基于C8051F920的太陽能金鹵燈控制器設計

在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴重的今天，如何有效地利用清潔的太陽能正在成為各國可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略。目前，大部分照明設備仍以傳統(tǒng)能源來照明，所以充分利用太陽能作為照明設備的能源供給，在節(jié)約能源、保護環(huán)境等方面具有重要意義。
為此，設計了具有太陽能供電功能的金鹵燈控制器。該控制器既具有金鹵燈電子鎮(zhèn)流器功能，又具有太陽能充電器功能。該控制器作為電子鎮(zhèn)流器，與傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器相比，具有功率因素高，運行穩(wěn)定，體積小等優(yōu)點。作為具有太陽能供電功能的控制器，根據設定，控制器白天控制太陽能充電系統(tǒng)對12 V／100 Ah蓄電池充電，晚上使金鹵燈工作。由于太陽能光伏板在自然環(huán)境下容易受到雷擊損壞，所以該控制器在設計時還兼顧了防雷擊的保護功能。

1 控制器整體結構
該控制器采用微型封裝的C8051F920單片IC作為CPU，C8051F920作為一款高集成度(SoC)，高速度(100 MIPS)的IC，其具有如下特點：
(1)高性能集成模擬外設。數據采集時一般可以免去外部模擬部件和系統(tǒng)校準、多通道高速采樣，有利于節(jié)電設計。同時也可以省去外部時鐘器件。模擬信號布線已在片內完成，所以可簡化PCB設計，改善系統(tǒng)的噪音性能。具有10位分辨率ADC，以及高精度的內部振蕩器(1．5％)。
(2)外部通信接口?？赏ㄟ^軟件選擇UART，SM-Bus／12c，SPI之一作為串行通信接口，具有特殊串行接口USB 2．0，CAN 2．OB，16位和8位的復用和非復用并行數據總線。
(3)高性能數字I／O。具有計數器／定時器PCA模塊，I／O可實時動態(tài)配置。
該控制器的硬件結構框圖如圖1所示。

太陽能光伏板接入光伏信號處理電路，光伏電壓經PWM充電控制電路送到12 V蓄電池內。正常工作時，12 V蓄電池輸出電壓經高頻平面變壓器次級感應升壓、整流后到全橋電路。同時12 V輸出電壓與電壓變換電路相連接，向控制器其他電路供電。
全橋驅動電路與點火電路、金鹵燈相連。全橋驅動電路采用UBA2032芯片。當金鹵燈發(fā)生短路時，全橋驅動短路可關閉全橋。鍵盤和顯示人機接口可對點火時間、方式、充電過壓保護范圍等進行設定。升壓整流電路與開關控制電路相連，將輸入12 V升壓到60～120 V，供金鹵燈工作。
MCU監(jiān)控電路與PWM充電電路、電壓變換電路、全橋驅動電路、鍵盤和顯示人機接口相連，對12 V蓄電池的充放電、點火線圈、金鹵燈的啟動和穩(wěn)定運行及電路保護進行控制。點火電路對升壓后的負電壓進行整流并與點燈線圈一起形成10～20 kV的點燈電壓。信號檢測和轉換電路具有對12 V蓄電池的當前電壓、電流、蓄電池充電電流、光伏信號處理電路的電壓進行檢測的功能。