淺析太陽能路燈智能控制系統設計

陳志剛

摘 要：筆者依托綠色的“太陽能”能源，對太陽能路燈智能控制系統進行了研究，對其軟硬件組成進行闡述，并進行了必要的測試過程。首先太陽能板通過光敏電阻進行太陽光的跟蹤，從而保證陰雨天系統也能在短日照的情況下將蓄電池充滿；其次將時控和光控的方法相結合，一方面減少時控法的頻繁改變時間設置；另一方面提升光控法的抗干擾能力；再次，在省電目的的驅使下，當檢測到深夜行人較少時會對路燈進行特定時間的自動熄滅，對行人較多的時間設置路燈的自動開啟；最后對電池的充電問題進行設計，通過過充過放電的保護來提升電池的使用壽命。通過實踐檢驗發現，系統能夠實現光自動跟蹤方面的低誤差，且蓄電池的充放電情況也能夠滿足相應的要求，有一定的研究和應用價值。

關鍵詞：太陽能 路燈 智能控制系統 設計

中圖分類號：TM914 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0071-01

太陽能作為近些年越來越凸顯的綠色能源，在環境問題越來越凸顯的今天，正在更多的受到人們的關注和研究。尤其是在近些年，隨著能源的逐漸緊缺和環境問題的影響日趨嚴重，人們開始將目光投向節能領域和可再生能源方面。太陽能是目前人類已經發現并且能夠很好掌控的一種“可再生”能源，其“取之不盡用之不竭”的特點讓人們非常喜愛。路燈系統是人們日常生活中不可缺少的重要系統，但同時也是常見的能源消耗點。太陽能路燈一定程度上具有了LED固態照明和太陽能光伏發電兩種技術的精髓，將光源和能源進行了整合，相對于傳統的照明工具來說，不僅省去了電纜的鋪設和配電線路的預處理，而且也不需要投入人力對系統進行控制，只需要一次性的投入便可以獲得低維護成本和高長效收益的不錯效果，并且不存在對環境的威脅，因此，對太陽能路燈智能控制系統的研究具有重要的意義。

1 設計方案

通過將LED路燈與其他傳統路燈的各項數據進行比較，能夠找到太陽能路燈系統的特性，從而得到實際中需要實現的功能，如：燈的亮度隨著光線的強弱而變化，極強和極弱時自動關閉和開啟；在陰雨天三天以內保證路等正常照明；蓄電池容量和充放電狀態等能夠控制；對太陽角度進行自動跟蹤；對電池板功率進行計算并選用。

2 系統設計

2.1 系統總體結構

在光照情況下，太陽能路燈系統的電池組件會自動手機太陽光的能量，將這些光能轉化為電能并進行存儲，對蓄電池進行蓄電過程，而在無光照情況下，太陽能路燈系統會自動轉為對通過路燈控制處理器對蓄電池進行放電控制，讓路燈照明。各部分電路根據其功能不同有著不同的設計實現方法。具體系統圖（如圖1）。

2.2 系統基本組成和功能

整個系統的基本組成部分包括燈桿、蓄電池、LED燈頭、控制器、太陽電池組件和支架等。其中太陽能電池板和組件要求有一定的工作效率，能夠承擔整個系統的核心部分的功能，同時也是成本和價值最高的組件。太陽能電池板將太陽的輻射能轉化為有用的電能，并將電能傳遞給蓄電池讓其進行貯存。系統的抗風設計是非常有必要的，該組件的LED燈是通過蓄電池進行供電的。太陽能控制器主要是用來對蓄電池進行保護，防止過度充放電。蓄電池則主要用于貯存多于電能以備需要時使用。

3 詳細設計

3.1 硬件系統設計

太陽能智能路燈系統可以采用單片機作為控制系統的核心，單片機是一種低能耗的處理器，可在系統中編程flash存儲。使用高密度非易失性存儲器能夠很大程度上提升系統的工作效率。系統通過太陽能進行供電，24 V的蓄電池電壓在穩壓之后產生5 V的固定電壓成為控制主電源，高頻電容旁路將高頻信號接地。系統如出于過充、過放狀態則立即斷開電路，以保護蓄電池。太陽能自動跟蹤模塊的控制通過光敏電阻來完成，在光強比較控制方式下實現自動跟蹤，使數據采集部分能夠及時地反應出太陽光線較小或較大的變化。在太陽能接收器上面設置阻擋物圓筒，在圓筒內外多個方向上分別放置光敏電阻，從而構成一個與電池板在同一平面的傳感器，用來調整太陽能板的角度。

3.2 軟件系統設計

軟件系統主要采用KeilC進行編制，通過程序將設定的時間與系統當前時間進行比較，設定比較的間隔為1秒一次，當時間相同時，通過程序輸出控制信號，來對驅動電路進行驅動。

4 系統測試

在整個系統設計完成之后，重點對系統的充放電控制和自動跟蹤兩個功能進行了測試，過程如以下兩點。

4.1 過充過放模塊測試

在某實驗處對2節蓄電池進行外接負載的過充過放模塊檢測，對蓄電池電壓與太陽電池板電壓的線性關系進行考量、對蓄電池白天電壓進行跟蹤和記錄、對蓄電池黑夜電壓的維持狀態進行記錄，結果顯示本系統中的蓄電池過充過放控制良好，控制正常。

4.2 自動跟蹤模塊測試

在某市固定位置以半小時為單位讓系統對太陽的方位和高度進行跟蹤。在測試前設定初始時間和初始位置、步進電機以1度的最小轉動遞增量變化轉動方向、每次電機轉動均進行記錄、將系統偏轉角與太陽實際角度進行對比。根據測量結果發現，本系統能夠較為精準的對太陽光高度和方向進行跟蹤，并進行自動的調節，誤差的出現在允許范圍之內。

5 結論

本文中，筆者通過對太陽能路燈只能控制系統的設計和測試發現，該系統在精確度和實用性方面能夠滿足要求，出現的誤差在允許范圍之內；在時控和光控方法的結合下，對兩方法的弊端都能夠產生較好的規避效果，從而實現了智能控制；在蓄電池充放電策略方面，簡單的計算和運用能夠實現電池壽命的最大化，具有很高的參考價值。

參考文獻

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