原標題：基于PIC16F877A的太陽能與市電互補照明系統控制器的設計方案

基于PIC16F877A的太陽能與市電互補照明系統控制器設計方案

1. 概述

本方案旨在設計一款基于PIC16F877A單片機的太陽能與市電互補照明系統控制器，以實現智能照明管理。該系統能夠自動切換電源，優先使用太陽能供電，當太陽能電力不足時，自動切換至市電供電，確保照明系統的連續穩定運行。

2. 系統功能

• 太陽能優先供電，當太陽能電力不足時，自動切換至市電。

• 充放電管理，避免電池過充或過放。

• 負載智能控制，可設定照明時間與亮度調節。

• 過載、短路保護，增強系統安全性。

• LCD顯示當前系統狀態，如電池電壓、電流、光照強度等。

3. 方案框圖

4. 核心元器件選型及作用

4.1 微控制器：PIC16F877A

• 作用：系統核心，控制整個電路的運作。

• 選型理由：

• 8位單片機，低功耗，適用于嵌入式控制。

• 具有豐富的I/O端口，可連接多個傳感器與驅動電路。

• 具有ADC，可測量電池電壓、電流。

• 內置EEPROM，可存儲系統配置參數。

4.2 太陽能充電控制模塊：CN3791

• 作用：太陽能充電管理，優化電池充電過程。

• 選型理由：

• 適用于12V鉛酸電池充電。

• 內置MPPT（最大功率點跟蹤），提高太陽能利用率。

4.3 MOSFET：IRF540N

• 作用：控制LED負載，支持PWM調光。

• 選型理由：

• 低導通電阻（Rds(on)），降低功耗。

• 大電流承載能力（>20A），適合大功率LED負載。

4.4 繼電器：JQC-3FF-S-Z

• 作用：用于太陽能與市電切換。

• 選型理由：

• 觸點電流大（10A），滿足照明需求。

• 低功耗線圈控制，適合單片機驅動。

4.5 電池管理模塊：TP4056

• 作用：提供鋰電池充放電管理。

• 選型理由：

• 具有過充、過放保護，延長電池壽命。

• 充電電流可調，適應不同電池需求。

4.6 電流傳感器：ACS712-20A

• 作用：測量負載電流，保護電路。

• 選型理由：

• 高精度，非接觸式霍爾傳感器。

• 可直接與單片機ADC連接。

4.7 LCD顯示模塊：1602 LCD

• 作用：顯示系統狀態，如電池電壓、電流、模式切換等。

• 選型理由：

• 易于PIC16F877A驅動，I2C接口可選。

• 低功耗，適用于低功耗應用。

5. 詳細電路設計

5.1 太陽能充電管理電路

該部分采用CN3791管理太陽能板對電池的充電過程，具有MPPT功能，提高太陽能轉換效率。

5.2 太陽能/市電自動切換電路

• 通過繼電器控制，當電池電壓低于設定值時，自動切換至市電。

• 通過MOSFET進行PWM調光，節能并延長電池壽命。

5.3 負載控制電路

• 采用IRF540N MOSFET控制LED燈的開關與亮度調節。

• 通過PWM信號調整LED亮度，實現節能控制。

5.4 監測電路

• 采用ACS712測量電流，通過ADC轉換測量電池電壓。

• 結合EEPROM存儲數據，實現智能控制。

6. 代碼設計

控制系統代碼基于C語言，主要包含以下功能：

• 太陽能電壓檢測與充放電管理。

• 市電/太陽能切換邏輯。

• 負載控制與PWM調光。

• LCD信息顯示。

• 按鍵輸入及系統參數配置。

7. 總結

本方案利用PIC16F877A微控制器，實現了一套高效、可靠的太陽能與市電互補照明控制系統。通過合理的元器件選型和優化的電路設計，系統具備高效充電、自動切換、智能調光等功能，能夠廣泛應用于街道照明、家庭應急照明等場景。