全自動太陽能路燈設計

李志敏 付芳芳 葉金鑫 安徽理工大學電氣與信息工程學院

引言

在能源危機日益嚴重的今天，人們的環保意識逐漸增強，并開始大量使用可再生能源，如風能、水能、太陽能等。而太陽能發電無需燃料、無污染、壽命長、性能穩定、維護費用低，這使得太陽能發電成為一種性價比極高的發電方式，得到了人們的青睞。

本文設計的照明系統，其蓄電池充電具有保護功能，保證電池不會過充過放，使電路工作安全、穩定。而選用的LED 燈體積小、功耗低、壽命長且環保。在無交流供電、無人值守情況下，此路燈可以長期自動運行，具有價高的實用價值。

1 系統設計方案

1.1 系統總體框架

系統由以下幾部分組成：太陽能電池板、蓄電池充放電控制器、時間控制電路、電量顯示電路、聲音傳感器電路、紅外傳感器電路、LED 驅動電路、LED 負載等。由太陽能電池板和以CN3722 為核心的集成電路構成太陽能電池組件，它在白天采集太陽，并將太陽能轉化為電能存儲到蓄電池中以供夜晚使用；夜晚，蓄電池放電，將白天存儲的電能用于為控制器和光源負載供電。系統結構框圖如圖1 所示。

圖1 系統結構框圖

1.2 器件選擇

太陽能電池板：多晶硅電池的實驗室轉換效率高達20.3%。它不會出現效率衰退的問題，而且成本價低、效率高。經過多方面綜合考慮，選擇多晶硅薄膜太陽能電池作為本系統的太陽能電池板。

1.3 硬件電路設計

1.3.1 蓄電池充電電路

采用CN3722 搭建蓄電池充電電路，D1、D2為充電狀態指示燈。

恒壓充電模式時的電壓記為U1、電池電壓大小記為U，記U1的66.7%為U2。U 大小不同時，充電器的充電模式不同：設定好U2，當U＜U2 時，進入涓流充電模式；U 增大至U＞U2時，充電模式是恒定電流充電，用兩個0.05R 的電阻并聯作為電流檢測電阻，與內部200m V 的基準電壓共同對充電電流進行設置；當U 繼續增大至接近U1時，進入恒定電壓充電模式。充電電流逐漸減小，充電過程一直持續到充電電流減小為0。

由太陽能電池進行供電的好處是，即使輸出功率很小，也能實現對電池的充電；并且，不用擔心會出現對電池過充電的情況，因為BAT 管腳（電池連接端）上的電壓保持恒定，不會過充。

通過100KΩ 和10KΩ 這兩個電阻構成的分壓網絡進行分壓，使MPPT 管腳獲

得最大功率點電壓，在最大功率點跟蹤狀態。實現了太陽能電池最大功率點跟蹤功能。

1.3.2 LED 驅動電路

以芯片SN3350 為核心搭建成LED 驅動集成電路，電路結構如圖2 所示。

SN3350 作為降壓型電感電流連續模式的驅動芯片，輸入電壓范圍是6V-40V，輸出電流最高達到750m A，它的平均工作電流大小取決于外部電阻的大小及分壓情況。

1.3.3 時鐘控制模塊

由STM32F103C8T6 單片機內部的計數器構成本系統的定時器。在程序中設定好4 個小時的時長以及開始計時的時刻。LED 從設定的時間開始自動照明4 小時，時限一到，自動關機。

圖2 LED 驅動電路

1.3.4 聲音控制模塊及紅外控制模塊

聲音傳感器在正常情況下，即沒有聲音信號時，輸出高電平，送至單片機；一旦出現聲音，聲音傳感器輸出低電平，送至單片機。單片機讀到低電平，繼電器工作，使LED 燈亮。由此，達到了聲音控制路燈的亮滅的設計要求。

沒有人經過時，紅外傳感器處于正常情況下，輸出低電平，送單片機。當有人經過時，紅外傳感器感測到此信號，輸出高電平，并送單片機。單片機讀到高電平，繼電器工作，LED 燈亮。紅外傳感器控制路燈照明的方式與聲音控制的目的相同，都是為了使系統工作更加智能、高效、節能。

2 實驗測試

經過多次嚴格測試，設計的全自動太陽能路燈完全實現了聲控、光控、時間控制的功能，達到節約能源的目的。本系統設計的蓄電池充電電路在最大功率點跟蹤方面也有較好的實驗效果。且蓄電池可以自動均衡，不會出現過充過放的情況，使充電、放電都更安全、高效。本系統器件的主要參數是：太陽能電池額定輸出功率為10W，額定工作電壓為18V。LED 路燈數量為10只，每只0.5W。蓄電池的參數為12V10Ah。

系統實物圖如圖3 所示。

3 結論

本系統采用CN3722 及其他部件構成蓄電池充放電電路，能實現太陽能電池最大功率點跟蹤功能，大大提高了充電效率。結合聲控、光控、定時等模塊，使得照明更加智能高效。具有較高的實用價值。