原标题：基于PIC16F877A的太阳能与市电互补照明系统控制器的设计方案

基于PIC16F877A的太阳能与市电互补照明系统控制器设计方案

1. 概述

本方案旨在设计一款基于PIC16F877A单片机的太阳能与市电互补照明系统控制器，以实现智能照明管理。该系统能够自动切换电源，优先使用太阳能供电，当太阳能电力不足时，自动切换至市电供电，确保照明系统的连续稳定运行。

2. 系统功能

• 太阳能优先供电，当太阳能电力不足时，自动切换至市电。

• 充放电管理，避免电池过充或过放。

• 负载智能控制，可设定照明时间与亮度调节。

• 过载、短路保护，增强系统安全性。

• LCD显示当前系统状态，如电池电压、电流、光照强度等。

3. 方案框图

4. 核心元器件选型及作用

4.1 微控制器：PIC16F877A

• 作用：系统核心，控制整个电路的运作。

• 选型理由：

• 8位单片机，低功耗，适用于嵌入式控制。

• 具有丰富的I/O端口，可连接多个传感器与驱动电路。

• 具有ADC，可测量电池电压、电流。

• 内置EEPROM，可存储系统配置参数。

4.2 太阳能充电控制模块：CN3791

• 作用：太阳能充电管理，优化电池充电过程。

• 选型理由：

• 适用于12V铅酸电池充电。

• 内置MPPT（最大功率点跟踪），提高太阳能利用率。

4.3 MOSFET：IRF540N

• 作用：控制LED负载，支持PWM调光。

• 选型理由：

• 低导通电阻（Rds(on)），降低功耗。

• 大电流承载能力（>20A），适合大功率LED负载。

4.4 继电器：JQC-3FF-S-Z

• 作用：用于太阳能与市电切换。

• 选型理由：

• 触点电流大（10A），满足照明需求。

• 低功耗线圈控制，适合单片机驱动。

4.5 电池管理模块：TP4056

• 作用：提供锂电池充放电管理。

• 选型理由：

• 具有过充、过放保护，延长电池寿命。

• 充电电流可调，适应不同电池需求。

4.6 电流传感器：ACS712-20A

• 作用：测量负载电流，保护电路。

• 选型理由：

• 高精度，非接触式霍尔传感器。

• 可直接与单片机ADC连接。

4.7 LCD显示模块：1602 LCD

• 作用：显示系统状态，如电池电压、电流、模式切换等。

• 选型理由：

• 易于PIC16F877A驱动，I2C接口可选。

• 低功耗，适用于低功耗应用。

5. 详细电路设计

5.1 太阳能充电管理电路

该部分采用CN3791管理太阳能板对电池的充电过程，具有MPPT功能，提高太阳能转换效率。

5.2 太阳能/市电自动切换电路

• 通过继电器控制，当电池电压低于设定值时，自动切换至市电。

• 通过MOSFET进行PWM调光，节能并延长电池寿命。

5.3 负载控制电路

• 采用IRF540N MOSFET控制LED灯的开关与亮度调节。

• 通过PWM信号调整LED亮度，实现节能控制。

5.4 监测电路

• 采用ACS712测量电流，通过ADC转换测量电池电压。

• 结合EEPROM存储数据，实现智能控制。

6. 代码设计

控制系统代码基于C语言，主要包含以下功能：

• 太阳能电压检测与充放电管理。

• 市电/太阳能切换逻辑。

• 负载控制与PWM调光。

• LCD信息显示。

• 按键输入及系统参数配置。

7. 总结

本方案利用PIC16F877A微控制器，实现了一套高效、可靠的太阳能与市电互补照明控制系统。通过合理的元器件选型和优化的电路设计，系统具备高效充电、自动切换、智能调光等功能，能够广泛应用于街道照明、家庭应急照明等场景。