基于單片機的太陽能路燈照明控制系統設計

楊文杰

（國網烏魯木齊供電公司，新疆烏魯木齊 830011）

基于單片機的太陽能路燈照明控制系統設計

楊文杰

（國網烏魯木齊供電公司，新疆烏魯木齊 830011）

就目前的情況看，太陽能是非常干凈、沒有任何污染、可以持續使用的能源之一，取之不盡，用之不竭。在目前各種化石能源逐漸減少的現在，太陽能資源是替代其他化石資源的重要能源之一。將太陽能作為路燈能源的來源，白天的時候太陽能電池板可以為蓄電池充電，晚上的時候蓄電池可以為路燈提供電能，在建設的過程中，不需要敷設復雜的管線，燈具可以進行任意的調整，并且沒有任何污染，安全環保。基于單片機的太陽能路燈照明系統的工作情況相對穩定，運行效果良好。

單片機；太陽能路燈；照明控制系統

隨著我國城市化發展的不斷加快，城市建設的規模越來越大，路燈是城市建設過程中最基礎的部分，為城市照明以及美化城市的過程中有著非常重要的作用。目前，大部分城市在建設路燈的過程中，都是采用人力進行的，建設成本較高，能源消耗較大，與目前可持續發展的戰略相沖突。一款建設成本較低、節約能源性能較好的路燈控制系統，已經成為城市建設發展過程中必須品。

1 太陽能路燈系統

太陽能路燈控制系統主要是由太陽能電池板、蓄電池、燈具、控制箱、燈桿等組成的。太陽能路燈系統的核心控制系統如圖1所示。

圖1 太陽能路燈系統的核心組成

這樣的太陽能系統是由太陽能電池方陣（含電池的支架）、路燈控制箱（內部設置有蓄電池組、路燈控制器等）、LED路燈照明燈頭、路燈燈桿等幾部分組成的。燈頭主要是使用1W功率的LED白光集成在電路板上，并按照一定間距進行排列的平面發光源。LED技術有21世紀新光源的稱號，是在白熾燈、日光燈、高壓氣體之后的新一代的光源，LED燈具有節能、無污染、使用時間長、沒有頻閃、安全、控制性能良好、直流供電等多種優點。路燈控制箱的箱體主要是采用不銹鋼的材料布置的，既美觀又實用，路燈控制箱內布置的鉛酸蓄電池與相應的充放電控制元件，其中在設計充放電控制器的時候，需要考慮好控制器的功能以及花費的成本，功能上控制器需要具有光控、時間控制、過放保護控制、過充電保護控制以及接反電保護控制等性能，具有良好的性價比。

2 系統硬件電路設計

在對單片機太陽能路燈照明進行控制設計的過程中，主控制器采用AT89C52單片機，主要是經過總線與系統中各模板進行連接。設置系統工作時間，因為時間不同，工作狀態也不相同。采用光敏感電阻器對路燈所處環境的光亮程度進行檢測，并經過轉換芯片將收集的信息進行轉換，之后發送給單片機。單片機對這寫信息進行相應的處理后，再經過繼電器對路燈的工作狀態進行控制。通常情況下，路燈的工作時間分布情況為：每日0時-次日6時是路燈節能的時間，路燈需要處在半電壓的情況下工作；而9時-0時則是處在全電壓的情況下工作，其他的時間需要根據實際環境的光線情況對瀘路燈的亮暗情況進行控制。

2.1 鍵盤電路設計

鍵盤S1，S2，S3分別接在單片機P2.4，P2.5，P2.6上，其中S1設置為模式選擇鍵，主要用來控制數碼管現實的模式（蓄電池的電壓情況、太陽能電池板的電壓、負載工作時間）。S2，S3則分別顯示控制負載工作時間的增減情況，每次的增減時間為15min。

2.2 電源電路模塊設計

太陽能路燈控制系統正常工作的時候電壓為5V，主要采用12V/24V的鉛酸蓄電池進行供電，當蓄電池的電壓不穩定的時候，需要提供相應的電壓進行穩定控制，該系統采用LM7805三端穩壓器，當輸入的電壓在5～24V之間的時候，可以保證輸出的電壓穩定在+5V左右。LM7805三端穩壓器組成穩定的電源只需要少部分的元件，這樣使用更加方便，系統的工作情況更加穩定。

2.3 蓄電池電壓采樣電路設計

在整個太陽能單片機照明系統中，蓄電池是非常重要的設備，白天的時候蓄電池可以將電池板采集的太陽光轉換成電能存儲起來，等到天色暗下去的時候再將其轉換成電能輸送到照明設備上。智能控制系統所使用的電源也是由蓄電池提供的。蓄電池采樣電路主要使用的是V/F轉換器LM331。LM331轉換器是美國NS公司生產的具有高性價比的集成芯片，可以當做精密頻率的電壓轉換器。

LM331使用的是新的溫度補償能隙基準電路，在太陽能單片機照明系統工作的時候，在溫度范圍以內或者是降到4.0V電源電壓的時候都會輸出準確的數據，此外，LM331轉換器的動態范圍相對交寬，可以達到100dB；LM331轉換器的線性非常好，最大的非線性失真低于0.01％，工作狀態下的LM331轉換器工作頻率降到0.1Hz的時候還有非常好的線性；LM331轉換器的變換精度較高，數字分辨率可以高達12位；外接電路也相對簡單，只需要介入幾個外部元件就可以方便轉換器進行電路轉換，并且很容易確保轉換的精度。蓄電池電壓的采樣電路如圖2所示。

圖2 采樣電路

2.4 環境光線檢測模塊

基于單片機的太陽能路燈照明控制系統設計使用的是光敏電阻與ADC0832模擬數字轉換器相結合的方式進行檢測，工作的原理是當照射在光敏電阻上的光線亮度發現變化的時候，光敏電阻的電阻值也會發生變化，光線變強電阻值變小，光線變弱電阻值變大，ADC0832可以將電壓信號轉換為數字信號，發送給單片機，保證單片機可以對環境的明暗程度的信號進行分析并作出相應的處理。

3 系統軟件程序設計

3.1 白天充電子程序

白天太陽能電池板會收集相應的太陽光，轉換器會將其轉換成化學電能儲存起來，單片機可以通過蓄電池對路燈設置充電策略，這樣可以有效地控制電能的使用，有效地提高蓄電池的使用壽命。單片機設置的充電方式有三種：（1）快速充電階段，充電電路的輸出等于路燈使用的電流源。路燈的電流源輸出情況與蓄電池的工作情況有著非常密切的聯系，在整個充電的過程中，輸出的電源流會對整個蓄電池的電壓進行自動監測，如果電壓達到轉換條件的時候，會自動轉換成下一個充電方式；（2）過充階段。這個時候設計的充電電路會對蓄電池設置一個更高的電壓，如果蓄電池的電壓持續達到設置的于要求時2，電路會自行認為蓄電池已經充滿，這時會轉換到浮充階段。（3）浮充階段。該階段主要是對蓄電池設計一個準確的浮充電壓，確保路燈在晚上時可以正常工作。

3.2 夜間放電子程序

夜間放電子程序主要對蓄電池進行放電保護，防止過放。12V系統蓄電池負載切斷電壓是1 111.9V（可調），24V系統切斷電壓是22.823 8V（可調）。夜間放電子程序的另一個主要功能是控制開燈時間。

4 結束語

本文主要AT89C52單片機設計了一個太陽能單片機照明系統，實現了路燈可以按照時間以及光源雙重的控制方式，經過試驗，太陽能AT89C52單片機照明系統工作情況穩定、安全，相較于其他的控制系統更加智能化，可以大幅度的節省電能，降低施工成本，滿足節能的要求。

[1]辛智廣，于春榮，王樹彬.LED路燈智能控制系統設計方案[J].科技傳播，2016，（5）：178.

[2]吳正茂.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.

[3]楊曉光，寇臣銳，汪友華.太陽能LED路燈照明控制系統的設計[J].電氣應用，2009，（28）（3）：28-30.

Design of Solar Street Lighting Control System Based on Single Chip Microcomputer

Yang Wen-jie

On the current situation，solar energy is very clean，there is no pollution，one can continue to use the energy，inexhaustible.At present，a variety of fossil energy is gradually reduced，solar energy resources is an alternative to other fossil resources，one of the important sources of energy.The solar energy as a source of street energy during the day when the solar panels can charge the battery at night when the battery can provide power for the street，in the construction process，do not need to lay a complex pipeline，lamps can be adjusted arbitrarily，And there is no pollution，safety and environmental protection.Based on the single-chip solar street lighting lighting system work is relatively stable，the operation is good.

MCU；solar street light；lighting control system

TM923

A

1003-6490（2016）08-0092-02

2016-08-10

楊文杰（1978—），甘肅武威人，男，工程師，主要從事電力系統自動化及通信的設計運維工作。