太阳能户外便携灯的设计基于太阳能光电转换原理，这是其能够工作的基础。它主要通过太阳能电池板将阳光中的光能转化为电能。太阳能电池板由多个太阳能电池组成，每个电池由两层不同掺杂的半导体材料（上层为P型，下层为N型）构成。当太阳光照射到太阳能电池板上时，光子会将光能传递给P型半导体，形成电子-空穴对。由于P-N结的存在，电子和空穴会沿电场方向分别移动，形成电流，从而将光能转化为电能。

由于太阳能的不连续性和不稳定性，需要将太阳能电池板产生的电能储存起来，以供夜间或光照不足时使用。本设计采用锂离子电池作为能量存储装置，具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点。当太阳能电池板接收到阳光时，电能通过充电电路直接供应给灯具，并同时储存在锂离子电池中。当光照不足时，储存在电池中的电能会被释放出来，供应给灯具工作。

四、技术规格

1.太阳能板：
- 材质：单晶硅或多晶硅
- 转化率：≥20%
- 尺寸：根据灯具整体设计确定，保证足够的受光面积

2.LED照明系统：
- LED数量：根据照明需求调整，一般建议5-10颗高亮度LED
- 亮度调节：至少3档亮度可调

- 光束角：广角设计，便于户外环境照明

3.亮度调节
- 本设计还具备亮度调节功能，通过智能控制系统，可以根据用户需求和环境光照条件自动调节灯具的亮度。
- 亮度调节可以通过PWM（脉宽调制）技术实现，通过改变LED的占空比来改变其亮度。
- 亮度调节功能不仅可以满足不同照明需求，还可以延长电池使用寿命。

4.电池系统：
- 类型：锂离子电池
- 容量：≥2000mAh，保证连续照明时间不少于8小时（低亮度模式下）
- 充电时间：直射阳光下约4-6小时充满

5.充电管理
- 本设计还具备智能充电管理功能，采用先进的充电控制芯片，可以实现涓流、恒流、恒压三段式充电，确保电池的安全充电和长寿命。
- 充电管理模块还具备电池短路、过温保护等功能，有效防止电池损坏和安全事故的发生。

6.外壳材料：
- 主体：铝合金+碳纤维，防水等级IPX6
- 表面处理：阳极氧化/喷砂，增强耐腐蚀性和手感

7.附加功能：
- USB充电接口：支持为手机等小型电子设备充电
- SOS模式：一键启动，发出强烈闪光信号

五、设计细节

1.人体工学设计：手柄或挂钩设计符合人体工学，便于握持和悬挂。
2.防水防尘：确保所有电子部件密封良好，适合各种户外环境。
3.易操作性：简化操作流程，采用直观的控制按钮或触摸感应。
4.环保包装：使用可降解或回收材料进行包装，减少环境影响。
5.电路框架设计:


- 太阳能充电:tp4056
- 5v充电:ip2312
- 电量显示: 单片机控制
- 5v放电::ip2312
- 电池保护dw01
- 单片机STC Ai8051
- 灯光控制 pwm
- 电量显示 adc
- 低电平亮
- 按键控制 time1
- 调试 uart

STC Ai8051U MCU介绍:

6.程序架构设计:

6.1 硬件资源

1.pwm
2.timer
3.adc
4.uart
5.key1,key2,key3

6.2 状态机

1.按键Key2输出PWM占空比: PWM100,PWM75,PWM50,PWM25 [3.6:KEY-brightness]
2.按键Key1输出LED模式: LED_Power_Show,LED_White,LED_YELLO, LED_RED_BLUE

3.按键key3输出RGB灯模式: 模式1，模式2，关闭.

6.3 中断

1.timer0按键检测中断
2.int2,int3 下降沿中断服务

6.4 开发计划

1.按键监控
2.输出IO口控制
3.pwm亮度调节

6.5 IO引脚功能配置

1.1 :------- | pwm52/PWM1N/CCP2/T2CLKO/ADC1/P1.1

1.2:LowLED | QSPIIO3/PWMETI2_4/PWMETI1_4/PWM2P/ECI/RxD2/ADC2/P1.2

1.3:IO-White | QSPIIO2/PWM6_2/PWM2N/CP0/TxD2/ADC3/P1.3

1.4:IO-RED | i2sws2/QSPINCS/PWM3P/CCP1/sda2/SS/ADC4/P1.4

1.5:IO-YELLO | 2ssd2/QSPIIO0/pwm72/PWM3N/scl2/MOSI/ADC5/P1.5

1.6:IO-BLUE | I2SMCLK_4/I2SMCLK_2/QSPIIO1/PWM4P/MISO/RxD_3/ADC6/P1.6

1.7:WORKLED | I2SCK_2/QSPICLK/PWM8_2/PWM4N/SCLK/TxD_3/ADC7/P1.7

3.0: RxD1

3.1: TxD1

3.2: LED-1 | I2SCK/PWM_ETI2/PWM_ETI1/SCL_4/SCLK_4/INT0/P3.2

3.3: LED-2 | PWMAPS5/I2SMCLK/SDA_4/MISO_4/INT1/P3.3

3.4: LED-3 | PWMAPS6/I2SSD/MOSI_4/T1CLKO/T0/P3.4

3.5: LED-4 | I2SWS/PWMFLT/SS_4/T0CLKO/T1/P3.5

3.6: KEY-brightness(亮度) |P3.6/INT2/WR_2/RxD_2

3.7: KEY-MAIN(菜单) |P3.7/INT3/RD_2/TxD_2

0.0 : ADC_BAT |PWM1P_2/RxD3/AD0/ADC8/P0.

0.1 : ADC_SUN |PWM5/PWM1N_2/TxD3/AD1/ADC9/P0.1

0.2 : ADC_ExtPower |PWM2P_2/RxD4/AD2/ADC10/P0.2

0.3 : ADC_LightSen |PWM6/PWM2N_2/TxD4/AD3/ADC11/P0.3

0.4 : ADC_Temp |P0.4/ADC12/AD4/T3/PWM3P_2

5.2 : RGB-KEY |QSPIIO2_2/PWM7_4/RxD4_2/P5.2

4.2 : RxD2 (UART2) |QSPIIO1_2/CCP0_2/MISO_3/RxD2_2/WR/P4.2

4.3 : TxD2 (UART2) |I2SCK_4/QSPICLK_2/CCP1_2/SCLK_3/TxD2_2/RxD_4/P4.3

4.7 : Restart-Key |PWMAPS6_2/QSPINCS_3/ADC_ETR/MCLKO/nRST/P4.7

2.5 ：ws2812B-LEDs

IO口配置:

P0: 全高阻输入，下拉电阻

P1:

--P1.1 ~ P1.7: 推挽输出，高电平正向

--P1.0 ~ P1.1: 高阻输入

P3:

--P3.0~P3.1, 双向口

--P3.2~P3.5: 推挽输出，高电平正向

--P3.6~P3.7: 高阻输入

P5:

--P5.2 高阻输入

P4:

P4.2~P4.3: 双向，uart日志

P4.7: 高阻输入

6.6 实现功能

- 通过按键1控制灯光的功能切换
- 短按-显示当前电量
- 1. 白灯
- 2. 黄灯
- 3. 白黄灯
- 4. 警示灯
- 长按
- 1. 关机，关闭所有功能
- 2. 开机并显示电量
- 通过按键2控制灯光的亮度
- 短按循环调节
- 1. 100%
- 2. 75%
- 3. 50%
- 4. 25%
- 长按恢复默认值 100%
- 通过按键3控制RGB灯显示的模式
- 短按循环调节
- 1. 模式1
- 2. 模式2
- 3. 模式3