光伏發電的智能取用電控制系統設計

許亮

(棗莊學院光電工程學院，山東棗莊　277160)

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光伏發電的智能取用電控制系統設計

許亮

(棗莊學院光電工程學院，山東棗莊277160)

本文設計一款智能用電控制系統.利用電壓采集模塊對光伏板的輸出電壓進行采樣，將采樣信號輸入單片機處理，使用電負載在光伏供電與市電網供電間切換；同時單片機根據紅外傳感器和光敏傳感器的傳感信號，控制繼電器的開啟與閉合達到智能照明的效果.

MCU；智能控制；傳感器①

0　引言

隨著科學技術和社會經濟的快速發展，節能減排，低碳環保的理念成為時代的主流，光伏技術及各種智能節能技術隨之得到廣泛的研究和應用.本文設計了一種應用于棗莊學院新近建成的光伏新能源實驗中心的光伏智能用電控制系統.本設計的基本功能為：棗莊學院新能源實驗中心的日常用電從頂樓的光伏發電陣列取電，當陰雨、夜間或其他光伏發電陣列無法正常工作情況時，用電控制系統將自動切換至標準的220V交流市電網取電；同時各用電房間置微型傳感器，當室內光線較好時，照明燈保持熄滅狀態；當光線較暗且屋內有人時，系統控制照明燈點亮.本系統同時也可應用與其他具有光伏供電來源的工作生活建筑群.

1　用電控制系統工作原理及軟件流程

1.1電源切換控制系統

電源切換控制系統的工作原理結合1和2進行說明：電壓采樣模塊對光伏發電系統其中一電池單板輸出電壓端口進行實時的電壓采集，經過放大器將該電壓成比例縮小后送入單片機采樣端口，單片機通過輸出端口在LCD顯示陣列上當前電壓數值，并將該采樣電壓與單片機內燒錄的預編程序中的預設電壓進行比較，若光伏陣列當前采樣電壓低于預設預設電壓值，則輸出端口控制繼電器與光伏系統的線路斷開，單片機切換至市電網電路，轉為市電供電.

1.2智能照明系統

智能照明系統的工作原理結合圖3和圖4進行說明：光線傳感器模塊為內置于教室內的光敏電阻，其在光線較強時導通，單片機輸入端口檢測導通電流后，通過輸出端口保持繼電器斷開，若光線較弱且內置于教室的紅外傳感器感應至人體紅外線時，單片機輸入端口接收信號并通過輸出端口控制繼電器吸合，達到智能點亮的效果[1，2].

圖1　電源切換模塊硬件架構

圖2　電源切換模塊軟件流程圖

圖3　智能照明系統硬件架構

圖4　智能照明系統軟件流程圖

2　主要硬件裝置的電路結構

2.1單片機及電壓放大電路

圖5　單片機及放大電路

如圖5(a)所示，整個系統使用2塊STC12C5A60S2單片機作為電源模塊與燈控模塊作為主控芯片.其中該款單片機輸入端口可接受最高5V的電壓[3]，因此采用圖2-1(b)中LM358放大電路單元為基礎的分壓電路，其將采樣電壓等比例縮小，實際使用中也可根據電池板的輸出電壓值，通過改變放大電路中電阻值形成相應倍數的縮小.

2.2繼電器

本系統采用24VDC/250DC型號的繼電器.圖6(a)、(b)分別為電源切換系統和智能照明系統的驅動電路.其中電源切換控制系統由于需要連接兩路電路，所以常開和常閉端均連接使用，智能照明系統僅需將常開端接入電路即可.

2.3光傳感器及紅外傳感器

光敏傳感器使用普通的光敏電阻即可，如圖7(a)所示，其阻值隨光線強弱而變化，引發與之相連的單片機采樣輸入電路的電壓變化.紅外傳感器采用HP-208款，如圖7(b)所示，其1號引腳為電源信號端，3號引腳為地信號端，2號引腳為采集信號輸出端，若有紅外則輸出高電平約3.3V，否則輸出低電平約0.3V，感應輸出高電平后，若紅外信號消失，將延時8秒到15秒后將高電平變為低電平[4].將上述高、低電平信號接入單片機相應輸入端口即可.

圖6　繼電器

圖7　光傳感器及紅外傳感器

3　結論

模型設計完成之后進行實用性測試，當光伏供電系統電壓不足以達到預設比較電壓時，繼電器由光伏連接跳為市電線路連接；在正常光照條件下，燈保持熄滅，光照的變暗時，當有人在旁邊則測試燈點亮.

[1] 鄭國恒,周瑤,張柯.高校教室燈光節能控制系統的設計[J].照明工程學報，2010,5(2):123-130.

[2] 曲帥帥,王志坤.宿舍智能防盜防火報警系統[J].電子技術,2014,( 9) : 31-32.

[3] 劉傳朋,楊翡.基于STC12C5A60S2單片機頻率計的設計與實現[J].電子技術與軟件工程, 2015,(2):260-261.

[4] 劉傳璽,袁照平.自動檢測技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,2008.33-92.

[責任編輯：閆昕]

Design of An Intelligent Electrical Energy Switch and Control System

XU Liang

(School of Opto-Electronic Engineering，Zaozhuang University，Zaozhuang 277160，China)

This paper introduced an intelligent control system based on STC12C5A60S2 MCU.It can switch from the photovoltaic power supply system to electricity network. what's even more, a light sensor and a infrared sensor are integrated in the system, which can make the LED light turn on automatically when needed.

MCU; intelligent control; sensor

2016-07-23

棗莊學院“光電科學與技術”創新團隊(項目編號：4350308)；棗莊學院教改重點項目(項目編號：1021402).

許亮(1982-)，男，山東棗莊人，棗莊學院光電工程學院助教，理學碩士，主要從事半導體器件及工藝方向的研究.

TP271

A

1004-7077(2016)05-0107-04