基于51的太陽能LED 路燈的設計與實現(xiàn)

朱 黎，陳雨佳

（陜西工業(yè)職業(yè)技術學院 陜西 咸陽 712000）

隨著科學技術的迅速發(fā)展，世界能源危機日益嚴重，利用常規(guī)能源已不能適應世界經(jīng)濟快速增長的需要，開發(fā)和利用新能源越來越引起各國的重視。太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”安全可靠、無噪聲、無污染和可再生的能源越來越受到重視[1]。

加之現(xiàn)今光伏技術的逐漸成熟，利用光伏發(fā)電成為解決能源問題的一大途經(jīng)。隨著可持續(xù)發(fā)展的不斷深入，人們在積極開發(fā)各類可再生新能源的同時也在倡導節(jié)能減排的綠色環(huán)保技術而在照明領域，壽命長節(jié)能安全綠色環(huán)保色彩豐富微型化的LED固態(tài)照明也已被公認為世界一種節(jié)能環(huán)保的重要途徑[2]，太陽能LED路燈同時整合了這兩者的優(yōu)勢。

1 系統(tǒng)的整體方案設計

本論文主要研究方向是太陽能LED路燈的研究，其核心部件為蓄電池控制器和路燈控制器。蓄電池控制器是控制太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給負載供電的自動控制設備，能自動防止蓄電池過充電和過放電，有效的保護蓄電池，延長使用年限。路燈控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，能夠按照需求對路燈的亮滅狀態(tài)進行自動控制，采用光線控制、紅外控制及定時控制相結合的方式實現(xiàn)最優(yōu)管理。

1.1 系統(tǒng)的整體結構

系統(tǒng)由太陽能電池組件部分、LED光源、蓄電池控制器[3]、路燈控制器、蓄電池、紅外傳感器[4]、光線傳感器等幾部分構成。太陽能電池板的設計對系統(tǒng)的抗風設計非常有利。

圖1 系統(tǒng)結構Fig.1 System structure

1.2 系統(tǒng)的功能目標

1)白天太陽能電池給蓄電池充電，夜晚蓄電池自動供電照明。

2)對LED照明的光強進行控制，聲、光控電路可以根據(jù)不同外界條件控制照明。

3)可通過手持遙控器控制路燈，并且能夠獲取路燈狀態(tài)信息，完成故障檢測。

4)能夠顯示并設置系統(tǒng)的供電時間。

2 硬件的整體設計

太陽能LED能路燈系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池控制器、蓄電池、路燈控制器、顯示器等部分組成。由太陽能電池板采集太陽光能轉換為電能通過蓄電池控制器儲存到蓄電池中，蓄電池控制器對蓄電池進行監(jiān)控，防止蓄電池過充和過放。路燈控制器由AT89S52主控電路、紅外檢測電路[4-5]、光線檢測電路、按鍵、DS1302時鐘電路、LED恒流源驅動電路、LCD12864顯示電路等組成。

2.1 紅外檢測電路

紅外檢測電路以LM339為核心元件，用紅外對管檢測物體狀態(tài)，用電位器調節(jié)紅外對管檢測物體的靈敏度。紅外發(fā)射管發(fā)出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物時，紅外反射回來被接收管接收，經(jīng)過LM339比較器處理后輸出一個低電位信號到單片機[6]；當檢測方向沒有障礙物時，輸出一個高電位信號到單片機。

圖2 紅外檢測電路Fig.2 Infrared detection circuit

2.2 LED恒流源驅動及調光電路

LED恒流源驅動電路采用連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源驅動器PT4115，采用高端電流采樣設置LED平均電流，通過DIM引腳可以接受模擬調光和很寬范圍的PWM調光。當DIM的電壓低于0.3 V時，率開關關斷，PT4115進入極低工作電流的待機狀態(tài)。DIM端連接單片機P3.2腳，對路燈的開關和亮度進行控制。

3 軟件設計

本系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設計的方法，主要由主控制程序、開機界面子程序、鍵盤服務子程序、定時子程序、光控開關燈子程序等部分組成。

圖3 LED恒流源驅動及調光電路Fig.3 The LED constant current source driving and dimming circuit

軟件的主要設計思想是：根據(jù)時間來選擇模式,系統(tǒng)有時鐘信息，判斷白天和黑夜，白天用光控模式，根據(jù)外界光線明暗來控制路燈，只有在白天光線很暗時開啟路燈。晚上用自動調節(jié)模式，能根據(jù)交通情況來自動開啟路燈（燈始終隨著人的移動來方向來開啟，經(jīng)過的地方路燈及時關閉）。分別設定燈的開啟和關閉時間。時間設定的優(yōu)先級最高，只要時間在設定范圍內(nèi)，路燈一直亮，范圍外按白天光控模式，晚上自動調節(jié)模式控制。工作時，可以顯示系統(tǒng)時間，每個燈的定時時間，燈的亮滅狀態(tài)，工作模式。在工作界面按確認鍵可以進入菜單來設置參數(shù)。

圖4 系統(tǒng)軟件設計流程圖Fig.4 System flow chart of software design

4 系統(tǒng)測試

通過對蓄電池控制器各項參數(shù)的調整，以下是模擬充電得到的參數(shù)：當模擬蓄電池的電壓低于10.8 V，蓄電池停止對負載供電，同時黃燈亮；當模擬蓄電池的電壓在11～14.4 V之間，對蓄電池充電，同時紅、綠燈亮；當模擬蓄電池的電壓高于14.4 V，停止對蓄電池充電，同時綠燈亮。

5 結論

蓄電池控制器是系統(tǒng)的核心部件之一，針對蓄電池充電的特殊要求，本文巧妙地采用對蓄電池電壓進行采樣，和基準電壓進行比較，自動對充放電狀態(tài)控制，省卻了專用的充電管理芯片高昂的費用，降低成本。由路燈控制器有單片機控制，根據(jù)環(huán)境明暗程度、開關燈時間、過往行人情況綜合處理，控制LED路燈的亮滅方式，進行優(yōu)化管理，節(jié)省能源，使系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運行。防止蓄電池過度充放電，更好地保護了蓄電池，延長了整個太陽能路燈系統(tǒng)的使用年限。因而，本文設計的太陽能LED路系統(tǒng)具有較高的實用價值，對太陽能路燈的推廣起到了促進作用，是有益的嘗試。

[1]曹瑩.基于Atmega48太陽能路燈控制器研究[J].電子設計工程，2012，20（22）：179-182.CAO Ying.Atmega48 solar street lamp controller based research [J].Electronic Design Engineering,2012，20（22）：179-182.

[2]李余興，馬建倉，葉祥.太陽能LED路燈的研制[J].電子設計工程，2012，20（1）：113-115.LI Yu-xing,MA Jian-cang,YE Xiang.The development of solar LED street light [J].Electronic Design Engineering,2012，20（1）：113-115.

[3]徐曼珍.閥控式密封蓄電池及其在通信中的應用[M].北京：人民郵電出版版社,1998.

[4]丁偉.太陽能發(fā)電自動跟蹤控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].南京：南京航空航天大學，2010.

[5]周杏鵬.傳感器與檢測技術[M].北京：清華大學出版社2010.

[6]蔡振江.單片機原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.