太陽能物聯網路燈控制器系統的設計

劉 洋，周 進

（南京普天大唐信息電子有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

太陽能路燈因其節約能源、安裝方便、維護簡單等優勢被大量應用。伴隨著智能城市概念的推廣，太陽能路燈領域也正在進行技術升級。物聯網太陽能控制器相較于普通太陽能控制器可以減少管理人員日常巡燈，可以依據天氣調整照明亮度，可以實時獲知運行參數。太陽能物聯網控制器可以檢測太陽能板和蓄電池的電壓，通過數據分析把各個部件的運行情況上報至后臺。管理人員依據后臺數據可以精準維修有故障的控制器。

1 系統組成和工作原理

系統包含兩塊主板，一塊主板為傳統的太陽能控制器，另一個為通信主板。兩塊主板上的核心主控芯片均為stm32f030c8t6。通信主板上采用中移物聯的ML302模塊，負責太陽能控制的主板的主要電路有BUCK和BOOST，兩塊主板之間通過串口通信線連接。

太陽能物聯網控制器協調太陽能板、蓄電池及LED負載的工作，是光伏系統重要的組成部件，如圖1所示[1]。運行過程中，太陽能物聯網控制器采集系統運行參數，并將采集數據通過通信主板向后臺發送。當管理人員需要操控光伏系統時，可以通過后臺向太陽能物聯網控制器發送控制指令，而控制器在得到指令后執行相應的操作。

圖1 系統框圖

系統中有指示燈，可以依據指示燈判斷系統的運行狀態。當遇到陰雨天氣時，后臺可以向太陽能物聯網控制器發送節能命令。太陽能物聯網控制器收到節能命令后，整個光伏系統會工作在節能模式下，從而更加高效地使用能源。

2 硬件設計

系統包含兩塊主板。太陽能控制器主板上有MCU、PWM充電電路、BOOST放電電路、充電檢測電路、LDO、以及外部通信電路等。通信主板上有MCU、DC-DC、LDO、電平轉化、開關電路以及通信模組等。其中，充電電路如圖2所示，充電電流檢測電路如圖3所示。

3 軟件設計簡述

太陽能控制器主板上面的軟件主要由初始模塊、空閑模塊、充電模塊、放電模塊、公用模塊、中斷模塊和學習模塊7個部分構成，如圖4所示。學習模塊主要是獲取控制器運行的一些基本參數，空閑模塊運行的條件是控制器既不滿足放電也不滿足充電，充電模塊運行的條件是太陽板電壓高于電池電壓，放電模塊運行的條件是太陽板電壓低于開燈電壓，中斷模塊則主要處理一些需要實時處理的數據以及實現相關的通信功能[2]。

太陽能控制器主板上主程序的主要邏輯是上電后進行系統初始化。根據當前的控制器狀態或指令，執行空閑、放電、充電以及休眠等函數。設計每天復位2次，復位前寫入或清除欠壓字與測試字。充電后復位1次，放電后復位1次，防止控制器進入異常工作狀態，確保控制器穩定運行。

圖2 充電電路

圖3 充電電流檢測電路

圖4 通信主板軟件框架圖

太陽能控制器主板上空閑程序的主要邏輯是初始上電或復位后進入空閑狀態，檢測電池電壓與太陽板電壓，判斷控制器是否滿足充電或放電狀態，滿足任意一種狀態則退出空閑狀態并執行相應程序。

太陽能控制器主板上學習程序的主要邏輯是控制器在生產階段內部EEPROM數據為空，沒有型號、配置參數等信息，在學習階段需將型號與配置參數等信息配置完成。不同的控制器在硬件上會存在差異，同時電流或電壓的采樣可能會與理論值存在一定的偏差。為了避免存在電壓或放電電流與實際值存在較大偏差，獲取與保存電壓與放電電流的基準值，同時清除故障次數、欠壓字、欠壓次數地址等數據。

通信主板上面的軟件主要有定時查詢模塊、定時上報模塊、異常處理模塊、指示燈模塊和計時模塊。定時查詢模塊每30 s向控制器發送一次狀態查詢指令，定時上報模塊依設定時間按時上報狀態參數給后臺。異常處理模塊是聯網失敗或者模組狀態未知進行關機處理。指示燈模塊用來表示模組處于何種狀態。計時模塊根據從服務器獲取的時間進行計時，同時針對定時查詢參數、上報參數、心跳等動作進行計時。

通信主板上主程序的主要邏輯是上電后模組進行聯網，模組正常聯網后處理輸入及輸出緩沖池內容。模組異常情況下，計時20 min復位重啟。

4 結 論

本系統實現了太陽能物聯網控制器，傳統的太陽能控制器與物聯網的結合使太陽能系統可以更加高效和節能，太陽能物聯網系統可以有效減少管理人員的巡查工作。