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1、河南科技学院 2009 届本科毕业论文 设计）论文题目 :太阳能交通灯设计学生姓名：韩玲玲所在院 系）：机电学院所学专业：应用电子技教育导师姓名：赵明富完成时间： 2009 年 5 月 20 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 34 页2 / 34 摘要人类社会生活水平的不断提高，导致人类对能源的需求量也越来越大能源紧缺问题也表现得越来越明显。而且随着世界各国石油、煤炭等自然资源的匮乏，全国大部分地区为了对付缺电，实行了分地区分时段的拉闸限电措施，而交通灯作为重要的指挥工具如果因断电不能正常工作的话，便会造成交通安全隐患。
2、因此，如何利用可再生资源成为当今世界关注的焦点。太阳能是一种取之不尽，用之不竭的天然能源，又是一种可再生的清洁能源，具有无需架线，不受地理位置限制等优点，所以得到越来越广泛的应用，同样地市场上LED 光效在快速地提高，而价格却在降低。综合这些情况，利用太阳能对交通灯进行供电，通过带有蓄电池的太阳能电池板跟普通交通灯相连，来实现利用太阳能给交通灯供电，不仅能够节约资源，而且使其在市电断电情况下也能正常工作，以及LED 的环保节能 ,太阳能 LED 交通灯成为各个交通要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景本系统采用太阳能供电，采用单片机自动控制交通信号灯及时间显示，介绍
3、了太阳能供电系统；设计了自动控制交通信号灯的硬件电路，并给出了相应的软件和流程图。关键词 ：太阳能电池板。蓄电池。充放电控制。单片机。交通信号灯精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 34 页3 / 34 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 34 页Design of solar traffic lights Abstract Human society and the continuous improvement of living standards, l
4、ead to mankinds energy demand is also growing problems of energy shortage was becoming evident. Moreover, with the countries in the world of oil, coal and other scarce natural resources ，the implementation of pullout the switch to restrictions power time to distinguish between the subdivision，And tr
5、affic lights as an important tool if the command does not work due to power outages, it will cause safety problems.Thus, the use of renewable resources has become the focus of attention in todays world. Solar energy is an inexhaustible natural energy, it is a kind of renewable clean energy, with no
6、wiring from the advantages of geographical restrictions, it has been more and more widely。The combination of these circumstances, the use of solar energy to electricity for traffic lights, through a battery of solar panels connected with the ordinary traffic lights, to achieve the use of solar power
7、 to traffic lights not only save resources but also to electric power in the city cases can work properly. As well as the environmental protection and energy saving LED, solar LED traffic lights in all the traffic to become the Road is a beautiful scenic routes, demonstrate to us will be the endless
8、 vitality and broad prospects The system uses solar power, the use of single-chip automatic traffic signal and the time displayed on a solar power system 。 design of automatic control of traffic signal hardware circuit, and the corresponding flow and map software. Key words：Solar energy。 Battery。 Ch
9、arge-discharge control。 Single-chip。 Traffic lights 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 34 页2 / 34 目录1引言 12 太阳能交通灯设计方案12.1设计要求 12.2方案选择 13硬件设计 13.1太阳能供电系统23.1.1太阳能电池板 23.1.2蓄电池 23.1.3太阳能控制器 43.1.4充电方法 63.1.5交通灯信号灯的设计73.1.6太阳能电池功率的计算93.1.7蓄电池容量计算 83.2交通灯控制系统93.2.1交通灯控制系统设计思路93.2.2交通灯
10、控制系统设计框图93.2.3设计原理分析 104软件设计 155结论 15致谢 15参考文献 15附录 1 主程序流程图17附录 2 中断程序流程图18附录 3 交通灯控制电路图19精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 34 页1 / 34 1 引言随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求大量的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等到于2.5 亿万桶
11、石油 ,可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能交通信号灯就是靠阳光的能量保证信号灯的正常使用，它利用的能源是太阳能既省电又环保安装时还不需要铺设电缆。同时，LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，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 ，这是固体淘汰更伟大的改革。太阳能LED 交通灯集成了太阳能与 LED 优点。2 太阳能交通灯设计方案2.1 设计要求系统的具体设计要求为：1 ）太阳能电池板功率的计算和选用；2 ）蓄电池容量，恒流充放电控制和状态显示；3 ）放行线 ,绿灯亮放行 26 秒,黄灯亮警告 4 秒,然后红灯亮禁止；4 ）禁止线
12、,红灯亮禁止 26 秒,然后绿灯亮 26 秒放行 .放行线和禁止线交替变换；其他时间三种信号灯交替工作,12 点以后只剩下黄灯闪烁，黄灯开始闪亮的时间可调。红绿灯时间可调范围为099s。5 ）该系统的抗干扰性。基于以上的要求，设计的系统必须有一下结构模块：太阳能光伏发电系统 太阳能电池组件，蓄电池，充放电控制电路），单片机控制电路，显示电路。2.2 方案选择本文介绍了一种利用太阳能电池供电系统进行供电，利用单片机进行控制的太阳能 LED 交通灯。太阳能供电系统由太阳能电池板，太阳能控制器，蓄电池组成。交通灯控制系统使用AT89S51 单片机实现。在东西南北四个方向上各有一组红绿灯和一个时钟系统
13、,且都由LED 点阵组成，用于显示红绿灯和时间的变化，南北口的变化和东西是一样的。定时器控制部分采用模拟数字电子技精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 34 页2 / 34 术来实现。同时还具有强通功能，如果有特种车辆过来的话可以手动变绿灯。此强通功能采用中断来实现，特种车过后又恢复到原有的状态。3 硬件设计3.1 太阳能供电系统太阳能发电系统主要有太阳能电池组、蓄电池、太阳能控制器等部分组成。太阳能电池组件是光伏系统的发电装置,白天在阳光照射下 ,太阳能电池组件通过光生伏打效应产生光生电压和光生电流,所产生的直流电通过控制器
14、对畜电池充电 ,这时电能被转化成化学能被储存在蓄电池中,到了夜晚 ,太阳能电池组件停止发电并向蓄电池充电,蓄电池通过控制器对光源放电.因此,本系统的设计包括太阳能电池功率的计算、蓄电池容量的选择、充放电控制电路的设计，系统总框图如图 1所示。图 1 太阳能供电系统框图3.1.1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力转换为电能，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；太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照
15、到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了9。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染.蓄电池太阳能冲 放 电负载精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 34 页3 / 34 3.1. 2 蓄电池在太阳能电池供电系统中 ,太阳能电池方阵将太阳能辐射转换为直流电能,通过蓄电池将其电能转换为
16、化学能储存起来,我们通常称蓄电池为光伏发电系统的贮能装置 . 对于太阳能光伏电源系统,要求它能够随时地向负载提供稳定的电能,但是,由于顾面太阳光照的间歇性和随机性,发供电任务全都靠太阳能电池则难以实现,必须通过贮能装置来对太阳能电池发出来的电能进行贮存和调节,在供电系统正常工作时 ,依蓄电池正常充放电状态的变化分为多种情况:第一种是负载关闭,太阳能电池方阵正常发电 ,此时全部电能是向蓄电池组充电,反这些电能转换成化学能贮存起来 ,直到蓄电池充满后控制器保护断开为止。第二种情况是在太阳能电池 发电的同时 ,负载也需要工作 .这时,太阳能电池将直接向负载供电,多余的电能也将同时向蓄电池组来进行补。
17、更多的工作情况可能是,太阳能电池 不再发电 ,负载需要的电能全部由蓄电池组提供,此时,以化学能形式存储在蓄电池中的能量转变为电能 ,供负载使用权用 ,所以说蓄电池既能贮存电能,还能对系统起着调节电量、稳定输出的作用。蓄电池的种类很多，在太阳能光伏系统中采用是铅酸蓄电池各碱性镍镉蓄电池。但考虑到蓄电池的使用权条件和价格，大部分太阳能光伏系统选择铅酸蓄电池作贮能电源，且使用不需要加水免维护型的铅酸蓄电池。由于太阳能系统运行的特殊性，作为系统贮能的蓄电池，其工作特点是频繁处于充电 -放电的反复循环中，而且会经常发生过充电或深度放电等到不利的工作情况。下面将简单的介绍一下铅酸蓄电池充放电特性。（1）
18、充电特性 铅酸蓄电池电池充电特性见图 2，从充电曲线可以看出，蓄电池的充电过程有三个阶段：初期OA ）电压快速上升，中期ABC ）电压缓慢上上升，延续较长时间，C 点开始为充电末期，电化学反应接近结束，电压开始迅速上升，接近D 点时，负极析出氢气，水被分解。上述所有迹象表明，C 点电压标志着蓄电池已充满，应立即停止充电，否则将给铅酸蓄电池带来损坏。所以蓄电池通常在初期、中期采取快速充电，恢复蓄电池的容量，在末期用小电流长期充电补充电池因自放电而损失的电量，以维持电池的额定容量6。2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 A B C D O 电压 /V 精选学习资料 - - - - - - - -
19、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 34 页4 / 34 （2） 放电特性铅酸蓄电池的放电特性见图3，从入电轼线可以看出，蓄电池电过程主要分为三个阶段，开始OE ）阶段电压下降较快，中期EFC）电压缓慢下降且延续较长的时间，在最后阶段G 点后，放电电压急剧下降。其原因首先是酸浓降低，引起电动势降低，其次是活性物质的不断消耗，反应面积减小，应立即停止放电，否遇将给铅酸蓄电池带来不可逆转的损坏。E F G 1 3 5 7 9 11 13 图 3 放电特性曲线2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 电压 /V O 时间 /h 精选学习资料 - - - - - - - - -
20、 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 34 页5 / 34 3.1.3 太阳能控制器充放电控制器是具有自动防止太阳能光伏电源系统的贮能蓄电池组过充电和过放电的设备，它是光伏发电系统的核心部件之一。控制器最重要的作用就是防止蓄电池过度充电和过度放电。由于蓄电池的投资在系统成本中占了较大的比重，而蓄电池过度充电和过度放电都将大大缩短蓄电池的使用寿命，为了最大限度延长蓄电池使用寿命，保证光伏发电系统能长期可靠地工作，就需要对蓄电池的充放电进行控制。虽然控制器的控制电路根据光伏系统的不同其复杂程度有所差异，但其基本原理是一样的，图4 是一个基本的充放电控制器的工作原理图，该系统由光
21、伏组件、蓄电池、控制器电路和负载组成。开关1 和开关 2 分别为充电开关和放电开关。开关1 闭合时，由光伏组件给蓄电池供电，当蓄电池出现过充时，开关 1 能及时切断充电回路，使光伏组件停止向蓄电池供电，开关1 还能按照预先设定的保护模式自动恢复对蓄电池的充电。开关2 闭合时，由蓄电池给负载供电，当蓄电出现过放电时，开关2 能及时切断放电回路，蓄电池停止向负载供电。当蓄电池再次充电并达到预先设定的恢复充电蹼时，开关2 又能自动恢复供电。开关1 时和开关 2 是广义上的开关，它可以由各种开关元件构成，如各种电开关、机模式开关等。图 4 充放电控制器原理框图下面介绍一种简易太阳能电池充放电控制器，可
22、有效地防止蓄电池过充电或过放电。电路结构电路如图5 所示。双电压比较器LM393两个反相输入端脚和脚连接在一起，并由稳压管ZD1 提供 6.2V 的基准电压做比较电压，控制器负载光伏组件蓄电池开关 1 开关 2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 34 页6 / 34 两个输出端脚和脚分别接反馈电阻，将部分输出信号反馈到同相输入端脚和脚，这样就把双电压比较器变成了双迟滞电压比较器，可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡。R1、RP1、C1、A1、Q1、Q2 和 J1 组成过充电压检测比较控制电路；R3、RP2、C2、A
23、2、Q3、Q4 和 J2 组成过放电压检测比较控制电路。电位器RP1 和 RP2 起调节设定过充、过放电压的作用。可调三端稳压器LM371提供给 LM393稳定的工作电压。被充电电池为12V65Ah全密封免维护铅酸蓄电池；太阳电池用一块40W 硅太阳电池组件，在标准光照下输出17V 、2.3A 左右的直流工作电压和电流；D1 是防反充二极管，防止硅太阳电池在太阳光较弱时成为耗电器。工作原理：当太阳光照射的时候，硅太阳电池组件产生的直流电流经过常闭触点和，使发光，等待对蓄电池进行充电；闭合，三端稳压器输出电压，电路开始工作，过充电压检测比较控制电路和过放电压检测比较控制电路同时对蓄电池端电压进行
24、检测比较。当蓄电池端电压小于预先设定的过充电压值时，的脚电位高于脚电位，脚输出低电位使截止，导通，发光指示充电，动作，其接点转换位置，硅太阳电池组件通过对蓄电池充电。蓄电池逐渐被充满，当其端电压大于预先设定的过充电压值时，的脚电位低于脚电位，脚输出高电位使导通，截止，熄灭，释放，断开充电回路，发光，指示停止充电。当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时，的脚电位高于脚电位，脚输出高电位使导通，截止，熄灭，释放。其常闭触点闭合，发光，指示负载工作正常；蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低，当端电压降低到小于预先设定的过放电压值时，的脚电位低于脚电位，脚输出低电位使截止，导通，发光指示过放电，动作，
25、其接点断开，正常指示灯熄灭。另一常闭接点图中未绘出）也断开，切断负载回路，避免蓄电池继续放电。闭合，蓄电池又充电。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 34 页7 / 34 2345TitleNumberSizeBDate:1-Feb-1981 File:C:Documents and SettingsAdminD15A硅太阳能电池组件F12.2AJ1-1R110KLED1R26.2KR36.2KR5290R62KRP210KC110uFRP110KC210uFR42KC310uFR712KR1010KR813KR1110K
26、R910KR1310KR1210KR1410KR154KR164KR174KZD16.2VD2D3LED2LED4LED3Q3Q4Q1Q2C410uFJ1J2Vin2ADJ1+Vout3A1A2J2-1保 险停充指示充电指示过放指示正常指示K图 5 太阳能充放电控制电路3.1.4充电方法充电是蓄电池得以可持续工作的重要手段，也是太阳能发电系统得以持续进行的必备条件。一般的的充电方法有快速充电法,恒流充电法，恒压充电法。在开始充电的时候 ,控制器会先检测蓄电池的电压,如果过低 ,则会根据快速成充电的方法 ,将畜电池的电量快速充满,之后采用恒压或恒流的方法继续给畜电池充供电. 快速充电法一般是使电
27、流以脉冲方式输给蓄电池，并随着充电时间的延续，蓄电池一个瞬间的大电流放电，使其电极去极化。它是光伏发电的常用充电方法之一。快速充电法的主要优点：充电时间大大缩短采用常规充电法时，蓄电池正常充电时间一般需要1215 小时。采用快速充电法时，正常的充电时间一般是在 1 小时左右。由于充电时间大大缩短，充电维护工作量就大大减少。节约大量电能，蓄电池的寿命显著提高。采用快速充电法时，有效避免了因剧烈出气而造成的活性物质脱落，蓄电池的容量显著增加。采用常规充电法时，充电电流较小，极板深处的活性物质不能进行充分的化学反应，所以新蓄电池在初充电后的容量很难达到额定容量。采用快速充电法时，充电电流很大，极板上
28、的活性物质可以进行充分的电化学反应，因而蓄电池的容量显著增加。此外，采用快速充电法时，蓄电池经初充电后，不必放电。这样既能节约电能，又缩短精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 34 页8 / 34 充电时间，还可增加蓄电池的容量。另外，采用快速充电法可以有效的消除极板硫化，从而提高蓄电池的容量。有些因硫化而准备报废的蓄电池，采用快速充电法后，容量也可以大大提高，这样就相应地延长了蓄电池的使用寿命。脉冲式快速充电的充电曲线如图6 所示。图 6 脉冲式充电曲线从上述可以得出，采用快速充电法比较合适，适合作为太阳能电池板的储能装置
29、。恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使析气过甚。恒压充电法主要针对每只单体蓄电池以某一恒定电压进行充电。此方法比较简单，充电过程中不需要调整电流。充电时间短，能耗低，充电效率可达80%。如果充电电压选择得当，可在数小时内完成充电。其缺点是：在充电初期，如果蓄电池放电深度过深，充电电流会很大，不仅会危及充电器的安全，蓄电池也可能因为过流而受到损伤；另一方面，如果充电电压选择过低，后期充电电流又过小，充电时间过长，不宜串
30、联数量多的蓄电池组充电；同时，蓄电池的端电压很难补偿，充电过程中对低电压蓄电池的完全充电也难以完成。恒电压充电一般应用在蓄电池组电压较低的场合。3.1.5 交通灯信号灯的设计本设计中的信号灯均由红、绿、黄三种颜色的高亮度LED 圆形点阵组成，电路上采取串并联相结合。且每只发光二极管的正向工作电流IF为 15mA，正向工作电压为2V。每个灯由 50 只发光二极管组成圆形显示,其中每 5 个串联在一起，然后这10个串联支路并联起来，这样可以避免工作电流过大而损害发光二极管。每个灯的工作电流为0.15A 18+0.6 6 1/2=22.68Ah,一天的功耗为 1222.68=272.16Wh.3.1
31、.6蓄电池容量计算蓄电池的容量计算是根据系统的日用电量、自给天数及蓄电池的放电深度来确定的。这里自给天数是指在系统中没有任何外来能源的情况下仍能正常工作的天数。蓄电池的放电深度应根据不同的的蓄电池类型来确定，一般来说，铅酸畜电池的放电深度选择80%左右。特别需要说说明的是，蓄电池容量选择正确与否是太阳能电池供电系统的关键问题之一。蓄电池是太阳能电池供电系统中维捩成本最高的部分，蓄电池的设计、配置不合理会大大加速蓄电池的损坏。蓄电池池容量设计的过大会产生三个问题：一是加大了成本，显然不合适；二是过大的蓄电池不公不能发挥设备容量的能力，而且会增大自放电，甚至会使蓄电池长期处于末充满状态，极板很快盐
32、化，加剧蓄电池损坏。蓄电池容量设计小了一方面会使太阳能电池板发出的电不能完全贮存，系统功能得不到最大限度的利用，另一方面，蓄电池总是处于深度放电状态，也很容易损坏. 这里蓄电池容量选12V,且能连续工作6 个阴雨天。蓄电池容量的大小，主要考虑负载的耗电情况，此外还要考虑现场的气候条件和环境温度等。蓄电池容量的计算化公式为 Ah ）: 式中： P 为负载的平均功率， h 为负载每天工作的时间，N 为连续无日照的天数， U 为蓄电池的额定电压，为富余系数，取1.43 ，T0为温度修正系数，一般 0 度以上取 1，0 度以下取 1.1 或 1.2）。本系统蓄电池容量选择 ：考虑到现场气候和环境温度，
33、可选择容量为200Ah/12V的免维护铅酸蓄电池，其容量设计在连续6 个阴雨天也能正常工作。3.1.7 太阳能电池功率的计算精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 34 页10 / 34 太阳能电池功率的计算工式为：式中： t 为每天平均光照小时数， M 为太阳能电池板给蓄电池充满需要的天数。按平均每天日照7 个小时， 3 天给蓄电池充满，则太阳能电池板的功率为：3.2 交通灯控制系统3.2.1交通灯控制系统设计思路近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片
34、机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善.十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。设计任务的要求 ,所设计的电路不仅仅能够实现交通灯的一般功能，同时还要求能够对红绿灯的时间进调整,可以实现强通 ,同时对黄闪灯单独工作的开始的时间和结束时间也能进行调整,这就要求电路的设计必须具有显示电路，时钟电路，以及掉电存储等电路，那么主要设计方案的确立就从这几个方面入手。为了降低该电路设计过 程中编 程 的难度 ，时钟电路的设计
35、采用了时钟芯片DS1302 ，它是一块基于SPI 总线的高性能、低功耗的时钟芯片，可实时的对时、分、秒、星期等信息进行计数处理。显示电路采用了七位数码管与单片机串口连接，并利用移位寄存器74LS164作为驱动电路。掉电存储电路用AT24C02 来设计，防止停电时所设定的定时信息丢失，避免了来电以后还要重新设定的麻烦。同时，为了能够很方便的对信息进行调整，电路中还设计了键盘控制电路以及能够清楚显示调整过程的指示电路。3.2.2交通灯控制系统设计框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 34 页11 / 34 图 7 交通灯控制
36、系统设计框图3.2.3设计原理分析本设计主要采用AT89S51单片机来实现其要求功能的，外围电路有复位电路和振荡电路组成，它是整个交通灯控制系统的核心部分。通过编写的程序可以达到所需要的要求。电路图如图8 所示。R70.2 KR81 KK3C23 3p FC33 3p FY12MHZVCCDJR2 2u FEA/VP3 1X11 9X21 8RESET9RD1 7WR1 6INT01 2INT11 3T01 4T11 5P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P
37、2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD10VCC40GND2 0J189C51GNDGND图 8 AT89S51 和外围电路AT89S51 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为 XTAL2，两端跨接石英晶体振荡器及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容C1 和 C2 通常取 30pF 左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。振荡脉冲频率范围为fosc=024MHZ。复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC 初始化为0000H ，使单片机从0000H单元开始执行程序，除了进入系统的正常
38、初始化之外，当由于程序运行出错或者操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按复位键重新启动，因此，复位是单片机必不可少的组成部分。本设计采用手动复位和上电自动复位组合。89S51单片机信号灯及倒计时电路时间调整显示电路DS1302时钟电路电源电路AT24C02 存储电路键控电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 34 页12 / 34 上电复位是在加电瞬间电容通过充电来实现的。在通电瞬间，电容通过电阻充电， RST 端出现正脉冲用以复位。只要电源的上升时间不超过1ms ，就可以实现自动上电复位；手动复位是通过接通
39、一按钮开关，从而达到手动复位的。下面是对整个控制系统各个部分电路的分析.电源电路的设计 :因为太阳能电池产生的电流是直流电,因此对于直流负载 ,可以不用通过逆变器,直接接在太阳能控制器的后面,但考虑到 ,单片机的的工作电压为 +5V, 因此这里还需要7805进行稳压 ,输出+5V的直流电压供单片机工作，7805 具有输出交流噪声小，温度温定性好等优点。电路图入图9 所示：32112CON2Vin1GND2+5V3LM7 805C1470u FC22 20uFC3103R1 31kL1GND图 9 电源电路掉电存储电路 :掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前的定时信息15。AT24C0
40、2是 2KB 字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和 单 片 机 通 讯 ， 电 压 最 低 可 达 到 2.5V ， 额 定 电 流 为 1mA ， 静 态 电 流10uA5.5V ），芯片内的资料可以在断电的情况下保存40 年以上，而且采用八脚的 DIP 封装，使用方便。图10 就是利用它所设计的掉电存储电路：543NC1NC2NC3GND4SDA5SCL6WP7VCC8U1AT24 C0 4AGNDSCLSDAVCCR15.1 kR25.1 k图 10 掉电存储电路图中 R1、R2 是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02 的数据线和地址线是复用的，采用
41、串口的方式传送，所以只用两根线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 34 页13 / 34 SCL移位脉冲）和SDA 数据 / 地址）与单片机传送数据。每当设定一次定时，系统就自动调用存储程序，将定时信息保存在芯片内；当系统重新上电时，自动调用读存储器程序，将存储器内的定时信息读到缓存单元中，供主程序使用。 DS1302时钟电路 :DS1302 是基于 SPI 总线的高性能、低功耗的时钟芯片，可实时的对时、分、秒以及星期等多种信息进行计数处理，它共有8 个引脚，其中 3 个引脚与单片机相连， 5 脚 RST 复位输入端， 6
42、 脚 I/O 是数据输入/输出端， 7 脚 SCLK 是串行时钟输入端，它们分别连接与单片机的P1.5、P1.6、P1.7口。在单片机程序的控制下，完成对时、分、秒以及星期和定时信息的控制，另外， 2、3 引脚 X1、X2 除外接 32.768KHZ晶振外，通常还要接补偿电容 C7 ），1 脚 VCC2是主电源，一般接 +5V ，8 脚 VCC1辅助电源，一般接3.6V可充电电池，4 脚 GND是电源地，接主电源与辅助电源的地端，DS1302 与单片机接成时钟电路的接口电路如下图11 所示：543R1510KR1610KR1710KY132.768KHZC10.1uBT13.6 VVCC21X
43、12X23GND4RET5I/O6SCLK7VCC1812345678U8GNDI/ORETGNDVCCSCLKC230pC330pGND图 11 DS1302与单片机接口电路下面是对DSl302的特性和引脚的详细说明,DS1302的引脚如图12 所示。DSl302 内部具有实时时钟、日历和用户可用RAM ，通过一个简单的串行接口与微机通信，可根据月份和闰年的情况自动调整月份的结束日期，时钟可由用户决定是以 24 小时制式或 12 小时制式工作。芯片主要特性：实时时钟包括秒、分、小时、日、月、星期和年等信息。简单的 3 线串行 I/O 接口，可选的涓流充电方式。2.5V 5.5V 的电压工作范
44、围，工作电源和备份电源双引脚输入。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 34 页14 / 34 图 12 DS1302的引脚图DS1302 每个引脚的功能如表1 所示。表 1 DS1302 引脚功能表键盘控制电路 :单片机应用系统通常都需要进行人机对话，这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，还有应用系统向人显示运行状态与运行结果等。如键盘就是用来完成人机对话的人机通道15。在该系统的设计中采用的是独立连接式键盘。它有四个按键，每个按键都是一个常开开关。在这四个按键中，每个按键的分工各不相同，它们分别作为菜单键，加键，减键确
45、定键。当任何一个按键按下时，与之相连的输入数据线即被清零，而平时该线为高电平。要判别是否有按键按下，用单片机的位处理命令非常方便。下面是键盘控制电路图：引脚名称引脚功能X1、X2 32768HZ晶振接入脚GND 接地引脚复位输入引脚I/O 数据输入 /输出引脚，具有三态功能SCLK 串行时钟输入引脚VCC2 工作电源引脚VCC1 备用电源引脚精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 34 页15 / 34 3 2P0.63 3P0.53 4P0.43 5P0.33 6P0.23 7P0.13 8P0.03 9VCC4 0P2.0
46、2 1P2.12 2P2.22 3P2.32 4P2.42 5P2.52 6P2.62 7P2.72 8ALE/PROG3 0PSEN2 9EA/VPP3 1P1. 01P1. 12P1. 23P1. 34P1. 45P1. 5 /MOSI6P1. 6 /MISO7P1. 7 /SCK8REST9P3. 0 /RXD1 0P3. 1 /TXD1 1P3. 2 /INT01 2P3. 3 /INT11 3P3. 4 /T01 4P3. 5 /T11 5P3. 6 /WR1 6P3. 7 /RD1 7XTAL21 8XTAL11 9GND2 0U9AT89 S5 1C42 2u FR1 810KC
47、RY11 2MHzC933PFC1 03 3PFRESETGND1VCCVCCGND1 40QHRETI/OSCLKA4A3A2A1A0P3. 0P3. 1S1S2S3S4VCCNC1NC2NC3GND4SDA5SCL6WP7VCC8U1AT24 C0 4AGNDSCLSDAVCCR15.1 kR25.1 kR6R5R4R3S2S3S4S5VCCGNDS1S2S3S4R1 510KR1 610KR1 71 0KY132. 768 KHZC10.1 uBT13.6 VVCC21X12X23GND4RET5I/O6SCLK7VCC1812345678U8GNDI/ORETGNDVCCSCLK20p
48、30pQHQ1855 0VCCGND12534KM1VCC2VCCR121KD4IN4 0071122L1SCLSDAVCCGND1-R-LED1-G-LED1-Y-LEDJINJI1P3. 0P3. 1RESETR-LEDG-LEDY-LEDJINJI1JINJI212345678TIN312345678TIN4VCCGND2-R-LED2-G-LED2-Y-LEDJINJI2P3. 0P3. 1图 13 键盘控制电路数码管显示电路的设计 :显示电路是为了让使用者能够很清楚的了解到所需要的信息 ,方便的对红绿灯的时间进行调整。它可以采用液晶或者数码管作为显示器件，液晶显示可以使显示的内容更清
49、晰和丰富，但基于成本较高，该电路中选用数码管作为显示器件。该数码管显示电路主要由八段数码管组成，其电路是共阳的，当输出一定的编码数据时显示相应的数字。同时又考虑到节约单片机的资源，本系统的显示部分采用穿行方式，利用单片机本身固有的全双工串行输入输接口，这种方式既可以有效利用端口资源，又使程序本身得到简化 ， 串 并 转 换 电 路 主 要由 五 块 移 位寄 存 器 74ALS164组 成。 当 清 除 端CLEAR ）为低电平时，输出端QA QH ）均为低电平。串行数据输入端A ，B）可控制数据。当一组数据依次输入时，寄存器中的数据在每个时钟脉冲的作用下依次向下一个寄存器传递。最终在输出端Q
50、A QH ）得到八位并行输出的数据。由于寄存器是级联的，所以在时钟脉冲的作用下依次为每个数码管提供七位的数据，同时74LS164 还兼做数码管的驱动电路。供电电路是由三个二极管组成，其目的是降低电源的电压为数码管提供合适的工作电压，增加数码管的使用寿命，同时又省去了为每个数码管要加八个电阻的麻烦。其电路图如图 14 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 34 页16 / 34 C422uFR1810KCRY112MHzC93 3PFGNDS1VCCGNDR14200NC1NC2NC3GND4U1AT24 C04GNDc