基于太陽(yáng)能技術(shù)的LED廣告牌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許世林　房騰博　殷曉潔

【摘 要】針對(duì)傳統(tǒng)LED廣告牌的非智能環(huán)保的缺陷，本文提出了一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)可使LED廣告牌智能環(huán)保化。本系統(tǒng)主要采用STC89C52作為控制核心，用太陽(yáng)能電池板來(lái)發(fā)電，通過(guò)Boost、Buck電路轉(zhuǎn)換得到理想電源為L(zhǎng)ED供電，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)蓄電池充電電路，作為備用電源。最后通過(guò)制作具體實(shí)物來(lái)驗(yàn)證方案可行性，本系統(tǒng)的實(shí)物運(yùn)行效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的利用無(wú)污染綠色能源以達(dá)到節(jié)能減排的作用。

【關(guān)鍵詞】LED廣告牌；太陽(yáng)能發(fā)電；STC89C52；Boost、Buck電路

0 引言

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，地球接收的太陽(yáng)能是地球所需能量總和的3到4倍。太陽(yáng)能作為一種新型能源，無(wú)論是從能源“取之不盡、用之不竭”的角度考慮，還是從清潔無(wú)污染的角度來(lái)思量，都是人們所渴望得到的能量之源[1]。而在當(dāng)今社會(huì)生活中，太陽(yáng)能早已廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電、太陽(yáng)能水泵、太陽(yáng)熱水器等生活用品中，除此之外，還在通訊、運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、消費(fèi)、電子產(chǎn)品等諸多方面也都很有利用價(jià)值。

目前太陽(yáng)能廣告牌還不是很普及，所以設(shè)計(jì)一個(gè)利用太陽(yáng)能來(lái)產(chǎn)生電能的廣告牌很有必要，這個(gè)太陽(yáng)能廣告牌可以用在高速路邊的大廣告牌，也可以用在商店的門(mén)前的廣告牌，需要用到廣告牌的都可以做成太陽(yáng)能廣告牌[2]，這樣可以真正的為節(jié)能減排做些實(shí)事。當(dāng)然，廣告牌也不局限于上面那些，像提醒居民小心路滑、路段名稱(chēng)、安全駕駛等等，如果是安置在校園當(dāng)中，提醒同學(xué)保護(hù)環(huán)境、愛(ài)惜花草、注意衛(wèi)生等等，這就使得更加人性化。

鑒于現(xiàn)在大多數(shù)廣告牌的照明，都是用的市電，這不僅對(duì)于用戶(hù)是可以免除的一筆費(fèi)用，對(duì)于國(guó)家來(lái)說(shuō)也是對(duì)資源的一種浪費(fèi)，制作太陽(yáng)能廣告牌的意義在于對(duì)于這種浪費(fèi)的一種規(guī)避，更加順應(yīng)國(guó)家的節(jié)能減排政策[3]，太陽(yáng)能廣告牌在白天可以吸收太陽(yáng)中的能量把能量?jī)?chǔ)存在蓄電池當(dāng)中，供應(yīng)廣告牌晚上時(shí)照明使用，這樣就可以不使用市電，做到節(jié)約資源，環(huán)保又節(jié)能。

但是，就目前國(guó)內(nèi)對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用現(xiàn)狀而言，光伏發(fā)電主要應(yīng)用于較大范圍的國(guó)有企業(yè)或者國(guó)有發(fā)電系統(tǒng)，由于其昂貴的銷(xiāo)售價(jià)格、較大的占地面積和對(duì)天氣等的特殊要求，很少應(yīng)用于日常生活中[4]，而本文的目的就是將光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于無(wú)人看管且具有一定高度的商店招牌、公路宣傳牌、道路警示牌、企業(yè)廣告牌、公交站牌、景點(diǎn)道路指示牌等廣告場(chǎng)所，這樣既可以為廣告牌上的LED、商店內(nèi)部電器、公交站臺(tái)用電裝置以及周?chē)窡舻扔秒娤到y(tǒng)提供充足的電能[5]，又可以充分利用有限的資源空間。

1 LED廣告牌系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

LED廣告牌系統(tǒng)硬件電路主要分為單片機(jī)主控制器、太陽(yáng)能電池板、Boost和Buck電路等模塊。

系統(tǒng)工作原理：在控制部分通過(guò)單片機(jī)選擇手動(dòng)或自動(dòng)模式、實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度顯示、報(bào)警提醒。自動(dòng)模式下系統(tǒng)具有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、電量充滿自動(dòng)保護(hù)和隨光強(qiáng)變化自動(dòng)開(kāi)斷廣告牌燈；手動(dòng)模式下用戶(hù)可根據(jù)自己的需求選擇充電時(shí)間、供電電源和開(kāi)斷廣告牌燈方式。通過(guò)BH1750光強(qiáng)度傳感器檢測(cè)光照強(qiáng)度并顯示在液晶屏，一方面，作為人們手動(dòng)模式選擇廣告牌燈亮的參考，另一方面，在自動(dòng)模式下通過(guò)設(shè)置上下限實(shí)現(xiàn)智能化控制廣告牌燈，報(bào)警信號(hào)可提醒人們廣告牌的供電方式。

1.1 單片機(jī)主控制器

由于單片機(jī)具有控制精度高、易編程和控制、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、便于維護(hù)等特點(diǎn)，在生活中應(yīng)用較為廣泛，本設(shè)計(jì)應(yīng)用在無(wú)人照看的廣告牌供電系統(tǒng)，合理的安排供電時(shí)間，單片機(jī)STC89C52足夠可以滿足控制廣告牌的供電系統(tǒng)。在成本、外觀等方面都可達(dá)到最優(yōu)選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)廣告牌的智能節(jié)能化效果。

1.2 太陽(yáng)能電池板工作原理

太陽(yáng)能電池工作原理是基于半導(dǎo)體p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。即太陽(yáng)光或其它光照射半導(dǎo)體p-n結(jié)時(shí)，就會(huì)在p-n結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。太陽(yáng)能實(shí)際上就是一個(gè)大面積的半導(dǎo)體二極管群，太陽(yáng)能與電能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以用電阻與二極管等效并聯(lián)電路來(lái)解釋。

本設(shè)計(jì)采用了電池轉(zhuǎn)換效率最高且技術(shù)最為成熟的單晶硅太陽(yáng)能電池板。經(jīng)過(guò)精密的測(cè)量計(jì)算及實(shí)地的調(diào)查研究，我們認(rèn)為把LED廣告牌的傳統(tǒng)供電系統(tǒng)改為太陽(yáng)能電池板供電是確實(shí)可行的。

1.3 Boost和Buck電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用Boost電路作為5V到12V的升壓電路，安裝于太陽(yáng)能電池板的輸出端。當(dāng)繼電器SW1閉合時(shí)[6]，經(jīng)太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換得到的5V直流電，作為Boost電路的輸入電壓，經(jīng)其中電感的續(xù)流作用和電容的儲(chǔ)能功能，將5V直流電轉(zhuǎn)換為12V直流電，給AD采用、模擬LED燈等供電。

本設(shè)計(jì)采用Buck電路作為12V到5V的降壓電路，安裝于單片機(jī)主控制器和繼電器SW2之間，主要用于變換直流電壓。

2 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的太陽(yáng)能LED廣告牌控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠做到對(duì)廣告牌的夜晚照明實(shí)現(xiàn)不用市電供應(yīng)，利用太陽(yáng)能電池板白天給蓄電池充的電來(lái)實(shí)現(xiàn)夜晚照明。這樣做符合我國(guó)節(jié)能減排的政策，在一些領(lǐng)域少用甚至不用市電就是節(jié)能減排的一種體現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)這種可以不用市電仍可照明的太陽(yáng)能廣告牌。

本次設(shè)計(jì)電路主要分為單片機(jī)主控制器、太陽(yáng)能電池板、Boost和Buck電路等模塊。每個(gè)模塊結(jié)合在一起構(gòu)成了一個(gè)能夠?yàn)閺V告牌夜晚供電的系統(tǒng)，單片機(jī)STC89C52作為主控制器可以做到在控制部分通過(guò)單片機(jī)選擇手動(dòng)或自動(dòng)模式、實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度顯示、報(bào)警提醒；自動(dòng)模式下系統(tǒng)具有過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、電量充滿自動(dòng)保護(hù)和隨光強(qiáng)變化自動(dòng)開(kāi)斷廣告牌燈；手動(dòng)模式下用戶(hù)可根據(jù)自己的需求選擇充電時(shí)間、供電電源和開(kāi)斷廣告牌燈方式。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅承先.太陽(yáng)能發(fā)電的普及與前景[J].中外能源，2010（11）：33-39.

[2]郭政.北京高速傳媒廣告牌資源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東大學(xué)，2014.

[3]黃為一.太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目投資問(wèn)題研究[D].西南交通大學(xué)，2013.

[4]鄒楊.改進(jìn)的BUCK蓄電池充電電路研究[D].大連理工大學(xué)，2013.

[5]桂巍.恒流DC-DC變換器在LED驅(qū)動(dòng)電路中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2013.

[6]方祖捷，陳高庭，葉青，瞿榮輝.太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)激光，2009（1）：5-14.

[責(zé)任編輯：田吉捷]