基于單片機的太陽能路燈控制系統的設計

孔祥鵬,范海貞,蔣繼霆,劉洪升,桑　健（哈爾濱理工大學榮成學院,山東　榮成　264300）

基于單片機的太陽能路燈控制系統的設計

孔祥鵬,范海貞,蔣繼霆,劉洪升,桑健
（哈爾濱理工大學榮成學院,山東榮成264300）

本文介紹了一種基于單片機的跟蹤式太陽能路燈控制系統，該系統以單片機為核心，采用聲控、紅外感應、光控等模塊實現智能化控制。當太陽能光照不足時，將電路切換到市電路中給蓄電池供電。通過蓄電池過沖、過放功能，來保護電路以及延長蓄電池使用壽命。

單片機；太陽能；雙極軸追光；市電切換

0　引言

目前國內外太陽能路燈主要采用固定安裝方式，其全天的有效平均日照時間約為3.5小時[1]。其余日照時間因太陽光光強不足或太陽能入射角小的原因而導致發電量大幅度下降[2]。單軸追光裝置輸出特性是明顯的非線性，極易受到外部環境的影響，同時電池板固定裝置決定了一天之內受照射的平均量很低導致成本高[3]。而太陽能路燈具有廣泛的地域應用，對比單軸追光，雙軸追光更能提高太陽能利用率，在降低成本、加快太陽能路燈的普及和提高太陽能利用率的條件下，其具有較高的研究意義[4]。

1　路燈控制系統總體設計

本文設計的路燈控制系統如圖1所示。通過聲、光、紅外等模塊感知外界環境，傳輸給單片機并作出反饋，實現對電機的驅動以及路燈的智能調節，達到太陽能電池板跟蹤式追光的要求。編寫程序算法，使傳感器與控制電路輸出相應的控制信號驅動電機組配合。控制電池板的X軸的方位角和Z軸的高度角，使光線垂直射到電池板上，從而使太陽能的利用率達到最高。根據蓄電池兩端的電壓與最低閥值電壓或與峰值電壓的比較，使電路進行市電充電與太陽能涓流充電狀態間的智能切換[5]。且該系統能通過斷電保護來防止蓄電池過沖過放以及電流反涌燒壞電路。實驗室搭建模型如圖2所示。

2　硬件設計

2.1 硬件總體介紹

該系統采用光線采集模塊、聲控模塊、紅外檢測模塊、市電切換模塊、太陽能跟蹤模塊等組成。其中以AT89C51單片機為控制核心，主控制器主要完成對光照強度檢測、太陽方位檢測、定時、計數、中斷程序處理、電機動作等控制。

2.2 雙軸跟蹤裝置機械結構

雙軸太陽跟蹤裝置的機械結構如圖3所示，以兩個伺服電機分別控制轉臺，驅使高度角和方位角方向的旋轉以達到平板時刻與太陽光線垂直的目的[6]。跟蹤軸為X軸，記方位角跟蹤軸為Z軸。項目試驗中太陽高度角的變化會導致步進電機與方位角電機的旋轉。

2.3 太陽光照強度檢測模塊

太陽能電池板和太陽位置偏差給出的傳感信號，經信號處理單元放大處理后送到單片機中，由單片機進行處理后控制高度角直流電動機和方位角直流電動機轉動，控制機構分別對太陽能電池板的俯仰與水平兩個方向進行調整。

2.3 紅外檢測及光線采集模塊

紅外檢測采用雙穩態去抖動電路可以消除紅外感應開關繼電器觸點的抖動信號并且避免單元控制器的誤操作。光線采集模塊通過光敏電阻對外部光線進行采樣，將采集到的模擬號通過AT89C51芯片轉換成數字信號，送單片機進行處理

2.4 市電切換模塊

當單片機檢測到蓄電池沒有電時，這時單片機控制繼電器斷開蓄電池供電轉而使用市電供電，當繼電器的三個接口中聯通蓄電池的斷電時繼電器中的開關會自動調換成市電。

2.5蓄電池充放電

當系統檢測到環境光充足，控制器就會進入充電模式。當系統檢測到周圍環境光線不足時，就會進入蓄電池給LED燈供電模式。

3　軟件設計

3.1 自動追光模塊程序

本模塊是用來采集強弱光強從而實現追光的，部分程序如下所示。

unsignedcharcodeFFW[8]={oxf1,oxf3,oxf2,oxf6,oxf4,oxfc,oxf8,oxf9};

{unsignedintk;

while(t--)

{for(k=o;k＜80;k++)

{}

}

}

main()

{while(1)

{jd=0;

if(h1==0&&h2==1)

{k=2;

motorffw();//調用庫函數；

}

if(h2==0&&h1&&1)

{k=1;

motorffw();

}

}

}

3.2 聲控模塊程序

本模塊是用來采集聲音頻率進而發送給單片機實現控制指令的，部分算法如下所示。

{

while(1)

if(ate==0)

{

temp=0x01;//賦值語句，將16進制數賦值給變量；

P0=temp;

delay(3000);

}

else

P0=0x00;

}

4　結語

基于單片機的跟蹤式太陽能路燈控制系統，能夠實現高精度跟蹤效果，以單片機為控制核心，雙極軸太陽軌跡跟蹤和相關模塊結合的控制系統將會具有更好的穩定性和可靠性。

[1]任鵬飛，耿世勇，尹亞楠.基于單片機的LED路燈控制系統設計[J].河南工程學院學報，2009(01):2-7.

[2]張曉暉，杜學東.基于單片機控制的太陽能LED智能路燈照明系統[J].電子設計工程，2003(02):10-24.

[3]楊超，單亮.智能路燈的設計與研究[J].雞西大學學報，2008(14):1-2.

[4]楊林發.基于單片機的雙蓄電池自動切換系統[J].通信電源技術，2012(06):29.

[5]徐海鵬.雙軸式太陽能自動跟蹤系統[D].工程設計，2010(07):21.

[6]湯世松，舒志兵.雙軸伺服太陽能跟蹤系統的設計[J].南京工業大學自動化學，2009(02):44-63.

孔祥鵬（1995-）,男,山東煙臺人，本科，學生研究方向：通信與信號處理。

哈爾濱理工大學大學生創新創業訓練計劃項目（2014CX0155）