智能太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

田曉翠

摘要：隨著全球環(huán)境的影響，開(kāi)發(fā)清潔能源越來(lái)越重要，人們?cè)诜e極開(kāi)發(fā)新能源的同時(shí)也在倡導(dǎo)節(jié)能減排的綠色環(huán)保技術(shù)。而太陽(yáng)能是一種清潔的可再生能源，它的研究具有很大的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;單片機(jī);智能控制器

一、引言

在化石燃料日趨減少的情況下，太陽(yáng)能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽(yáng)能有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在任何有光的地方都可以使用，特別適用于住宅、室外照明、工業(yè)區(qū)、城市道路等地方。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為控制器的核心來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化控制的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)，同時(shí)，利用電壓采集模塊采集太陽(yáng)能電池板電壓，實(shí)現(xiàn)光控;結(jié)合時(shí)鐘模塊確定準(zhǔn)確時(shí)間，可以確定一年四季，控制器可以根據(jù)季節(jié)的變化來(lái)自動(dòng)控制燈照明的時(shí)間。

二、智能太陽(yáng)能路燈概述

1、智能太陽(yáng)能路燈的定義

智能太陽(yáng)能路燈是在太陽(yáng)能路燈的基礎(chǔ)上增加了傳感器，通過(guò)各種傳感器可以收集來(lái)自外界的信息，然后再根據(jù)不同情況利用控制器來(lái)控制路燈的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)智能化。

2、工作原理

太陽(yáng)能路燈的工作原理是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能達(dá)到照明效果，路燈頂端是太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能光伏組件是由多晶硅組成的，白天這些多晶硅吸收太陽(yáng)能把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在蓄電池中，在控制系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池板經(jīng)過(guò)太陽(yáng)光的照射，把太陽(yáng)能光從而轉(zhuǎn)變成電能，白天太陽(yáng)能電池組件持續(xù)向蓄電池組充電，到了晚上，通過(guò)太陽(yáng)能智能控制器，把電能傳送給光源，從而使得太陽(yáng)能路燈在夜晚達(dá)到照明的效果。太陽(yáng)能電池系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板，控制器，蓄電池，燈照明電路組成。

太陽(yáng)能電池板其工作原理是將太陽(yáng)光的輻射轉(zhuǎn)換成電能，然后儲(chǔ)存在蓄電池中，在天黑的時(shí)候，將蓄電池中儲(chǔ)存的能量輸出為照明電路供電。

在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，通過(guò)太陽(yáng)能電池板將輻射能轉(zhuǎn)化成的電能就儲(chǔ)存在蓄電池中，再由控制器控制使其路燈進(jìn)行工作。為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，用控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄電池電壓進(jìn)行過(guò)充過(guò)放電。該控制器還加入了光控，時(shí)控功能，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)智能化。

三、路燈控制器的硬件設(shè)計(jì)

智能太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)由電源模塊、控制單元及驅(qū)動(dòng)單元組成，其組成框圖如圖3.1所示。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為核心控制器，將太陽(yáng)光采樣并轉(zhuǎn)換成電來(lái)驅(qū)動(dòng)LED 的顯示功能。利用單片機(jī)來(lái)控制路燈的亮度和照明時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約能源的目的。該系統(tǒng)可以根據(jù)天氣自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮度，是一種新型的節(jié)能環(huán)保裝置。

1、單片機(jī)

單片機(jī)是整個(gè)路燈控制器的智能核心模塊，PLC單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊達(dá)不到系統(tǒng)精度要求。所以本系統(tǒng)采用AT89C51，該單片機(jī)成本低，功耗低，而且具有高性能CMOS 8位的微處理器和8K字節(jié)的系統(tǒng)存儲(chǔ)器。

2、電源電路設(shè)計(jì)

BT1和C1為單片機(jī)以及LED 提供電源，白天有太陽(yáng)照時(shí)，光伏電池產(chǎn)生電能，通過(guò)二極管D0將電能儲(chǔ)存進(jìn)超級(jí)電容器C1，D0可以保證超級(jí)電容器中的電流不倒流入光伏電池。此時(shí)A 點(diǎn)電位上升，三極管Q1基極為高電平，Q1導(dǎo)通，B點(diǎn)電位為低，致使三極管Q2關(guān)斷，超級(jí)電容器儲(chǔ)存的電能無(wú)法送到單片機(jī)，單片機(jī)無(wú)電源，處于未啟動(dòng)狀態(tài)，路燈處于熄滅狀態(tài)當(dāng)夜晚降臨，陽(yáng)光減少，光伏電池上儲(chǔ)存的電量開(kāi)始降低，致使A 點(diǎn)電位降低，Q1關(guān)斷，超級(jí)電容器儲(chǔ)存的電能開(kāi)始令B 點(diǎn)電位上升，Q2開(kāi)通，單片機(jī)上電，路燈被點(diǎn)亮，整個(gè)路燈系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。

3、光控電路

電路中反向接入光敏二極管，在一定范圍內(nèi)，反向電流很小且處于飽和狀態(tài)。此時(shí)，如果無(wú)光照射PN結(jié)，反向飽和電流保持不變，在光敏二極管中稱為暗電流。當(dāng)有光照射PN結(jié)時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的電流隨著光照強(qiáng)度的增加而增加，此時(shí)的反向電流稱為光電流。當(dāng)光敏二極管加上反向電壓時(shí)，管子中的反向電流隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，光照強(qiáng)度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。光敏二極管上不加電壓，利用P-N結(jié)在受光照時(shí)產(chǎn)生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。白天光照使光敏二極管導(dǎo)通，Q1基極為高電位，Q1導(dǎo)通則單片機(jī)引腳低電平有效。夜晚光敏二極管截止，Q1也截止，引腳高電平有效。

四、路燈控制器的軟件設(shè)計(jì)

1、總體軟件設(shè)計(jì)思想

為了節(jié)約能源，本設(shè)計(jì)分析太陽(yáng)能路燈在一天內(nèi)的三種運(yùn)行狀態(tài)：第一階段18：00-20：00，進(jìn)入黑暗時(shí)段，光線逐漸變暗，此時(shí)智能太陽(yáng)能路燈開(kāi)始工作，由于不是全黑暗，所以此時(shí)路燈的亮度不是最亮。第二階段20：00-12：00，光線最暗，此時(shí)路燈亮度到達(dá)最大。第三階段12：00-5：00，這段時(shí)間路面亮度也較低，燈的亮度不是最亮。然后再到第一階段，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程。

2、單片機(jī)算法流程圖

通過(guò)整體思路分析，太陽(yáng)能燈的亮度調(diào)節(jié)主要靠單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其算法如下圖4.1所示：

4.1單片機(jī)算法流程圖

當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)，程序自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)P1輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)LED1發(fā)光，此時(shí)路燈亮為第一階段，經(jīng)延時(shí)2個(gè)小時(shí)后P2與P3口同時(shí)輸出高電平，LED2與LED3也開(kāi)始發(fā)光，路燈亮度級(jí)別為第二階段，依次類推直到P1，P2，P3口全部輸出低電平，此時(shí)路燈徹底熄滅。

五、結(jié)論

本設(shè)計(jì)給出了智能太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路，在此基礎(chǔ)上分析了其硬件和軟件部分。分析了系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能路燈隨著光亮自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮度，從而實(shí)現(xiàn)能源有效利用，不浪費(fèi)。太陽(yáng)能路燈利用太陽(yáng)能電池板，白天接收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，晚上照度逐漸降低，充放電控制器檢測(cè)出該值進(jìn)行工作，蓄電池向燈頭放電。

參考文獻(xiàn)：

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