目前，能源短缺已經(jīng)成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，如何實(shí)現(xiàn)能源的高效利用是我們面臨的重要問題。LED作為一種新型綠色光源產(chǎn)品，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)在，太陽(yáng)能電池板充電技術(shù)有了很大的發(fā)展，道路兩旁的很多路燈都是用太陽(yáng)能充電的。現(xiàn)有的充電和照明技術(shù)都是按照預(yù)設(shè)的設(shè)置工作的，無法根據(jù)環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)整，因此可以進(jìn)一步提高能源利用率。

在最初的充電技術(shù)中，太陽(yáng)能電池板的角度位置是固定的，所以一天面對(duì)太陽(yáng)光的角度也是不一樣的。這使得太陽(yáng)能充電無法達(dá)到效率。如果設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠根據(jù)太陽(yáng)在一天中位置的變化來調(diào)整角度，使充電電池板始終面向太陽(yáng)，得到的光照，充電效率就可以大大提高。夜晚照明時(shí)，可以根據(jù)環(huán)境光線調(diào)節(jié)LED的亮度，同樣可以節(jié)能。
它具有超低功耗、強(qiáng)大的處理能力和豐富的片上外設(shè)模塊等優(yōu)點(diǎn)，適用于一些低功耗產(chǎn)品。
1.總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)
智能充電照明控制系統(tǒng)主要由以下模塊組成:光信號(hào)檢測(cè)模塊、MSP430單片機(jī)模塊、電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)模塊、太陽(yáng)能電池板充電模塊、LED照明模塊等。當(dāng)系統(tǒng)在白天運(yùn)行時(shí)，光信號(hào)檢測(cè)模塊會(huì)檢測(cè)不同方向的光強(qiáng)，找到光強(qiáng)，即太陽(yáng)光角度。單片機(jī)處理控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，太陽(yáng)能電池板就可以迎著光，以效率充電。在傍晚或夜間，利用光敏電阻檢測(cè)外界環(huán)境的亮度，通過單片機(jī)控制流過LED的電流，從而根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)照明。

2.系統(tǒng)各離散模塊的分析和描述
2.1光信號(hào)檢測(cè)模塊
光檢測(cè)模塊主要是利用不同的光電晶體管作為傳感器，從不同的角度檢測(cè)外界的光強(qiáng)，將光強(qiáng)這一非電量轉(zhuǎn)換成電流發(fā)送給單片機(jī)的AD進(jìn)行進(jìn)一步的處理。當(dāng)暴露于光輻射時(shí)，光電晶體管中形成的光電流從基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中獲得放大的信號(hào)電流。與光電二極管相比，光電流放大大，因此靈敏度更高。
2.2mp430單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)的MCU模塊采用MSP430F169最小系統(tǒng)板。充電時(shí)，AD采樣模塊用于采集光信號(hào)檢測(cè)模塊的輸出電壓值。根據(jù)對(duì)采集到的電壓變化的分析，產(chǎn)生控制信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的跟蹤和定位。當(dāng)照明模式工作時(shí)，單片機(jī)可以用AD采集光敏電阻的電壓值，通過數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生控制信息來控制照明LED的亮度，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度的功能。

2.3電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)模塊
這個(gè)模塊主要是利用單片機(jī)產(chǎn)生的控制信息來工作，使面板旋轉(zhuǎn)一定的角度來達(dá)到向陽(yáng)的目的。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N實(shí)現(xiàn)。L298N是SGS公司生產(chǎn)的恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片。它包含4路邏輯驅(qū)動(dòng)電路，可以通過電源直接調(diào)節(jié)輸出電壓，也可以通過單片機(jī)的IO口直接提供信號(hào)。該電路簡(jiǎn)單易用。
2.4 LED照明模塊
由于LED由電流驅(qū)動(dòng)，模塊設(shè)計(jì)應(yīng)包括電流源模塊。該模塊可以將光敏電阻檢測(cè)到的環(huán)境亮度值轉(zhuǎn)換成夜間照明時(shí)的電壓變化，通過MCU模塊的數(shù)據(jù)處理控制流過LED的電流，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)LED亮度的功能。
該模塊的輸入是單片機(jī)DA的輸出電壓。輸入信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器和NPN后，NPN的C極電流就是恒流源。因此，可以驅(qū)動(dòng)LED實(shí)現(xiàn)LED照明。
3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和分析。
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是通過程序設(shè)計(jì)使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和控制電路工作。MSP430F169單片機(jī)內(nèi)置12位8外通道連續(xù)逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)模塊和12位數(shù)模轉(zhuǎn)換(DA)電壓輸出模塊。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)AD采集檢測(cè)到的光電晶體管的電壓值，經(jīng)單片機(jī)處理后，DA轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)加到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，以效率直接照射太陽(yáng)并充電。另外，照明工作時(shí)，光采集模塊將光信號(hào)強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，并將此電壓輸入MSP430單片機(jī)的AD模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理，數(shù)字信號(hào)經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，加入LED照明模塊。這種方法可以根據(jù)外界光強(qiáng)的變化自動(dòng)改變LED的亮度。

4.設(shè)計(jì)可行性分析
該系統(tǒng)包括智能充電和LED照明。充電時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)分析得到太陽(yáng)光的角度，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使太陽(yáng)能電池板以面積面對(duì)太陽(yáng)光，可以充分利用太陽(yáng)光進(jìn)行充電。在智能LED照明部分，利用光敏電阻檢測(cè)外界環(huán)境的亮度，然后通過單片機(jī)的分析產(chǎn)生控制電流來控制LED的亮度。這兩部分的結(jié)合可以化充電效率，并根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度，可以充分節(jié)約能源，在當(dāng)今低碳生活、節(jié)能減排中起到非常重要的作用。此外，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低廉，操作方便，切實(shí)可行。
5.結(jié)論
該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了當(dāng)前節(jié)能的社會(huì)主題，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和原理對(duì)充電照明系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源的高效利用技術(shù)將更加成熟，社會(huì)將進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能。