梅卫龙，肖 伟，代 森，廖先奎

（西藏大学工学院 电子信息系，西藏 拉萨 850000）

随着社会发展的步伐日益加快，人们对新型能源地开发利用程度不断加大，太阳能作为一种新型能源，越来越受到人们的重视，合理有效的利用好太阳能，已逐步成为节能环保的一种趋势。西藏太阳能资源居中国首位，也是世界上最丰富的地区之一，全年平均日照时数在3 000小时左右。因此为了更环保、更加节能，合理有效地利用太阳能，我们设计出一款多功能太阳能路灯。文中采用 C8051F020[1]作为主控芯片，通过51单片机[2]控制片内高速AD对紫外线传感器、温度传感器、光照度传感器[3]等进行采样，对拉萨环境进行监测（特别是紫外线强度的监测），相关数据参数经过LCD显示，用户可通过需要显示广告信息，如进行公益广告，商业广告相关信息的宣传；同时利用具有高效节能的LED灯作为发光源提供照明，蓄电池作为储存电能的工具，将获取的太阳能存储起来。本设计不仅具有良好的市场前景，而且实现了能源的高效利用。

1 系统设计方案

1.1 系统硬件设计

文中设计的硬件包括，新华龙电子公司的C8051F0201单片机 、稳压电路。文中主要利用太阳能电池板[4]将太阳能转化为电能，并储存在蓄电池中，由蓄电池给硬件部分提供电源，通过稳压电路提供单片机工作电压[5]，主控芯片C8051 F0201控制LCD显示和AD采样，太阳系统硬件设计框图如图1所示。

图1 系统硬件结构框图Fig.1 Structure diagram of system hardware

1.1.1 C8051F020简介

C8051F020（以下简称51单片机）器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有32个数字I/O引脚。此款51单片机具有高速、流水线结构的 8051兼容的 CIP-51内核（可达 25MIPS）。全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）。12位、100 ksps的8通道 ADC，带 PGA和模拟多路开关。8位500 ksps的ADC，带PGA和8通道模拟多路开关和两个 12位DAC，具有可编程数据更新方式。64 k字节可在系统编程的FLASH存储器。4 352（4 096+256）字节的片内RAM，可寻址64 K字节地址空间的外部数据存储器接口。硬件实现的 SPI、Sm Bus/I2C和两个 UART串行接口，5个通用的16位定时器。具有 5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵。列片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器，每个MCU都可在工业温度范围（－45～+85℃）内用 2.7～3.6 V的电压工作。端口 I/O、/RST和 JTAG引脚都容许 5 V的输入信号电压。C8051F0201引脚如图2所示。

图2 引脚图Fig.2 Diagram of pins

1.1.2 AD采样

C8051F020 有一个片内 12 位 SAR ADC[3]（ADC0），一个 9通道输入多路选择开关和可编程增益放大器。该ADC工作在100 ksps的最大采样速率时可提供真正的12位精度，INL为±1LSB，ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器.只有当ADC0控制寄存器中的AD0EN位被置 ‘1’时ADC0子系统 （ADC0、跟踪保持器和PGA0）才被允许工作。当AD0EN位为 ‘0’时，AD0C子系统处于低功耗关断方式。ADC0的最高转换速度为100 ksps，其转换时钟来源于系统时钟分频，分频值保存在寄存器ADC0CF的ADCSC位。文中设计的AD采样的启动方式为定时器3溢出（即定时的连续转换，便于实施数据采集），选用的通道如表1所示。

表1 AD通道选择Tab.1 Selection of AD channel

1.1.3 LCD显示电路

LCD显示电路采用T6963C液晶显示控制器，T6963C多用于小规模的液晶显示器件，常被装配在图形液晶显示模块上，以内藏控制器型图形液晶显示模块的形式出现。内藏T6963C单屏结构点阵图形液晶显示的模块方框图如图3所示。单片机对T6963C有2种访问方式：直接访问与间接访问。直接访问利用三总线以I/O设备访问形式进行控制；间接访问则由单片机提供并行接口[6]，以程序控制时序的方式进行控制。为简化程序，这里采用直接访问方式，如图4所示。LCD引脚及其功能如表2所示。

图3 模块方框图Fig.3 Module block diagram

1.2 C8051单片机软件设计

图4 直接访问方式Fig.4 Method of direct access

表2 LCD引脚及其功能Tab.2 Pins and function of LCD

C8051单片机软件主要包括显示函数、AD采样函数、初始化函数以及主函数。软件设计的主程序流程框图如图5所示，子函数详细功能如表3所示。

图5 主程序流程框图Fig.5 Flow chart of main program

表3 子函数功能说明Tab.3 Explaining function of subfunction

1.3 AD采样模块程序

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//文件名称:AD.C

//功能描述:处理传感器采集的数据

//维护记录:V1.0 2012－4－18

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void Time1_ISR（void） interrupt 3

{

unsigned char k=0，i=0；

unsigned int temp；

TR1=0； //关闭定时器1

for（i=0；i＜4；i++）

{

voltage[i]=0；

AMX0SL=i； //AINi作为输入，电源电压监控

temp=0；

for（k=0；k＜20；k++）； //延时，等待通道开关稳定

for（k=0；k＜N；k++）

{

AD0INT=0； //转换结束标志

AD0BUSY=1； //启动AD转换

while（!AD0INT）；

ADC_data[k]=ADC0H；//voltage[7]

ADC_data[k]＜＜=8；

ADC_data[k]+=ADC0L；

temp+=ADC_data[k]/N； //测试N次，取平均值

}

voltage[i]=（temp*VR）/0x0fff；//计算实际电压值

}

voltage[0]=60.89－29.27*voltage[0]；

voltage[1]=voltage[1]＜531?1:voltage[2]＜2301?2:3；

voltage[2]=voltage[2]*1000；

voltage[2]=voltage[2]＜318?1:voltage[2]＜408?2:voltage[2]＜503?3:voltage[2]＜606?4:voltage[2]＜696?5:voltage[2]＜795?6:voltage[2]＜881?7:voltage[2]＜976?8:voltage[2]＜1079?9:10；

word_flag=voltage[2]＜3?0:voltage[2]＜5?1:voltage[2]＜7?2:word_flag＜7?3:word_flag＜10?4:5；

TL1=TH1；

TR1=1；

}

2 整体测试结果

整体测试结果如表4所示。

表4 整体测试结果表Tab.4 Overall test result in table

3 结束语

图6 整体实物图Fig.6 Overall physical figure

文中运用C8051F020作为主控芯片结合温度传感器、紫外线传感器、光照度传感器等制作一个由太阳能电池板将太阳能转化为电能，充分并有效地利用了能源，对环境实时监测。本文采用的C8051F020控制芯片具有较高的执行效率，功耗低，易控制，总体设计不需外加电源，实现了智能化控制[7]。通过对太阳能的合理利用，本设计具有非常好的市场前景，实现工业智能化，是节能减排，构建资源节约型社会的一个良好发展趋势。

[1]潘琢金.C8051F单片机应用解析[M].北京：北京航天航空大学出版社，2002.

[2]张毅刚.单片机原理及应用[M].2版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

[3]王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2007.

[4]周志敏，周纪海，纪爱华.太阳能LED路灯设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

[5]康华光.电子技术基础模拟部分[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[6]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].3版.北京：清华大学出版社，2010.

[7]董尚斌.电子线路[M].北京：清华大学出版社，2006.