基于單片機的太陽能LED路燈的設計

李盧　肖寶　秦港權　蘆瑞東

【摘 要】伴隨著城市道路的高速發展，人們對高新節能光電路燈照明的需求與日俱增，太陽能LED路燈作為典型的綠色照明光源，具有廣闊的應用前景，要結合太陽能資源、氣候條件、控制方式等因素，進行合理的太陽能LED路燈的設計，確保太陽能LED路燈節能、可靠的工作，滿足人們對高性能照明的要求。

【關鍵詞】太陽能；LED；路燈；照明；光源；光伏

隨著傳統能源的不斷消耗，人們對新能源的應用也更加關注，尤其對于可再生、清潔的太陽能更是首當其沖。太陽能路燈作為一種太陽能的應用領域，隨著城建設和交通的發展，日益受到關注，太陽能路燈的燈具采用更加環保節能的白光LED照明燈。本設計中路燈的控制部分采用了以STC12C5410AD單片機為核心，外圍電路包括電壓采集、負載輸出控制、檢測、LED顯示及鍵盤等部分。

1 太陽能路燈系統

太陽能路燈系統屬于獨立的太陽能光伏發電系統，其由太陽能電池板、蓄電池、燈具、控制箱、路燈桿等組成。太陽能路燈系統的核心組成，如圖1所示。

圖1 太陽能路燈系統的核心組成

該系統由太陽能電池方陣（包括電池支架）、路燈控制箱（內有蓄電池組、控制器等）、LED照明燈頭和路燈桿等幾部分組成。燈頭部分采用1W功率的LED白光集成于電路板上排列為一定間距的點陣來作為平面發光源。LED有21世紀新光源之稱，是繼白熾燈、日光燈、高壓氣體燈后的第四代光源，具有節能、光效高、壽命長、無頻閃、直流供電、便于控制、安全、可靠性強等特點。路燈控制箱箱體采用不銹鋼材質，美觀耐用，箱內布置鉛酸蓄電池和相應的充放電控制元件，其中的充放電控制器和核心的設計環節，要考慮功能和成本，功能上具備光控、時控、過放保護、過充保護和反接保護等，實現較好的性價比。

2 太陽能路燈控制器

太陽能控制器是應用于太陽能光伏系統中，協調太陽能電池板、蓄電池、交直流負載的工作，是光伏系統中最重要的組件，維護整個太陽能光伏系統安全、可靠、高效的運作。光伏電源系統的運行參數進行實時高速采集，并按照一定的控制規律由軟件程序對單路或多路光伏電池陣列進行接通和斷開控制。利用光伏效應原理制成的太陽能電池白天接收太陽輻射能并轉化為電能輸出，經過充放電控制器存儲于蓄電池組中，夜晚當光線暗下來后，利用充放電控制器自動檢測光度，控制蓄電池對燈頭放電，為了保護蓄電池，避免過放電，蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器自動動作，進行切換，蓄電池放電結束。此控制器對12V和24V蓄電池能自動識別，可以對蓄電池進行科學管理，還能對蓄電池過壓、欠壓等運行狀態有所指示，且有兩路負載輸出，每路負載的額定電流可達到5A，兩路負載根據實際需要，可隨意設置為分時點亮、同時點亮或單獨定時等多種工作方式，此控制器還可對負載實現短路、過流等保護功能，具有較高的智能化和自動化水平。

3 道路照明的規劃設計

3.1 傾角設計

為了讓太陽能電池在一年中接收到更多的太陽輻射能，提高太陽能的利用率，一定要結合當地的維度，合理設置太陽能電池組件的最佳傾角。

3.2 抗風設計

在太陽能路燈系統設計中，抗風設計是一個需要特別重視的問題，抗風設計主要包括燈桿的抗風設計和電池組件支架的抗風設計兩大塊。

3.3 燈具布置

道路照明設計應根據場所和道路的特點，并結合照明要求，選擇高桿照明方式或常規照明方式。常規照明燈具的布置可分為雙側交錯布置、雙側對稱布置、單側布置、中心對稱布置和橫向懸索布置五種方式，具體選擇哪一種，要結合實際選擇，采用常規照明方式時，應根據道路寬度、橫斷面形式及照明要求進行選擇。[1]

3.4 照明設計

對于現代社會，城市道路建設是城市建設的關鍵，夜晚色彩斑斕、交相輝映的燈光是現代城市經濟發展和文明進步的象征，因此，道路照明與道路建設需同步進行。在規劃設計上，需根據道路寬度和綠化隔離帶情況，采用單排、雙排或單、雙臂照明，選用一定色調、高度、形狀、燈桿的燈具與周圍環境協調配置，使道路照明壯觀、亮麗，真正成為城市亮點和旅游觀光景點。

4 結束語

該太陽能LED路燈的控制器系統，是以STC12C5410AD單片機為核心，達到了對蓄電池及負載運行的有效管理，提高了太陽能電池板的利用率，延長了蓄電池的使用壽命，可以防止因線路問題而造成意外事件的發生，具有成本低廉、設計可靠的特點，具有較高的應用推廣價值。

太陽能路燈操作簡單、設備可靠、使用方便、節能環保，充分體現了太陽能利用的多種優勢，特別適合于偏遠地區、牧區、部分山區使用，在城市及郊區道路、廣場均可配置太陽能路燈，其應用必將受到越來越多的重視。

【參考文獻】

[1]唐瓊，等.LED照明控制系統在道路照明的應用研究[J].中國住宅設施，2013.

[2]賈瑞匣.基于單片機的太陽能LED路燈控制器設計[J].電子測試，2013.

[3]吳正茂，等.基于STC單片機的太陽能LED路燈控制器設計[J].中國科技財富，2012.

[4]張可兒，等.基于單片機的智能太陽能路燈設計[J].電子科技，2014.

[5]謝錫明.城市道路照明相關情況簡介[J].科學咨詢，2012.

[6]沈玉東.江蘇典型縣城光環境及其管理研究[D].蘇州科技學院，2011.

[責任編輯：王楠]