太陽能路燈電路包括光伏電池、蓄電池、路燈和控制器四部分。設計中采用AT89S52單片機，并將其作為智能核心模塊。外圍電路主要包括太陽能電池電壓采樣模塊、蓄電池電壓采樣模塊、鍵盤電路模塊、LED顯示模塊、充放電控制模塊等。

1描述TPS61165的工作輸入電源電壓介于3V～18V之間，可提供高達38V的輸出電壓。該器件具有額定40V集成型開關FET，可驅動多達10個串聯LED。其可在1.2MHz固定開關頻率下工作，不僅能夠顯著降低輸出紋波、提升轉換效率，而且還允許使用小型外部組件。在默認情況下，白光LED(WLED)的電流由外部感測電阻RSET設定，反饋電壓穩定在200mV。

無論采用數字還是PWM調光方法，TPS61165在輸出電容上的輸出紋波均非常小，而且不會產生普通開啟/關閉控制調光所產生的音頻噪聲。為了在開路LED條件下提供保護，TPS61165可禁用開關，以防止輸出超過最大絕對額定值。PMP3598將TPS61165用于非同步升壓設計。在運算放大器周圍構建的額外電路不僅能實現電池欠壓/充電指示功能，而且還能在太陽能板和電池輸入之間提供ORing功能。此外，該電路還集成了必備的過熱與過流保護功能，并具備負載斷連特性。

該設計的重要優勢在于擁有極高的效率和良好的LED穩流性能。TPS61165可在能夠穩定LED電流的恒流模式下工作。CTRL引腳可同時用于數字與PWM調光的控制輸入。每次啟用器件時即可選擇TPS61165的調光模式。通過改變反饋參考電壓也可實施模擬調光?？墒褂?0k歐的可變電阻來改變LED電流，以達到調光的目的。轉換器可在350mA條件下將電壓從6V提升至10.5V，轉換效率不低于85%。該電路可用于驅動三個1W的LED或輸入總功率不超過3W的多個50mA的LED。

2硬件電路設計

選擇DS1302計時器、AT24C02存儲器、4位數碼顯示器、過充過放電路、STC12C2051單片機等組成智能控制系統。根據各部分電路的功能不同，整體電路可分為以下幾個部分：太陽能電池板組件、過充過放電路、STC12C2051單片機、蓄電池、時控光控電路、照明負載和時間顯示電路。

電源電路設計

電源電路如下圖所示。系統由太陽能電池板供電，24V蓄電池電壓經過7805穩壓后產生5V電壓，作為控制器的主電源。電容C2作為高頻旁路電容，將高頻信號旁路到地。同樣電容C1為濾波電容。

方案選擇

采用時鐘控器型的路燈控制器，要預先設定開關時間，使路燈按時亮燈、準時熄燈，從而達到自動控制的目的。優點是定時開關預先設定的開關時間不受外界干擾，除本身故障外不會產生誤動作。缺點是不能根據季節變化和特殊的天氣情況自動變換開關時間，需人工調整開關時間，費時費力，不利于節能。定時開關又分為機械鐘表型和電子鐘表型，機械鐘表型以石英鐘為主，走時精準，但是由于機芯內使用塑料齒輪在高溫下會變形，從而導致停機現象。

電子鐘表型定時開關使用的也較多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成塊為中心的電子鐘電路。下圖為與單片機的連接圖，其中VCC1為主電源，VCC2為后備電源。在一般情況下，SCL、I/O、RST與單片機連接實現1302的讀寫控制。

存儲器AT2402的1，2，3腳為空腳，4腳為接地端，5腳為數據端，6腳為時鐘端，7腳為寫保護端口，8腳為電源。

AT24C02在設計中的作用是掉電存儲器，是為防止電源突然斷開時，用戶信息不會丟失，存儲當前設定的信息。AT24C02是Atmel公司的2kB的電可擦除存儲芯片，由于AT24C02的數據線和地址線是復用的，采用串口的方式傳送數據，所以只用兩根線SCL(移位脈沖)和SDA(數據/地址)與單片機傳送數據。電壓最低可達2.5V，額定電流為1mA，靜態電流10μA(5.5V)，芯片內的資料可在斷電的情況下保存相當長的時間，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。其與單片機的連接如下圖所示。

太陽能路燈與普通路燈控制電路功能基本相同，均是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈以及對蓄電池的充電管理。國內外常用的控制器有單獨的光控制型、時鐘控器型、經緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優缺點。

3太陽能路燈控制器設計

路燈控制系統工作原理：白天光伏電池向蓄電池充電，晚上蓄電池提供電力供路燈照明。所以蓄電池將構成一個充放電循環。太陽能路燈照明控制電路包括光伏電池、蓄電池、路燈和控制器四部分。設計中采用AT89S52單片機，并將其作為智能核心模塊。外圍電路主要包括太陽能電池電壓采樣模塊、蓄電池電壓采樣模塊、鍵盤電路模塊、LED顯示模塊、充放電控制模塊等。下圖是太陽能路燈控制器結構設計圖。

單片機智能控制模塊

太陽能路燈控制器選擇ATMEL公司的8位單片機AT89S52為核心的智能控制模塊，在整體上具有低功耗、性能高的特點。

單片機振蕩電路

單片機振蕩電路如下圖所示。

復位電路

復位電路如下圖所示，電路結構簡單，穩定可靠。

電源電路模塊設計

系統正常工作電壓為5V，系統采用12V/24V的鉛酸蓄電池供電，蓄電池電壓不穩定，所以需要對電源進行穩壓。本系統采用LM7805三端穩壓器，其輸入電壓在5～24V時均可以保證輸出為穩定的+5V。LM7805組成穩壓電源只需要很少的外圍元件，使用起來非常方便，工作穩定可靠J。系統電源電路如下圖所示。

采樣模塊設計

太陽能電池采樣和蓄電池采樣對于系統正常運行起著非常重要的作用。太陽能路燈控制器要對蓄電池充放電進行合理控制，即需對蓄電池、太陽能電池板電壓進行采樣。為此，AT89S52單片機就要外接A/D轉換模塊，把電壓轉換為數字信號，系統選用v/F轉換芯片LM331組成數模轉換電路。在系統采樣設計中，為了防止因為外部因素導致AT89S52程序跑飛或死機，提高系統穩定性，在LM331與單片機之間還需增加單通道的高速光電隔離器6n137J。下圖為太陽能電池板采樣電路圖。系統蓄電池采樣和太陽能電池板采樣電路相同。

4下圖所示太陽能燈電路是一種低損耗電路，使用一只7W四引腳CFL(小型熒光燈)和一塊12V、7-Ahr密封免維護電池。逆變器的效率大于85%，靜態電流小于2mA。它有一個帶電池過放電保護功能和過充電保護功能的并聯充電控制器。低靜態電流、過放電保護功能和過充電保護功能三者確保電池使用壽命很長。逆變器的預熱功能可以避免CFL兩端變黑，從而延長其使用壽命。這一電路可在農村地區用作一種可靠小巧的便攜式光源，在城市用作應急燈系統。并聯充電控制器電路包括IC1(低電流2.5V電壓基準源LM385)和IC2(LM324比較器)。配有電阻R1 ~ R8和三極管Q1的IC2A可防止電池過放電。

這種太陽能供電的電燈驅動器可用作應急燈系統。

當電池電壓低于10.8V時，該電路切斷負載(逆變器和燈管)，從而防止電池過放電。在無負載狀況下，電池放電后的電壓約為12.2V，因此，為防止出現振蕩現象，電路提供的過放電復位電壓為12.3V。紅發光二極管LED1指示低電壓狀態。配有電阻R9 ~ R14和三極管Q2的IC2B可防止電池過充電。當電池電壓超過14.8V時，Q2導通，并使太陽能電池陣列旁流，從而防止電池過充電。當電池電壓低于12.5V時，Q2截止，太陽能板電池陣列對電池進行充電。D2為一支反向阻隔二極管。它能防電池在太陽能電池不產生電能時對太陽能電池放電。黃發光二極管LED2指示電池充滿電。綠發光二極管LED3與IC2c和電阻R15 ~ R20一起，提供充電指示。

審核編輯：湯梓紅