基于路燈二次開發的新能源共享充電樁

楊穎琦　馮凱　劉千瑞　胡建強

摘 要：隨著社會經濟的發展，移動終端成為人們出行必備之物，而在景區、步行街等戶外場所，移動終端存在充電難的問題，同時傳統路燈能源消耗量較大。基于此，本項目擬設計一種以單片機為核心控制器，以太陽能作為供電能源，具有無線充電功能的新型節能路燈系統。該系統包括電源模塊、狀態監控模塊、LED市政路燈、直流無線充電樁模塊和通信模塊。本項目的系統是基于市政路燈的二次開發，可避免單獨占用土地資源，且利用太陽能作為部分電力來源，具有節能、環保的特點。

關鍵詞：共享經濟；單片機；新能源；共享充電；綠色發展

中圖分類號：TM910.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0015-02

Abstract： With the development of social economy， mobile terminals have become the necessary things for people to travel. However， in outdoor places such as scenic spots and pedestrian streets， mobile terminals are difficult to charge， and the energy consumption of traditional street lamps is also large. Based on this， this project plans to design a new energy-saving street lamp system， which uses single-chip microcomputer as the core controller， solar energy as the power supply and wireless charging function. The system includes power module， state monitoring module， LED municipal street lights， DC wireless charging pile module and communication module. The system of this project is based on the secondary development of municipal street lamps， which can avoid occupying the land resources alone， and use solar energy as part of the power source， with the characteristics of energy saving and environmental protection.

Keywords： sharing economy； single chip microcomputer； new energy； shared charging； green development

1 基于路燈二次開發的新能源共享充電系統

本文中的新能源共享充電樁，是以單片機為核心，基于以太陽能、市能為能源的新型節能路燈，搭建的新能源共享充電系統。系統模塊圖如圖1所示。

該系統是基于嵌入式技術，研制一種以單片機為核心的基于路燈二次開發的新能源共享充電樁。系統通過太陽能電池板收集能源，輔以市電作為能源，為路燈供電的同時可對移動設備進行充電。太陽能板收集的能源儲存在蓄電池中，控制器通過對蓄電池電壓的采集，判斷蓄電池電量，蓄電池電量不足時使用市電供電。本系統還集成了無線模塊，實現智能人機交互，用戶將移動終端與系統連接后可實現對充電進行控制，付費等操作。該系統由電源模塊、狀態監控模塊、LED市政路燈、直流無線充電樁和無線通信模塊五個模塊組成。所述電源模塊包含充電樁供電模塊、輔助電源模塊和保護模塊，可提供穩定的電流輸出；所述狀態監控模塊可對路燈狀態、充電樁狀態、無線通信狀態和蓄電池狀態進行監控，為系統的穩定運行提供了可靠的保障；所述LED市政路燈由LED燈、LED驅動模塊和LED控制模塊組成，使用LED燈能夠有效的節約能源；所述直流無線充電樁可為手機、平板電腦等各種移動終端充電，同時提供有線和無線兩種充電方式，方便快捷；所述通信模塊包括了發送模塊和接收模塊，使移動終端能夠和主控芯片進行通信，給予用戶良好的使用體驗。

2 系統硬件設計

本設計是以單片機為核心控制器，并擁有著較為完善的外部應用接口，可利用太陽能作為主要能源輔以市電為LED市政路燈供電并實現移動終端的共享充電。硬件原理圖如圖2所示。

太陽光經轉化效率為30%的太陽能電池板轉化為電能，轉化而來的電能經AD/AD直流輸出穩壓模板穩定輸出6V電壓給蓄電池充電，將太陽能儲存在蓄電池中，當蓄電池內電壓大于蓄電池額定電壓時開啟過充保護模塊。蓄電池經兩路信號與控制器相連，一路經AD/AD直流輸出穩壓模塊穩定輸出3.3V為控制器供能，控制器通過與無線通信模塊的實時信號交互，實現控制蓄電池電壓信號是否放大輸出給無線充電模塊供電；一路經電壓采集模塊將實時采集到的蓄電池電壓轉化為數字信號輸入控制器內，通過電壓判斷蓄電池是否滿足驅動LED市政路燈來控制程控開關，繼而控制路燈驅動模塊，從而使繼電器進行選擇蓄電池還是經整流穩壓的市電為LED市政路燈供電。指示模塊直接與控制器相連，受控制器的實時控制，實現信號燈的亮與滅從而判斷系統的實時狀態。

3 系統軟件結構

系統開機后，先將程序初始化。然后進行蓄電池電壓采集、無線通信信號采集、光強度采集。通過蓄電池電壓采集判斷蓄電池當前電量是否達到上限值，若當前電量未達到上限值，則過充保護模塊關閉，太陽能電池板將光能轉化為電能持續給蓄電池充電，同時通過指示模塊使指示燈1滅。若當前電量達到上限值，則開啟過充保護模塊，太陽能電池板停止給蓄電池充電，同時通過指示模塊使指示燈1亮。

通過無線通信信號采集判斷是否有移動終端信號接入系統，若沒有信號接入，通過指示模塊使指示燈2滅。若有信號接入，通過指示模塊使指示燈2亮，并且通過蓄電池電壓采集判斷蓄電池電量是否滿足充電要求，即蓄電池當前剩余電量是否大于設定下限值，如果當前電量小于下限值，則使用市電作為電源給移動終端充電，并且通過指示模塊使指示燈4滅；如果當前電量大于或等于下限值，則使用蓄電池給移動終端充電并且通過指示模塊使指示燈4亮。

通過光線強度信號采集判斷當前光線強度是否達到設定值，若當前光線強度達到設定值，則關閉路燈或者保持路燈處于熄滅狀態，同時通過指示模塊使指示燈3滅。若當前光強度未到達設定值，則打開路燈或者使路燈保持打開狀態，同時通過指示模塊使指示燈3亮，并且通過蓄電池電壓采集判斷蓄電池當前電量是否大于下限值，如果當前電量小于下限值，則使用市電作為電源給路燈供電，并且通過指示模塊使指示燈4滅；如果當前電量大于或等于下限值，則使用蓄電池給路燈供電，并且通過指示模塊使指示燈4亮。

4 結束語

本設計是基于單片機設計的一個基于路燈二次開發的新能源共享充電系統，在實現照明作用的同時可將多余能源用于共享充電，相較于機場、火車站或一些商圈內的共享充電樁，本設計更清潔環保，且是基于路燈的二次開發，實現一燈多用，不占用額外的空間。從能源角度出發，本設計具有清潔環保的優點；從占地面積的角度出發，本設計是基于路燈的二次開發，不需再占用額外的空間；從市政對公共設施的財政投入角度出發，本設計賺取的費用可用于路燈的維護，具有一定的商業價值。

參考文獻：

[1]葉奇明.無線充電技術在無線傳感器網絡中的應用現狀[J].廣東石油化工學院學報，2015（01）.

[2]陳炳才，么華卓，楊明川，等.一種基于LEACH協議改進的簇間多跳路由協議[J].傳感技術學報，2014（03）.