基于單片機(jī)的太陽能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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

基于單片機(jī)的太陽能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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

本文介紹了一種基于單片機(jī)的跟蹤式太陽能路燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用聲控、紅外感應(yīng)、光控等模塊實(shí)現(xiàn)智能化控制。當(dāng)太陽能光照不足時(shí)，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(hù)電路以及延長蓄電池使用壽命。

單片機(jī)；太陽能；雙極軸追光；市電切換

0　引言

目前國內(nèi)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(shí)間約為3.5小時(shí)[1]。其余日照時(shí)間因太陽光光強(qiáng)不足或太陽能入射角小的原因而導(dǎo)致發(fā)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(huán)境的影響，同時(shí)電池板固定裝置決定了一天之內(nèi)受照射的平均量很低導(dǎo)致成本高[3]。而太陽能路燈具有廣泛的地域應(yīng)用，對(duì)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(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的路燈控制系統(tǒng)如圖1所示。通過聲、光、紅外等模塊感知外界環(huán)境，傳輸給單片機(jī)并作出反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)以及路燈的智能調(diào)節(jié)，達(dá)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(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(dá)到最高。根據(jù)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(jìn)行市電充電與太陽能涓流充電狀態(tài)間的智能切換[5]。且該系統(tǒng)能通過斷電保護(hù)來防止蓄電池過沖過放以及電流反涌燒壞電路。實(shí)驗(yàn)室搭建模型如圖2所示。

2　硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件總體介紹

該系統(tǒng)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(jī)為控制核心，主控制器主要完成對(duì)光照強(qiáng)度檢測、太陽方位檢測、定時(shí)、計(jì)數(shù)、中斷程序處理、電機(jī)動(dòng)作等控制。

2.2 雙軸跟蹤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)

雙軸太陽跟蹤裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖3所示，以兩個(gè)伺服電機(jī)分別控制轉(zhuǎn)臺(tái)，驅(qū)使高度角和方位角方向的旋轉(zhuǎn)以達(dá)到平板時(shí)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(xiàng)目試驗(yàn)中太陽高度角的變化會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)與方位角電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。

2.3 太陽光照強(qiáng)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(hào)，經(jīng)信號(hào)處理單元放大處理后送到單片機(jī)中，由單片機(jī)進(jìn)行處理后控制高度角直流電動(dòng)機(jī)和方位角直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制機(jī)構(gòu)分別對(duì)太陽能電池板的俯仰與水平兩個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整。

2.3 紅外檢測及光線采集模塊

紅外檢測采用雙穩(wěn)態(tài)去抖動(dòng)電路可以消除紅外感應(yīng)開關(guān)繼電器觸點(diǎn)的抖動(dòng)信號(hào)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(duì)外部光線進(jìn)行采樣，將采集到的模擬號(hào)通過AT89C51芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送單片機(jī)進(jìn)行處理

2.4 市電切換模塊

當(dāng)單片機(jī)檢測到蓄電池沒有電時(shí)，這時(shí)單片機(jī)控制繼電器斷開蓄電池供電轉(zhuǎn)而使用市電供電，當(dāng)繼電器的三個(gè)接口中聯(lián)通蓄電池的斷電時(shí)繼電器中的開關(guān)會(huì)自動(dòng)調(diào)換成市電。

2.5蓄電池充放電

當(dāng)系統(tǒng)檢測到環(huán)境光充足，控制器就會(huì)進(jìn)入充電模式。當(dāng)系統(tǒng)檢測到周圍環(huán)境光線不足時(shí)，就會(huì)進(jìn)入蓄電池給LED燈供電模式。

3　軟件設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)追光模塊程序

本模塊是用來采集強(qiáng)弱光強(qiáng)從而實(shí)現(xiàn)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(diào)用庫函數(shù)；

}

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(jìn)而發(fā)送給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)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(jìn)制數(shù)賦值給變量；

P0=temp;

delay(3000);

}

else

P0=0x00;

}

4　結(jié)語

基于單片機(jī)的跟蹤式太陽能路燈控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度跟蹤效果，以單片機(jī)為控制核心，雙極軸太陽軌跡跟蹤和相關(guān)模塊結(jié)合的控制系統(tǒng)將會(huì)具有更好的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]任鵬飛，耿世勇，尹亞楠.基于單片機(jī)的LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(01):2-7.

[2]張曉暉，杜學(xué)東.基于單片機(jī)控制的太陽能LED智能路燈照明系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2003(02):10-24.

[3]楊超，單亮.智能路燈的設(shè)計(jì)與研究[J].雞西大學(xué)學(xué)報(bào)，2008(14):1-2.

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

[5]徐海鵬.雙軸式太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)[D].工程設(shè)計(jì)，2010(07):21.

[6]湯世松，舒志兵.雙軸伺服太陽能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)，2009(02):44-63.

孔祥鵬（1995-）,男,山東煙臺(tái)人，本科，學(xué)生研究方向：通信與信號(hào)處理。

哈爾濱理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2014CX0155）