LED太陽能路燈控制器的設計

摘 要:根據LED太陽能路燈系統特點，設計了太陽能路燈控制器。詳細說明了蓄電池充電控制及負載輸出控制的硬件設計原理，并采用三段式充電理論實現了控制器的軟件設計?？刂破鞴δ芤子趯崿F，滿足控制和環保節能的要求。

關鍵詞:太陽能 路燈控制器 LED 節能

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(c)-0006-02

1 引言

太陽能作為一種新興的綠色能源，以其永不枯竭、無污染等優點，正得到迅速的推廣應用[1]。LED具有體積小而堅固耐用，耗電量低、使用奉命長、環保、光色性能好等特點，有資料顯示，每年用于照明的電力在3000億度以上，若采用LED照明，每年就可以節約1/3的照明用電，基本上相當于總投資規模超過2000億元的三峽工程的全年發電量[2]。由于太陽能電池板輸出的是直流電能，而LED也是直流驅動光源，兩者的結合更能提高整個系統的效率，降低市政成本，所以LED太陽能路燈越來越受到人們的重視。

2 LED太陽能路燈系統結構

LED太陽能路燈系統如圖1所示，可以看出其由太陽能電池、路燈控制器、蓄電池、市電供電和LED路燈五部分組成，其中太陽電池用于把太陽光能轉互電能，即白天時刻太陽能電池給蓄電池充電，并且可以根據太陽能電池兩端電壓的大小判斷光亮程度。也就是從太陽電池電壓的大小來判斷天黑和天亮。蓄電池是整個太陽能系統的儲備能源設備，白天時太陽電池給蓄電池充電，晚上或陰雨天系統和負載用電由蓄電池來提供。

3 路燈控制器硬件設計

太陽能路燈控制器是太陽能路燈系統中最為重要的部件，其功能設計的好壞決定了一個太陽能路燈系統運行情況的優劣。路燈控制器需要實現的功能有:根據太陽亮度，白天斷開LED路燈而給蓄電池充電，晚上通過蓄電池給路燈供電，并能分時段進行功率調整，在蓄電池電量不足時，自動切換到市電供電系統;防止蓄電池過充和過放，具有短路保護和反接保護功能等。根據需要實現的控制功能，本文選擇STM8單片機對LED太陽能路燈系統進行控制。單片機主要完成的功能包括檢測蓄電池兩端電壓并根據不同狀態采用不同的充電模式;判斷白天黑夜并以此來切換蓄電池充電和放電模式以及切換到市電供電系統。路燈控制器中包括的電路模塊比較多，如電源模塊、復位模塊、時鐘模塊等等，而對整個控制器至整個太陽能路燈系統比較重要的是電壓檢測模塊及蓄電池充放電模塊及切換模塊。

3.1 蓄電池充電控制電路

由控制器的實現功能知，白天太陽能電池給蓄電池充電，晚上或陰天用于LED路燈照明，實現綠色環保節能的目的，所以蓄電池充電控制電路在太陽能路燈控制系統中具有重要的作用。本文采用斬波式PWM充電原理，單片機首先檢測蓄電池的兩端電壓，并與軟件中設定電壓相比較，進而選擇不同的充電方式。具體的控制電路如圖2所示，其中中J1、J3分別為蓄電池和太陽能電池的正極，單片機的口通過R20、R21及R18、R19分別對太陽能電池電壓和蓄電池電壓進行采樣，經過AD轉換判斷，在滿足充電或停止充電條件下，單片機P0.3口給出充電控制信號，使三極管S導通或截止，即可實現蓄電池充電，具體可見程序設計部分。其中圖中D6為防反充肖特基二極管，避免當蓄電池電壓高于太陽能電池電壓時，蓄電池向太陽能電池反充電。D7是一個保護二極管，當蓄電池反接時電路斷開，保護蓄電池，提高系統的可靠性。

3.2 負載輸出控制電路

為了在夜間不同時刻采用不同的亮度，以達到節約電能的目的，本系統設計了兩路負載輸出，晚上12點以前兩盞LED皆亮，12點后一盞點亮，每路輸出均有立的控制和檢測[4]。設計采用了PWM功率控制功能對LED燈具實現無級調光。單路原理如圖3所示。其中單片機P0.6口給出控制信號，即P0.6＝1時，三極管導通，繼電器閉合，MOS管導通，蓄電池向路燈供電。在電量不足或白天時，控制端輸出低電平信號，切斷供電回路。夜晚蓄電池電量不足情況下由市電供電系統給LED路燈供電，保證系統的完整和可靠。

4 系統軟件設計

控制器能自動檢測當前的狀態，首先根據太陽能電池兩端電壓檢測當前狀態是白天還是黑夜，進而選擇是充電模式或者放電模式。在充電模式中根據蓄電池兩兩端的電壓選擇不同的充電模式，如當充電電壓高于保護電壓(15V)時，自動關斷對蓄電池的充電，此后當電壓掉至維護電壓(13.2V)時，蓄電池進入浮充狀態，當低于維護電壓(13.2V)后浮充關閉，進入均充狀態。在放電過程中，首先保證在晚上12點前開通兩路負載，12點后開通一路負載，并且當蓄電池電壓低于保護電壓(11V)時，控制器自動切換到市電供電系統或關閉負載開關以保護蓄電池不受損壞。因此，充電管理和放電管理是系統軟件設計中的主要內容，充放電程序流程圖如圖4所示:

5 結語

太陽能作為取之不盡、用之不竭的清潔能源，必將得到人們越來越多的關注和利用，高效環保的太陽能LED路燈也將成為更多市政改擴建工程的選擇。本文根據太陽能路燈的控制需要，對太陽能路燈控制器從硬件結構及軟件開發方面進行了設計，該控制器具有抗干擾能力強、便于控制特點。

參考文獻

[1]李晶，張維戈，王健強.基于PIC單片機的太陽能路燈控制器[J].微計算機信息，2009，25，7-2，51-54.

[2]呂運朋，李宏超，等.基于STC單片機的智能LED路條控制器設計[J].電源技術，2010，34(5):496-498.

[3]陳子產，彭路明，等.具有自適應功能的太陽能路燈控制器[J].太陽能，2004，2:20-23.

[4]何朝陽，戴君，吳立琴.基于STC12C5410AD的太陽能路條控制器設計[J].國外電子元器件，2007，3:27-30.

[5]劉遠祥.智能型太陽能控制器的設計與開發.科技創新導報，2009年第34期.

[6]張智峰.太陽能光伏發電系統控制器的設計.科技創新導報，2010年第21期.

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