基于C8051F920的太阳能金卤灯控制器设计

在世界能源短缺、环境污染日益严重的今天，如何有效地利用清洁的太阳能正在成为各国可持续发展的能源战略。目前，大部分照明设备仍以传统能源来照明，所以充分利用太阳能作为照明设备的能源供给，在节约能源、保护环境等方面具有重要意义。
为此，设计了具有太阳能供电功能的金卤灯控制器。该控制器既具有金卤灯电子镇流器功能，又具有太阳能充电器功能。该控制器作为电子镇流器，与传统镇流器相比，具有功率因素高，运行稳定，体积小等优点。作为具有太阳能供电功能的控制器，根据设定，控制器白天控制太阳能充电系统对12 V／100 Ah蓄电池充电，晚上使金卤灯工作。由于太阳能光伏板在自然环境下容易受到雷击损坏，所以该控制器在设计时还兼顾了防雷击的保护功能。

1 控制器整体结构
该控制器采用微型封装的C8051F920单片IC作为CPU，C8051F920作为一款高集成度(SoC)，高速度(100 MIPS)的IC，其具有如下特点：
(1)高性能集成模拟外设。数据采集时一般可以免去外部模拟部件和系统校准、多通道高速采样，有利于节电设计。同时也可以省去外部时钟器件。模拟信号布线已在片内完成，所以可简化PCB设计，改善系统的噪音性能。具有10位分辨率ADC，以及高精度的内部振荡器(1．5％)。
(2)外部通信接口。可通过软件选择UART，SM-Bus／12c，SPI之一作为串行通信接口，具有特殊串行接口USB 2．0，CAN 2．OB，16位和8位的复用和非复用并行数据总线。
(3)高性能数字I／O。具有计数器／定时器PCA模块，I／O可实时动态配置。
该控制器的硬件结构框图如图1所示。

太阳能光伏板接入光伏信号处理电路，光伏电压经PWM充电控制电路送到12 V蓄电池内。正常工作时，12 V蓄电池输出电压经高频平面变压器次级感应升压、整流后到全桥电路。同时12 V输出电压与电压变换电路相连接，向控制器其他电路供电。
全桥驱动电路与点火电路、金卤灯相连。全桥驱动电路采用UBA2032芯片。当金卤灯发生短路时，全桥驱动短路可关闭全桥。键盘和显示人机接口可对点火时间、方式、充电过压保护范围等进行设定。升压整流电路与开关控制电路相连，将输入12 V升压到60～120 V，供金卤灯工作。
MCU监控电路与PWM充电电路、电压变换电路、全桥驱动电路、键盘和显示人机接口相连，对12 V蓄电池的充放电、点火线圈、金卤灯的启动和稳定运行及电路保护进行控制。点火电路对升压后的负电压进行整流并与点灯线圈一起形成10～20 kV的点灯电压。信号检测和转换电路具有对12 V蓄电池的当前电压、电流、蓄电池充电电流、光伏信号处理电路的电压进行检测的功能。