摘 要： 針對(duì)太陽(yáng)能路燈的特點(diǎn)，對(duì)原有的太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了紅外遠(yuǎn)程控制的功能。系統(tǒng)以PIC單片機(jī)為核心，可完成參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置；能返回并顯示路燈的各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自檢功能；紅外收發(fā)編解碼均由軟件實(shí)現(xiàn)，省去了專(zhuān)門(mén)的編解碼芯片，節(jié)約了成本。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞： PIC單片機(jī)；太陽(yáng)能路燈；紅外控制器
隨著世界能源危機(jī)日益嚴(yán)重，利用常規(guī)能源已不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要，開(kāi)發(fā)和利用新能源越來(lái)越引起各國(guó)的重視。近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能光伏器件技術(shù)的成熟，太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)太陽(yáng)能路燈控制器，但是這些控制器一般沒(méi)有充分考慮到路燈參數(shù)的設(shè)置、修改以及路燈的自檢功能。
紅外遙控是一種無(wú)線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、信息傳輸可靠、功耗低、成本低以及易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家用電器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。
本文分析了現(xiàn)在市面上流行的控制器沒(méi)有充分考慮的一些問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上對(duì)控制器進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一套智能的太陽(yáng)能路燈紅外控制系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，硬件組成模塊如圖1所示。發(fā)射部分包括單片機(jī)、液晶顯示、鍵盤(pán)控制和紅外發(fā)射電路4部分；接收部分由單片機(jī)、紅外接收、液晶顯示（主要用于測(cè)試接收到的信號(hào)是否完好，實(shí)際使用時(shí)拔掉液晶即可）、EEPROM（主要用于存儲(chǔ)設(shè)置參數(shù)）和控制輸出驅(qū)動(dòng)電路5部分組成。
2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)
2.1 遙控發(fā)射器電路
發(fā)射器電路原理圖如圖2所示。其將設(shè)置好的參數(shù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)編碼成38 kHz的脈沖串并通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)送出去，同時(shí)，單片機(jī)對(duì)接收到的紅外信號(hào)進(jìn)行解碼與處理。發(fā)射器采用電池供電，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓得到系統(tǒng)所需的+5 V直流工作電壓。PIC16F716單片機(jī)作為主控芯片，主要完成電路驅(qū)動(dòng)和紅外編解碼的工作。顯示電路采用12232C串行液晶，節(jié)省了I/O口資源，主要用于顯示時(shí)間和各項(xiàng)參數(shù)。PIC16F716單片機(jī)的RA0~RA4連接5個(gè)按鍵，用來(lái)設(shè)置路燈的基本參數(shù)。其中，KEY1為UP（參數(shù)增）鍵；KEY2為DOWN（參數(shù)減）鍵；KEY3為SETUP（參數(shù)選擇，按3 s以上進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)）鍵；KEY4為ENTER（發(fā)送選擇）鍵；KEY5為預(yù)留鍵。
2.2 接收控制器電路
接收控制器電路中的接收電路與發(fā)射器電路相比，主要是省去了按鍵控制部分，增加了一片X5045作為EEPROM存儲(chǔ)接收到的各項(xiàng)參數(shù)，這里不再重復(fù)給出電路原理圖，接收電路主要完成參數(shù)的接收與解調(diào)，并將接收結(jié)果（成功與否）送回發(fā)射器。接收控制器電路中的控制電路如圖3所示，主要完成對(duì)路燈各項(xiàng)參數(shù)的采集和控制工作。圖3中，BT+為太陽(yáng)能板電量采集端；PV+為蓄電池電量采集端；P1G、P2G接路燈（高電平有效）；PVg為電池充電控制端。
3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
3.1 通信協(xié)議
工作過(guò)程中需要通過(guò)發(fā)射器設(shè)置工作參數(shù)和保護(hù)參數(shù)。
工作參數(shù)主要包括：路燈工作模式（單路還是雙路）和路燈工作時(shí)段。數(shù)據(jù)幀格式為：
發(fā)送：<B T H1 H2 H3 H4 H5 H6>；
接收：<A KK>。
當(dāng)T為‘1’時(shí)，H1～H3為單路3個(gè)時(shí)段值（分別為：開(kāi)燈、關(guān)燈、開(kāi)燈），BCD碼。
當(dāng)T為‘2’時(shí)，H1～H3為第1路負(fù)載的3個(gè)時(shí)段值；H4～H6為第2路負(fù)載的3個(gè)時(shí)段值。
保護(hù)參數(shù)主要包括：（1）欠壓保護(hù)門(mén)限：蓄電池電壓下降到某個(gè)特定電壓時(shí)進(jìn)欠壓保護(hù)，不再提供輸出，默認(rèn)設(shè)定為10.8 V，用戶(hù)可設(shè)；（2）退出保護(hù)門(mén)限：當(dāng)蓄電池欠壓后，必須充電充到某個(gè)特定電壓，才能讓其正常工作，默認(rèn)為12.5 V，用戶(hù)可設(shè)（必須大于欠壓保護(hù)門(mén)限）；（3）低壓保護(hù)門(mén)限：當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)置的值時(shí)，控制器為了保護(hù)蓄電池，會(huì)關(guān)閉最右邊的一路負(fù)載。數(shù)據(jù)幀格式為：
發(fā)送：<C Q1 Q2 T1 T2 D1 D2>；
接收<A KK>。
Q1為欠壓保護(hù)門(mén)限整數(shù)值，10～30；Q2為欠壓保護(hù)門(mén)限小數(shù)值，0～9；T1為欠壓保護(hù)門(mén)限整數(shù)值，10～30；T2為欠壓保護(hù)門(mén)限小數(shù)值，0～9；D1為欠壓保護(hù)門(mén)限整數(shù)值，10～30；D2為欠壓保護(hù)門(mén)限小數(shù)值，0～9；KK為回送信息，接收正確為‘Y’，接收不正確為‘N’。
3.2 發(fā)射程序設(shè)計(jì)
因?yàn)榧t外接收管HS0038只能接收頻率為38 kHz左右的矩形波，所以需要對(duì)發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制，如圖4所示。高電平“1”用10個(gè)周期為26 μs的低電平和10個(gè)周期為26 μs的脈沖表示；低電平“0”用20個(gè)周期為26 μs的低電平和10個(gè)周期為26 μs的脈沖表示。在發(fā)送字節(jié)的開(kāi)始先通過(guò)單片機(jī)發(fā)送20個(gè)脈沖寬度（每個(gè)脈沖周期26 μs）的高電平作為傳輸開(kāi)始，接著發(fā)送8 bit數(shù)據(jù)（字節(jié)高位在前，低位在后），最后發(fā)送10個(gè)脈沖寬度的低電平作為傳輸結(jié)束，如圖5所示。
3.3 接收控制程序設(shè)計(jì)
將HS0038的輸出引腳連接到單片機(jī)的CCP端，利用CCP的輸入捕捉功能。PIC單片機(jī)內(nèi)部配置了2個(gè)捕捉/比較/脈寬調(diào)制模塊（CCP），該模塊能捕捉輸入引腳信號(hào)脈沖的上升沿或下降沿，本系統(tǒng)設(shè)置為上升沿捕捉。模塊初始化工作完成后，剩下的捕捉工作將由硬件自動(dòng)完成，即CCPX模塊的硬件實(shí)時(shí)檢測(cè)CCPX引腳上的輸入信號(hào)變化，一旦出現(xiàn)滿(mǎn)足捕捉要求的沿跳變，立即將當(dāng)時(shí)TMR1中的計(jì)數(shù)值復(fù)制到CCPRXH：CCPRXL寄存器中保存，同時(shí)置CCPIF中斷標(biāo)志。隨后控制軟件可以響應(yīng)CCPXIF中斷，從第二次進(jìn)入中斷開(kāi)始讀取CCPRXH：CCPRXL中捕捉到的時(shí)間值，連續(xù)讀8次，即為發(fā)送的8 bit數(shù)據(jù)，并將每一次讀到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值作比較，判斷出每1 bit是‘0’還是‘1’。
利用單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器，對(duì)路燈的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，完成整個(gè)控制過(guò)程。
本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能路燈紅外控制器利用PIC16F716單片機(jī)內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)化了電路；通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程完成紅外編解碼工作，節(jié)約了成本；增加的紅外遙控功能，除了能遠(yuǎn)程的設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，還能在路燈出現(xiàn)故障時(shí)返回各項(xiàng)參數(shù)值，使得檢修變得更加容易。經(jīng)過(guò)測(cè)試證明，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有成本低、易維護(hù)等特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.
[2] 陳曉東，張強(qiáng)朝，姜冰清.基于LPC935單片機(jī)的太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，32（2）：66-69.
[3] 朱光忠，呂梅蕾，楊子鳴.基于單片機(jī)的紅外遙控開(kāi)關(guān)控制器[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27（11），97-99.
[4] 黃建農(nóng).基于紅外線遙控調(diào)光電路的設(shè)計(jì)[J].武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，9（1）：15-17.