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。