基于單片機(jī)的太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展能源消耗不斷增加，造成極大的資源浪費(fèi)。為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，響應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)，本小組設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)依靠太陽(yáng)光為主要能量來(lái)源，白天該系統(tǒng)由電池板實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換對(duì)蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能，電池負(fù)責(zé)在夜間為負(fù)載供電，該系統(tǒng)具有環(huán)保，節(jié)能，安全的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；路燈；智能控制系統(tǒng)；監(jiān)測(cè)引言城市照明是一種生活姿態(tài)，也是一種時(shí)尚體驗(yàn)。它是城市的一面鏡子，代表城市的風(fēng)格散發(fā)城市的魅力。太陽(yáng)能LED燈具得天獨(dú)厚，擁有優(yōu)良的節(jié)能效果、人性化的照明控制，吸引了眾多客戶的眼球，與傳統(tǒng)燈具相比，優(yōu)勢(shì)突出，堪

2、稱性價(jià)比之王，對(duì)環(huán)境要求不高，只要有陽(yáng)光，太陽(yáng)能LED燈具就呈現(xiàn)星火燎原的態(tài)勢(shì)。太陽(yáng)能LED燈具發(fā)展前景廣闊，節(jié)能環(huán)保、發(fā)光效率高是它的優(yōu)勢(shì)所在，傳統(tǒng)光源必將被逐步取代。伴隨著科技的進(jìn)步，太陽(yáng)能LED發(fā)光效率不斷升高，投入成本不斷下降已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)。1 智能控制系統(tǒng)運(yùn)行原理太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，判定恒流負(fù)載輸出主要是利用采集太陽(yáng)能光伏板的電壓。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到太陽(yáng)能板電壓較高，且高出蓄電池額定電壓的時(shí)候，MPPT充電模式就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，這時(shí)STC單片機(jī)通過(guò)采樣到的太陽(yáng)能板電壓和電流值通過(guò)變步長(zhǎng)的電導(dǎo)增量法計(jì)算最大功率點(diǎn)，通過(guò)PWM信號(hào)的占空比調(diào)節(jié)太陽(yáng)能板充電電壓大小達(dá)到最佳充電功率點(diǎn)

3、。在充電的時(shí)候?qū)π铍姵剡M(jìn)行實(shí)施檢測(cè)，防止其電壓發(fā)生過(guò)充電現(xiàn)象。太陽(yáng)能板的電壓降低到規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)停止沖電，進(jìn)入分段式恒流負(fù)載輸出控制模式。此時(shí)主要根據(jù)不同的太陽(yáng)能板電壓值，通過(guò)Boost放電電路控制PWM信號(hào)的占空比方式控制負(fù)載輸出電路輸出不同的電流值。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)在光照情況下,太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的電池組件會(huì)自動(dòng)手機(jī)太陽(yáng)光的能量,將這些光能轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行存儲(chǔ),對(duì)蓄電池進(jìn)行蓄電過(guò)程,而在無(wú)光照情況下,太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為對(duì)通過(guò)路燈控制處理器對(duì)蓄電池進(jìn)行放電控制,讓路燈照明。各部分電路根據(jù)其功能不同有著不同的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。2.2系統(tǒng)基本組成和功能整個(gè)系統(tǒng)的基本組成部分包

4、括燈桿、蓄電池、LED燈頭、控制器、太陽(yáng)電池組件和支架等。其中太陽(yáng)能電池板和組件要求有一定的工作效率,能夠承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的核心部分的功能,同時(shí)也是成本和價(jià)值最高的組件。太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)化為有用的電能,并將電能傳遞給蓄電池讓其進(jìn)行貯存。系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)是非常有必要的該組件的LED燈是通過(guò)蓄電池進(jìn)行供電的。太陽(yáng)能控制器主要是用來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù),防止過(guò)度充放電。蓄電池則主要用于貯存多于電能以備需要時(shí)使用。3 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）在設(shè)計(jì)太陽(yáng)路燈智能控制系統(tǒng)時(shí)，硬件方面的設(shè)計(jì)可采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。單片機(jī)屬于一種處理器，優(yōu)點(diǎn)是能耗較低，可將其進(jìn)行編程以flash的

5、方式存儲(chǔ)；（2）選擇高密度非易失性存儲(chǔ)器，這樣才能更好的保證系統(tǒng)的使用性能以及工作效率；（3）太陽(yáng)能智能控制系統(tǒng)主要的供電能是太陽(yáng)能，24V的蓄電池電壓在穩(wěn)壓之后產(chǎn)生5V的固定電壓成為控制主電源，高頻電容旁路將高頻信號(hào)接地；（4）太陽(yáng)能系統(tǒng)如果出現(xiàn)過(guò)度充電、放電現(xiàn)象，為保護(hù)蓄電池必須要馬上斷開(kāi)電路；（5）在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤部分的時(shí)候“光敏電阻的”設(shè)計(jì)是主要內(nèi)容，整個(gè)控制工作完全是通過(guò)光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)光線強(qiáng)弱的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，使得太陽(yáng)光度強(qiáng)弱的變化完全通過(guò)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)；（6）將圓筒阻擋物安置在太陽(yáng)能接收器上，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需將多個(gè)光面電阻分別放置在圓筒內(nèi)外，組成一個(gè)傳感器，與電池板保持水

6、平放置，一旦電池板發(fā)生偏頗，就以此來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能板的角度。3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)時(shí)，KeilC是主要的編制工作。系統(tǒng)時(shí)間為每秒一次，比較好系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間與實(shí)際時(shí)間的差異，二者時(shí)間相同的時(shí)候，則要通過(guò)程序輸出的控制信號(hào)來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的電路元件。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案4.1 電池板、蓄電池的選用太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能變成電能輸送到蓄電池中保存起來(lái)，為了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，本設(shè)計(jì)中采用單晶硅太陽(yáng)能電池，為保證能夠順利給蓄電池充電，太陽(yáng)能電池工作電壓最好是蓄電池電壓的1.5倍；蓄電池有儲(chǔ)存、釋放電能的作用。要求蓄電池容量適宜，既能充足的保證夜晚路燈照明，又能延長(zhǎng)蓄電池壽命。蓄電池應(yīng)該和太陽(yáng)能電池、負(fù)載相輔相

7、成連在一起配合工作。4.2 控制器的選用單片機(jī)不失為智能化控制芯片比較合理的選擇。芯片的不同和電路的不同決定控制器的選擇，從三方面進(jìn)行比較。首先簡(jiǎn)單并聯(lián)調(diào)節(jié)的控制器:由于控制器對(duì)蓄電池控制的充放電曲線不夠完善，對(duì)蓄電池壽命造成破壞，因而只適合在小功率、要求不算很高的場(chǎng)合使用，采用AT89C51的單片機(jī)具有低電壓、高性能、可反復(fù)擦寫(xiě)、兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠順利適用于各種控制場(chǎng)合。5 智能系統(tǒng)測(cè)試當(dāng)太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，必須要對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試，主要測(cè)試方法如下：（1）對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行跟蹤，主要使用光面電阻來(lái)完成，這樣就能保證即便是在陰雨天太陽(yáng)能電池板也可蓄滿電能；（2）將太陽(yáng)光控制和時(shí)間控

8、制結(jié)合在一起，提高系統(tǒng)的抗干擾性，避免由時(shí)間控制法造成不必要的麻煩；（3）自動(dòng)檢測(cè)外界光源，一旦深夜行人較少的時(shí)候，路燈就會(huì)自動(dòng)熄滅，從而達(dá)到省電的目的；（4）全面考慮到電池充電的有關(guān)問(wèn)題，設(shè)置充放電保護(hù)元件，提高電池使用壽命。以上是主要的測(cè)試方法以及部位。智能系統(tǒng)測(cè)試重點(diǎn)主要放在自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和充放電控制系統(tǒng)兩個(gè)方面，具體過(guò)程如下：5.1自動(dòng)跟蹤模塊測(cè)試以30min為基本單位，在某個(gè)固定位置使用太陽(yáng)路燈智能控制系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)的高度和光源方位進(jìn)行跟蹤。實(shí)施測(cè)試之前需要設(shè)置好初始位置和初始時(shí)間，同時(shí)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)力量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并詳細(xì)記錄，做好系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)角與太陽(yáng)實(shí)際角度的對(duì)比工作。根據(jù)

9、實(shí)際測(cè)試結(jié)果可以看出，使用太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)可以對(duì)太陽(yáng)光的方向和高度進(jìn)行精準(zhǔn)的跟蹤，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要自行調(diào)節(jié)，測(cè)試過(guò)程中所有的誤差均在規(guī)定范圍之內(nèi)。5.2過(guò)充過(guò)放模塊測(cè)試在某實(shí)驗(yàn)處對(duì)2節(jié)蓄電池進(jìn)行外接負(fù)載的過(guò)充過(guò)放模塊檢測(cè),對(duì)蓄電池電壓與太陽(yáng)電池板電壓的線性關(guān)系進(jìn)行考量、對(duì)蓄電池白天電壓進(jìn)行跟蹤和記錄、對(duì)蓄電池黑夜電壓的維持狀態(tài)進(jìn)行記錄,結(jié)果顯示本系統(tǒng)中的蓄電池過(guò)充過(guò)放控制良好,控制正常。5.3網(wǎng)絡(luò)功能的測(cè)試在wifi網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，啟動(dòng)服務(wù)器、客戶端程序，連接網(wǎng)絡(luò)，啟動(dòng)路燈控制器。將客戶端與服務(wù)器連接成功，再將控制器與服務(wù)器配對(duì)連接:（1）在客戶端點(diǎn)按點(diǎn)亮鍵，相應(yīng)路燈亮起。（2）啟用交通監(jiān)測(cè)功能，當(dāng)模擬汽車(chē)駛過(guò)時(shí)，該路段路燈點(diǎn)亮。（3）斷電，拔下一只路燈燈泡，通電，重啟系統(tǒng)客戶端，界面提示該路燈出現(xiàn)不亮問(wèn)題。結(jié)語(yǔ)市場(chǎng)上傳統(tǒng)照明途徑投入成本的發(fā)展方向也是如此，但是太陽(yáng)能LED清潔無(wú)污染、節(jié)能環(huán)保、可再生。幾近枯竭、污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)化石燃料自然無(wú)法與之抗衡?？梢愿咝У氖褂锰?yáng)能資源，減少傳統(tǒng)能源的應(yīng)用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，現(xiàn)代路燈照明領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1 張雨玲.太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)