基于單片機(jī)的太陽能路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊文杰

（國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，新疆烏魯木齊 830011）

基于單片機(jī)的太陽能路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊文杰

（國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司，新疆烏魯木齊 830011）

就目前的情況看，太陽能是非常干凈、沒有任何污染、可以持續(xù)使用的能源之一，取之不盡，用之不竭。在目前各種化石能源逐漸減少的現(xiàn)在，太陽能資源是替代其他化石資源的重要能源之一。將太陽能作為路燈能源的來源，白天的時(shí)候太陽能電池板可以為蓄電池充電，晚上的時(shí)候蓄電池可以為路燈提供電能，在建設(shè)的過程中，不需要敷設(shè)復(fù)雜的管線，燈具可以進(jìn)行任意的調(diào)整，并且沒有任何污染，安全環(huán)保?；趩纹瑱C(jī)的太陽能路燈照明系統(tǒng)的工作情況相對(duì)穩(wěn)定，運(yùn)行效果良好。

單片機(jī)；太陽能路燈；照明控制系統(tǒng)

隨著我國(guó)城市化發(fā)展的不斷加快，城市建設(shè)的規(guī)模越來越大，路燈是城市建設(shè)過程中最基礎(chǔ)的部分，為城市照明以及美化城市的過程中有著非常重要的作用。目前，大部分城市在建設(shè)路燈的過程中，都是采用人力進(jìn)行的，建設(shè)成本較高，能源消耗較大，與目前可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略相沖突。一款建設(shè)成本較低、節(jié)約能源性能較好的路燈控制系統(tǒng)，已經(jīng)成為城市建設(shè)發(fā)展過程中必須品。

1 太陽能路燈系統(tǒng)

太陽能路燈控制系統(tǒng)主要是由太陽能電池板、蓄電池、燈具、控制箱、燈桿等組成的。太陽能路燈系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 太陽能路燈系統(tǒng)的核心組成

這樣的太陽能系統(tǒng)是由太陽能電池方陣（含電池的支架）、路燈控制箱（內(nèi)部設(shè)置有蓄電池組、路燈控制器等）、LED路燈照明燈頭、路燈燈桿等幾部分組成的。燈頭主要是使用1W功率的LED白光集成在電路板上，并按照一定間距進(jìn)行排列的平面發(fā)光源。LED技術(shù)有21世紀(jì)新光源的稱號(hào)，是在白熾燈、日光燈、高壓氣體之后的新一代的光源，LED燈具有節(jié)能、無污染、使用時(shí)間長(zhǎng)、沒有頻閃、安全、控制性能良好、直流供電等多種優(yōu)點(diǎn)。路燈控制箱的箱體主要是采用不銹鋼的材料布置的，既美觀又實(shí)用，路燈控制箱內(nèi)布置的鉛酸蓄電池與相應(yīng)的充放電控制元件，其中在設(shè)計(jì)充放電控制器的時(shí)候，需要考慮好控制器的功能以及花費(fèi)的成本，功能上控制器需要具有光控、時(shí)間控制、過放保護(hù)控制、過充電保護(hù)控制以及接反電保護(hù)控制等性能，具有良好的性價(jià)比。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

在對(duì)單片機(jī)太陽能路燈照明進(jìn)行控制設(shè)計(jì)的過程中，主控制器采用AT89C52單片機(jī)，主要是經(jīng)過總線與系統(tǒng)中各模板進(jìn)行連接。設(shè)置系統(tǒng)工作時(shí)間，因?yàn)闀r(shí)間不同，工作狀態(tài)也不相同。采用光敏感電阻器對(duì)路燈所處環(huán)境的光亮程度進(jìn)行檢測(cè)，并經(jīng)過轉(zhuǎn)換芯片將收集的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)這寫信息進(jìn)行相應(yīng)的處理后，再經(jīng)過繼電器對(duì)路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。通常情況下，路燈的工作時(shí)間分布情況為：每日0時(shí)-次日6時(shí)是路燈節(jié)能的時(shí)間，路燈需要處在半電壓的情況下工作；而9時(shí)-0時(shí)則是處在全電壓的情況下工作，其他的時(shí)間需要根據(jù)實(shí)際環(huán)境的光線情況對(duì)瀘路燈的亮暗情況進(jìn)行控制。

2.1 鍵盤電路設(shè)計(jì)

鍵盤S1，S2，S3分別接在單片機(jī)P2.4，P2.5，P2.6上，其中S1設(shè)置為模式選擇鍵，主要用來控制數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)的模式（蓄電池的電壓情況、太陽能電池板的電壓、負(fù)載工作時(shí)間）。S2，S3則分別顯示控制負(fù)載工作時(shí)間的增減情況，每次的增減時(shí)間為15min。

2.2 電源電路模塊設(shè)計(jì)

太陽能路燈控制系統(tǒng)正常工作的時(shí)候電壓為5V，主要采用12V/24V的鉛酸蓄電池進(jìn)行供電，當(dāng)蓄電池的電壓不穩(wěn)定的時(shí)候，需要提供相應(yīng)的電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，該系統(tǒng)采用LM7805三端穩(wěn)壓器，當(dāng)輸入的電壓在5～24V之間的時(shí)候，可以保證輸出的電壓穩(wěn)定在+5V左右。LM7805三端穩(wěn)壓器組成穩(wěn)定的電源只需要少部分的元件，這樣使用更加方便，系統(tǒng)的工作情況更加穩(wěn)定。

2.3 蓄電池電壓采樣電路設(shè)計(jì)

在整個(gè)太陽能單片機(jī)照明系統(tǒng)中，蓄電池是非常重要的設(shè)備，白天的時(shí)候蓄電池可以將電池板采集的太陽光轉(zhuǎn)換成電能存儲(chǔ)起來，等到天色暗下去的時(shí)候再將其轉(zhuǎn)換成電能輸送到照明設(shè)備上。智能控制系統(tǒng)所使用的電源也是由蓄電池提供的。蓄電池采樣電路主要使用的是V/F轉(zhuǎn)換器LM331。LM331轉(zhuǎn)換器是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的具有高性價(jià)比的集成芯片，可以當(dāng)做精密頻率的電壓轉(zhuǎn)換器。

LM331使用的是新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在太陽能單片機(jī)照明系統(tǒng)工作的時(shí)候，在溫度范圍以內(nèi)或者是降到4.0V電源電壓的時(shí)候都會(huì)輸出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，此外，LM331轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)交寬，可以達(dá)到100dB；LM331轉(zhuǎn)換器的線性非常好，最大的非線性失真低于0.01％，工作狀態(tài)下的LM331轉(zhuǎn)換器工作頻率降到0.1Hz的時(shí)候還有非常好的線性；LM331轉(zhuǎn)換器的變換精度較高，數(shù)字分辨率可以高達(dá)12位；外接電路也相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要介入幾個(gè)外部元件就可以方便轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換，并且很容易確保轉(zhuǎn)換的精度。蓄電池電壓的采樣電路如圖2所示。

圖2 采樣電路

2.4 環(huán)境光線檢測(cè)模塊

基于單片機(jī)的太陽能路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的是光敏電阻與ADC0832模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器相結(jié)合的方式進(jìn)行檢測(cè)，工作的原理是當(dāng)照射在光敏電阻上的光線亮度發(fā)現(xiàn)變化的時(shí)候，光敏電阻的電阻值也會(huì)發(fā)生變化，光線變強(qiáng)電阻值變小，光線變?nèi)蹼娮柚底兇螅珹DC0832可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，發(fā)送給單片機(jī)，保證單片機(jī)可以對(duì)環(huán)境的明暗程度的信號(hào)進(jìn)行分析并作出相應(yīng)的處理。

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

3.1 白天充電子程序

白天太陽能電池板會(huì)收集相應(yīng)的太陽光，轉(zhuǎn)換器會(huì)將其轉(zhuǎn)換成化學(xué)電能儲(chǔ)存起來，單片機(jī)可以通過蓄電池對(duì)路燈設(shè)置充電策略，這樣可以有效地控制電能的使用，有效地提高蓄電池的使用壽命。單片機(jī)設(shè)置的充電方式有三種：（1）快速充電階段，充電電路的輸出等于路燈使用的電流源。路燈的電流源輸出情況與蓄電池的工作情況有著非常密切的聯(lián)系，在整個(gè)充電的過程中，輸出的電源流會(huì)對(duì)整個(gè)蓄電池的電壓進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，如果電壓達(dá)到轉(zhuǎn)換條件的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成下一個(gè)充電方式；（2）過充階段。這個(gè)時(shí)候設(shè)計(jì)的充電電路會(huì)對(duì)蓄電池設(shè)置一個(gè)更高的電壓，如果蓄電池的電壓持續(xù)達(dá)到設(shè)置的于要求時(shí)2，電路會(huì)自行認(rèn)為蓄電池已經(jīng)充滿，這時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換到浮充階段。（3）浮充階段。該階段主要是對(duì)蓄電池設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)確的浮充電壓，確保路燈在晚上時(shí)可以正常工作。

3.2 夜間放電子程序

夜間放電子程序主要對(duì)蓄電池進(jìn)行放電保護(hù)，防止過放。12V系統(tǒng)蓄電池負(fù)載切斷電壓是1 111.9V（可調(diào)），24V系統(tǒng)切斷電壓是22.823 8V（可調(diào)）。夜間放電子程序的另一個(gè)主要功能是控制開燈時(shí)間。

4 結(jié)束語

本文主要AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)太陽能單片機(jī)照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了路燈可以按照時(shí)間以及光源雙重的控制方式，經(jīng)過試驗(yàn)，太陽能AT89C52單片機(jī)照明系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定、安全，相較于其他的控制系統(tǒng)更加智能化，可以大幅度的節(jié)省電能，降低施工成本，滿足節(jié)能的要求。

[1]辛智廣，于春榮，王樹彬.LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J].科技傳播，2016，（5）：178.

[2]吳正茂.基于STC單片機(jī)的太陽能LED路燈控制器設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技財(cái)富，2012.

[3]楊曉光，寇臣銳，汪友華.太陽能LED路燈照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電氣應(yīng)用，2009，（28）（3）：28-30.

Design of Solar Street Lighting Control System Based on Single Chip Microcomputer

Yang Wen-jie

On the current situation，solar energy is very clean，there is no pollution，one can continue to use the energy，inexhaustible.At present，a variety of fossil energy is gradually reduced，solar energy resources is an alternative to other fossil resources，one of the important sources of energy.The solar energy as a source of street energy during the day when the solar panels can charge the battery at night when the battery can provide power for the street，in the construction process，do not need to lay a complex pipeline，lamps can be adjusted arbitrarily，And there is no pollution，safety and environmental protection.Based on the single-chip solar street lighting lighting system work is relatively stable，the operation is good.

MCU；solar street light；lighting control system

TM923

A

1003-6490（2016）08-0092-02

2016-08-10

楊文杰（1978—），甘肅武威人，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化及通信的設(shè)計(jì)運(yùn)維工作。