基于单片机的太阳能无线 LED 灯设计
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。
