基于ATmega128L單片機太陽能路燈的設計

熊慧芳

摘要：在全球經濟不斷發展的今天，人們的科技水平和生活質量也有了質的飛躍，人們對能源的需求日趨增長。基于現有太陽能路燈系統的需求，文章設計出了一個基于ATmegal28L單片機太陽能路燈。該路燈主要采用ATmega128L主控芯片和Speic電路，可有效控制照明系統的電流電壓輸出，實現太陽能路燈控制系統的最佳運行。實驗結果表明該控制器運行穩定、可靠性高、性價比高，具有良好的市場前景。

關鍵詞：ATmega128L單片機；太陽能路燈；設計

1引言

近年來，人們開始關注到再生能源，而再生能源在整個能源消耗中也占有較高的使用比例。太陽能是目前較為常見的一種再生能源，符合我國低溫光熱利用范疇，具有一定的構建價值，且與太陽能相關的技術研究也日趨成熟。太陽能路燈就是典型的太陽能光伏發電應用產品，它是以太陽能作為電能供給，用來提供夜間道路照明。因為不需要消耗電網電能、不需要架設輸電線路或挖溝鋪設電纜，不污染環境、安全可靠，因而在公共照明及亮化裝飾領域有著廣闊的前景。本文以單片機設計為基礎，設計出了一種太陽能路燈只能控制系統，該系統可自動控制太陽能路燈的充電時間、點亮時間等功能設定。

2太陽能路燈系統的結構

太陽能路燈系統由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池組、燈具等部分組成、）若需輸出電源為交流220v或110v，還需要配置逆變器、）太陽能路燈系統結構如圖1所示。

太陽能路燈系統是利用太陽能電池的光生伏特效應原理，白天太陽能電池吸收太陽能光子能量產生一定的電動勢，通過控制器對蓄電池進行充電，將光能轉換為電能貯存起來蓄電池充電到一定程度時控制器內的自動保護系統動作，切斷充電電源。到夜晚或路燈周圍光照度較低時，蓄電池通過控制器給照明燈供電。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池、控制器控制著蓄電池的供電，到設定的時間后切斷，保證蓄電池的正常使用，整個系統還具有限荷保護和防需裝置，以保護系統設備的過負載運行及免遭需擊，保證系統設備的安全。

在太陽能路燈系統中，太陽能控制器是整個路燈系統中的核心部件，它控制著整個系統使其合理穩定地運行，它的性能在一定程度上決定了整個路燈系統的性能好壞。控制器的主要功能對蓄電池的充放電進行控制，防止=蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，控制器還應具備溫度補償功能。

3基于ATmega128L單片機太陽能路燈的系統設計

基于ATmega128L單片機太陽能路燈包括太陽能電池、路燈控制器、VRLA蓄電池和LED路燈。其中主控新芯片運用了ATmegal28L單片機微處理器，以便更好的完成路燈系統的正常運行和智能控制。ATmegal28單片機是以AVR RISC結構為基礎的一種低功耗CMOS微處理器。該處理器內的執行時間為單周期指令執行，含有較強的指令集，故其數據吞吐率可達1 MIPS/MHz，可有效減輕系統處理速度和功能耗損方面的矛盾。

如圖2所示，控制器首先經電壓電流對太陽能電池進行采樣檢測，同時將電壓電流輸出，然后主控芯片ATmegal28L在MPPT算法控制下自動對Sepic電路開關器件進行控制，實現IGBT在系統內的通斷，是供電點跟蹤技術發揮最大化的作用，同時也提高了整個照明系統的功率點，提高太陽能路燈照明系統的使用效率。

4基于ATmegal 28L單片機太陽能路燈的詳細設計

4.1硬件設計

4.1.1采樣電路設計

太陽能光伏路燈照明系統內的單片機采樣電路主要依靠太陽能電池和VRLA蓄電池實現，共同采用了其電壓與電流。根據電阻器分壓原理電壓采樣可獲得電壓值采樣，再啟動電壓跟隨器隔離和運算放大器，單片機轉換濾波后的低通濾波器，為保證電流采樣的有效進行，需將較小的電阻串聯在電路負極，通信后可將電路放大，然后進入單片機轉換。

4.1.2Sepic電路設計

speic電路是太陽能光伏路燈照明系統中的直流—直流變換器（DC-DC Converter），處于DC-DC光伏路燈照明系統中，IGBT是Speic電路內的開關器件，其驅動電路型號）足TLP250。相對于傳統的Boost升壓電路和Buck電路而言，Sepic電路的電壓輸出具有較為廣泛的范圍，可用公式表示為：V0=D/1-D×V_i。

4.1.3蓄電池充電電路設計

光伏路燈照明系統的充電電路設計采用VRLA蓄電池，該蓄電池的充電芯片為UC3906，是保證VRLA蓄電池完成最佳充電的關鍵，可滿足系統充電的全部檢測功能和控制功能。基準電壓的精確性是UC3906芯片的重要特征，隨著環境和溫度的變化，基準電壓也會發生相應的變化，且變化規律遵循VRLA蓄電池電壓運作過程中的溫度特性，以確保VRLA蓄電池可在較大溫度差內實現最佳充電狀態。在太陽能路燈照明系統中，VRLA蓄電池的具體充電過程為：接通輸入電KVin后，進行Q2導通，處于恒流充電階段時系統內存在最大工作電流，當VRLA蓄電池端內有95%過充電壓時，系統進入過充電狀態，整個系統的充電電流開始下降，當降至VRLA蓄電池的截止電流時，蓄電池進入浮充轉臺，電平從電壓比較器輸出后，VRLA蓄電池指示燈亮起，表示電量充足。

4.2軟件設計

基于Arrmegal28L微處理器太陽能路燈控制系統采用了GCC編譯環境，采用高級編程語言L設計和模塊化設計思想，具有移植性高的特點。系統內的各個模板參數出入一致，相互關聯，利于整個系統的設計和修改，減少不必要的時間，縮短了程序設計和開發周期。信號采樣模塊、最大功率跟蹤算法模塊、初始化模塊、LED路燈驅動模塊、主程序、VRLA蓄電池充放電模塊是組成系統的六大模塊，具體程序設計圖如圖3所示。

經測試證明，該控制器具有良好的啟動性能，蓄電池的充電過程能夠達到預期的要求。當蓄電池電壓過低時，能夠自動啟動開關管，斷開放電回路實現了蓄電池的過放保護，而且可以針對不同的蓄電池設定參數，進行溫度補償。