太陽能LED路燈智能控制系統的設計

劉玉東

摘 要：太陽能LED燈的發展使照明設備的效率得到了迅速的提升，與傳統的照明燈具相比，具備很多的優勢，運用越來越廣泛。本文分析了太陽能LED燈的智能控制系統的設計原理及設備需要注意的問題。

關鍵詞：太陽能路燈；智能控制系統；設計；LED燈

太陽能路燈的使用可以節約路燈的電纜材料的使用，結合LED的使用可以大大的增加使用壽命，亮度強，減少安全隱患，環保性高，充分利用自然資源進行發電照明，是現在盡力提倡的一種路燈技術。

1 智能控制系統運行原理

太陽能路燈控制系統在運行的過程中，判定恒流負載輸出主要是利用采集太陽能光伏板的電壓。一旦系統檢測到太陽能板電壓較高，且高出蓄電池額定電壓的時候，MPPT充電模式就會自動開啟，這時STC單片機通過采樣到的太陽能板電壓和電流值通過變步長的電導增量法計算最大功率點，通過PWM信號的占空比調節太陽能板充電電壓大小達到最佳充電功率點。在充電的時候對蓄電池進行實施檢測，防止其電壓發生過充電現象。太陽能板的電壓降低到規定值時，系統則會自動停止沖電，進入分段式恒流負載輸出控制模式。此時主要根據不同的太陽能板電壓值，通過Boost放電電路控制PWM信號的占空比方式控制負載輸出電路輸出不同的電流值。

2 太陽能LED系統設計方案

太陽能路燈的系統具備很多優點，和普通的路燈相比更加節能環保，且持久性強，LED燈的特點更加豐富，它通過不同的化合物半導體材料的作用來產生光能，能夠隨著外界光線的強弱來自動控制光源，不管是在什么樣的天氣下，都可以正常的工作，且照明持續時間較長，光照的顏色也可以有多種選擇，太陽能智能控制系統不僅能夠對自身的電壓和充電進行自行判斷，還可以根據太陽光照的方向進行調節，自動選擇功率。

3 智能控制系統設計流程

3.1 系統結構設計

在收集太陽光照能量時，太陽能路燈系統將收集的能由光能轉化成電能，將電能儲存在太陽能蓄電池內，形成蓄電狀態，如果太陽光照比較弱時，太陽能路燈系統會使自身蓄電池所儲存的電能進行發電，使其在各種情況下都能正常工作。

3.2 系統部件功能

太陽能路燈系統的發電結構包括有蓄電池，控制器和LED燈等部分，在太陽能路燈工作的時候，各部分發揮其作用，使太陽能從收集能量到發電照明這一過程正常完成，這不僅要求系統的各部分部件都要有很高的標準，還要保證發電的效率，所以成本消耗很高，在使用電池板等部分時，需要將太陽能的光能收集起來轉化成電能保存到蓄電池中，這要求收集光能的效率和蓄電池的儲存量都要很高，同時，太陽能路燈的抗風系統要有很好的傳導性，能夠將電能傳送到LED部分，使LED獲得電能照明，所以這是很關鍵的一個部分。系統的正常運作對太陽路燈的自我保護裝置有著很高的要求，能夠在蓄電池電壓過高時發揮作用，開啟保護狀態，防止電池的電量過大導致損壞，所以蓄電池的質量要有所保證，能夠儲存足夠多的電能來為以后所用。

3.3 硬件系統設計

設計內容：（1）在設計太陽路燈智能控制系統時，硬件方面的設計可采用單片機作為控制系統的核心。單片機屬于一種處理器，優點是能耗較低，可將其進行編程以flash的方式存儲；（2）選擇高密度非易失性存儲器，這樣才能更好的保證系統的使用性能以及工作效率；（3）太陽能智能控制系統主要的供電能是太陽能，24V的蓄電池電壓在穩壓之后產生5V的固定電壓成為控制主電源，高頻電容旁路將高頻信號接地；（4）太陽能系統如果出現過度充電、放電現象，為保護蓄電池必須要馬上斷開電路；（5）在設計太陽能自動跟蹤部分的時候“光敏電阻的”設計是主要內容，整個控制工作完全是通過光敏電阻來實現的。根據光線強弱的變化實現自動跟蹤，使得太陽光度強弱的變化完全通過數據顯示出來。

3.4 軟件系統設計

設計軟件系統時，KeilC是主要的編制工作。系統時間為每秒一次，比較好系統設定時間與實際時間的差異，二者時間相同的時候，則要通過程序輸出的控制信號來控制整個系統的電路元件。

4 智能系統測試

4.1 自動跟蹤模塊測試

以30min為基本單位，在某個固定位置使用太陽路燈智能控制系統對太陽的高度和光源方位進行跟蹤。實施測試之前需要設置好初始位置和初始時間，同時對電機的轉動方向、轉動速度、轉動力量進行實時監測并詳細記錄，做好系統偏轉角與太陽實際角度的對比工作。根據實際測試結果可以看出，使用太陽能路燈智能控制系統可以對太陽光的方向和高度進行精準的跟蹤，同時根據實際需要自行調節，測試過程中所有的誤差均在規定范圍之內。

4.2 過充過放模塊測試

選定一處位置對蓄電池進行外接負載的過充過放模塊測試。測量并分析太陽電池板電壓與電池電壓的線性關系，同時對白天時候蓄電池的電壓以及黑夜蓄電池電壓的維持狀態等進行實施監測和記錄。測試結果顯示太陽能路燈智能控制系統中蓄電池的充放電功能良好，系統運行控制一切正常。

5 系統需要注意的問題

當出現光控開關不能正常工作的情況時，要注意光敏傳感器加晶體管耦合放大問題，提高LED燈的電壓；采用閃爍的發光方式能夠節約電能，減小輸出電流，增加系統的工作時間，還能夠加強太陽能的燈照效果；當太陽光較弱時可以減少LED燈的接入數量，控制發光的時間，這樣可以節省系統的消耗，增加使用壽命；分壓的進行太陽能燈的控制，根據不同時間不同的照明程度下對電壓的分配采取不同的方式，控制輸出的功率，減少能量的多余消耗。太陽能電池組件在工作時需要整體覆蓋光照，多個太陽能電池共同作用，防止任何一個部分被遮擋導致光照強烈使其他部件發生損壞，要檢查太陽能電池上有沒有掉落的物體，并且傾斜放置最佳。

6 太陽能LED燈的與傳統燈的比較

太陽能LED燈的使用與傳統的節能燈相比沒有發生漏電的風險，蓄電池代替了電線的安裝，LED燈的使用壽命比較長。LED燈排除了傳統燈具含有的汞等物質的存在，對人體沒有危害，也沒有電磁干擾的現象發生，回收可再利用，體現了環保綠色的理念，LED燈的安裝不需要耗費大量的成本，和傳統節能燈具相比要節省工程的費用，由于LED的安裝范圍小且照明強，減少了燈的安裝量。LED燈的設計可以有多種選擇，取代了傳統燈的單一光照顏色，增強了光照的需求多樣性和美觀性。科學家進行估計，在未來的幾年中，太陽能LED燈會逐漸取代傳統的燈具，可以節約電能而通過太陽能的利用來進行發電照明，保護環境，節省自然資源，減少消耗成本，增加照明設備的壽命。

7 總結

太陽能LED燈與傳統路燈相比更加具有優勢，但還需要更多的研究和完善來為生活提供更多便捷，在以后能夠發揮更過優良性能。

參考文獻

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