间，可提供高达 38V 的输出电压。 该器件集成了额定电压为 40V 的开关 FET，最多可驱动 10 个串联的 LED。 它以 1.2MHz 的固定开关频率工作，这不仅显着降低了输出纹波并提高了转换效率，而且还允许使用小型外部组件。 默认情况下，白光 LED (WLED) 的电流由外部检测电阻 RSET 设置，反馈电压调节在 200mV。

无论使用数字调光方法还是 PWM 调光方法，TPS61165 在输出电容器上的输出纹波都非常小，并且不会产生由正常开/关控制调光产生的可闻噪声。 为了在 LED 开路情况下提供保护，TPS61165 可以禁用开关以防止输出超过绝对最大额定值。 PMP3598 使用 TPS61165 进行非同步升压设计。 围绕运算放大器构建的附加电路不仅可以实现电池欠压/充电指示，还可以在太阳能电池板和电池输入之间提供 ORing。 此外，该电路还集成了必要的过温和过流保护功能，并具有负载断开功能。

这种设计的重要优势在于它具有极高的效率和良好的 LED 电流稳定性能。 TPS61165 在恒流模式下运行，可以稳定 LED 电流。 CTRL 引脚可用作数字和 PWM 调光的控制输入。 每次启用设备时都可以选择 TPS61165 的调光模式。 模拟调光也可以通过改变反馈参考电压来实现。 可以用一个20k欧姆的可变电阻来改变LED电流，达到调光的目的。 该转换器可在350mA电流条件下将电压从6V升压至10.5V，转换效率不低于85%。 该电路可用于驱动三个1W LED或多个50mA LED，总输入功率不超过3W。

2 硬件电路设计

选用DS1302定时器、AT24C02存储器、4位数字显示、过充过放电路、STC12C2051单片机组成智能控制系统。 根据各部分电路的不同功能，整体电路可分为以下几个部分：太阳能电池板组件、过充过放电路、STC12C2051单片机、蓄电池、时控灯控制电路、照明负载及时间显示电路。

电源电路设计

电源电路如下图所示。 系统由太阳能电池板供电，24V蓄电池电压经7805稳压产生5V电压，作为控制器的主电源。 电容C2作为高频旁路电容，将高频信号旁路到地。 同理，电容C1为滤波电容。

方案选择

使用时钟控制器型路灯控制器，应事先设定好开关时间，使路灯按时开、关，从而达到自动控制的目的。 优点是定时开关预设的切换时间不受外界干扰，除自身故障外不会发生误动作。 缺点是不能根据季节变化和特殊天气情况自动改变切换时间，需要人工调整切换时间，费时费力，不利于节能。 定时开关分为机械钟和电子钟。 机械钟以石英钟为主，走时准确。 然而，机芯所使用的塑料齿轮在高温下会发生变形，导致停机。

电子时钟式定时开关也得到广泛应用，常用的有以LR6818、LM8650、LM8561等集成块为核心的电子时钟电路。 下图是与单片机的连接图，其中VCC1为主电源，VCC2为备用电源。 一般情况下，SCL、I/O、RST与单片机相连，实现对1302的读写控制。

存储器AT2402的1、2、3脚为空脚信号隔离器电路图，4脚为地端，5脚为数据端，6脚为时钟端，7脚为写保护口， 8个引脚是电源。

AT24C02在设计中的作用是掉电记忆，防止突然断电时用户信息丢失，存储当前设置的信息。 AT24C02是Atmel公司的一款2kB电可擦除存储芯片。 由于AT24C02的数据线和地址线复用，数据通过串口传输信号隔离器电路图，所以只用到SCL（移位脉冲）和SDA（数据线）两条线。 /地址）与微控制器传输数据。 最低电压可达2.5V，额定电流1mA，静态电流10μA（5.5V）。 芯片内数据可在断电情况下长期保存，采用8脚DIP封装，使用方便。 它与单片机的连接如下图所示。

太阳能路灯和普通路灯的控制电路的功能基本相同，都是完成晚上点亮，早上关灯和给蓄电池充电。 国内外常用的控制器有单独光控型、时钟控制器型和经纬度控制器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。

3 太阳能路灯控制器设计

路灯控制系统的工作原理：白天，光伏电池给蓄电池充电，晚上蓄电池为路灯照明提供电力。 所以电池会构成一个充放电循环。 太阳能路灯照明控制电路包括光伏电池、蓄电池、路灯和控制器四部分。 设计中采用了AT89S52单片机，作为智能核心模块。 外围电路主要包括太阳能电池电压采样模块、蓄电池电压采样模块、键盘电路模块、LED显示模块、充放电控制模块等。下图是太阳能路灯控制器的结构设计图。

单片机智能控制模块

本太阳能路灯控制器选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52作为核心智能控制模块，整体具有低功耗、高性能的特点。

单片机振荡电路

单片机振荡电路如下图所示。

复位电路

复位电路如下图所示，电路结构简单、稳定可靠。

电源电路模块设计

系统正常工作电压为5V，系统由12V/24V铅酸电池供电。 电池电压不稳定，需要稳定供电。 本系统采用LM7805三端稳压器，其输入电压在输入电压为5-24V时可保证稳定的+5V输出。 LM7805只需要很少的外围元件就可以构成稳压电源，使用非常方便，稳定可靠。 系统供电电路如下图所示。

采样模块设计

太阳能电池采样和电池采样对系统的正常运行起着非常重要的作用。 太阳能路灯控制器需要合理控制蓄电池的充放电，即需要对蓄电池和太阳能电池板的电压进行采样。 为此，AT89S52单片机必须外接A/D转换模块，将电压转换为数字信号，本系统采用AV/F转换芯片LM331组成数模转换电路。 在系统采样设计中，为防止AT89S52程序因外界因素跑飞或死机，提高系统稳定性，需要在LM331与单片机之间加一个单通道高速光电隔离器6n137J。 下图是太阳能电池板采样电路图。 系统电池采样和太阳能电池板采样电路相同。

4 下图的太阳能灯电路是一个低损耗电路，采用7W四针CFL（紧凑型荧光灯）和12V、7-Ahr密封免维护电池。 逆变器效率大于85%，静态电流小于2mA。 它具有并联充电控制器，具有电池过放电保护和过充电保护功能。 低静态电流、过放电保护和过充电保护相结合，可确保较长的电池寿命。 逆变器的预热功能可以防止CFL灯头变黑，从而延长其使用寿命。 该电路在农村可用作可靠的紧凑型便携式光源，在城市可用作应急灯系统。 并联充电控制器电路包括IC1（低电流2.5V电压基准LM385）和IC2（LM324比较器）。 IC2A与电阻R1～R8和晶体管Q1一起防止电池过放电。

这款太阳能灯驱动器可用作应急灯系统。

当电池电压低于10.8V时，电路切断负载（逆变器和灯管），从而防止电池过放。 在空载条件下，放电后的电池电压约为12.2V，为防止振荡，电路提供了一个12.3V的过放复位电压。 红色 LED1 指示低电压状态。 IC2B与电阻R9～R14和晶体管Q2一起防止电池过充。 当电池电压超过 14.8V 时，Q2 导通并旁路太阳能电池阵列，从而防止电池过度充电。 当电池电压低于12.5V时，Q2截止，太阳能电池板阵列对电池进行充电。 D2是反向阻断二极管。 当太阳能电池不发电时，它可以防止电池对太阳能电池放电。 黄色发光二极管 LED2 表示电池已充满电。 绿色发光二极管LED3与IC2c和电阻R15～R20一起提供充电指示。