智能太陽能路燈控制系統的設計

田曉翠

摘要：隨著全球環境的影響，開發清潔能源越來越重要，人們在積極開發新能源的同時也在倡導節能減排的綠色環保技術。而太陽能是一種清潔的可再生能源，它的研究具有很大的價值。

關鍵詞：太陽能;單片機;智能控制器

一、引言

在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發展。太陽能有其獨特的優勢，在任何有光的地方都可以使用，特別適用于住宅、室外照明、工業區、城市道路等地方。本設計采用單片機作為控制器的核心來實現智能化控制的太陽能路燈系統，同時，利用電壓采集模塊采集太陽能電池板電壓，實現光控;結合時鐘模塊確定準確時間，可以確定一年四季，控制器可以根據季節的變化來自動控制燈照明的時間。

二、智能太陽能路燈概述

1、智能太陽能路燈的定義

智能太陽能路燈是在太陽能路燈的基礎上增加了傳感器，通過各種傳感器可以收集來自外界的信息，然后再根據不同情況利用控制器來控制路燈的狀態，從而實現智能化。

2、工作原理

太陽能路燈的工作原理是把太陽能轉化為電能達到照明效果，路燈頂端是太陽能電池板，太陽能光伏組件是由多晶硅組成的，白天這些多晶硅吸收太陽能把太陽能轉化為電能存儲在蓄電池中，在控制系統中，太陽能電池板經過太陽光的照射，把太陽能光從而轉變成電能，白天太陽能電池組件持續向蓄電池組充電，到了晚上，通過太陽能智能控制器，把電能傳送給光源，從而使得太陽能路燈在夜晚達到照明的效果。太陽能電池系統主要由太陽能電池板，控制器，蓄電池，燈照明電路組成。

太陽能電池板其工作原理是將太陽光的輻射轉換成電能，然后儲存在蓄電池中，在天黑的時候，將蓄電池中儲存的能量輸出為照明電路供電。

在太陽能路燈系統中，通過太陽能電池板將輻射能轉化成的電能就儲存在蓄電池中，再由控制器控制使其路燈進行工作。為了延長蓄電池的使用壽命，用控制器來實現蓄電池電壓進行過充過放電。該控制器還加入了光控，時控功能，實現太陽能路燈系統智能化。

三、路燈控制器的硬件設計

智能太陽能路燈系統由電源模塊、控制單元及驅動單元組成，其組成框圖如圖3.1所示。本設計采用AT89C51單片機作為核心控制器，將太陽光采樣并轉換成電來驅動LED 的顯示功能。利用單片機來控制路燈的亮度和照明時間，進而達到節約能源的目的。該系統可以根據天氣自動調節路燈亮度，是一種新型的節能環保裝置。

1、單片機

單片機是整個路燈控制器的智能核心模塊，PLC單片機內部的A/D轉換模塊達不到系統精度要求。所以本系統采用AT89C51，該單片機成本低，功耗低，而且具有高性能CMOS 8位的微處理器和8K字節的系統存儲器。

2、電源電路設計

BT1和C1為單片機以及LED 提供電源，白天有太陽照時，光伏電池產生電能，通過二極管D0將電能儲存進超級電容器C1，D0可以保證超級電容器中的電流不倒流入光伏電池。此時A 點電位上升，三極管Q1基極為高電平，Q1導通，B點電位為低，致使三極管Q2關斷，超級電容器儲存的電能無法送到單片機，單片機無電源，處于未啟動狀態，路燈處于熄滅狀態當夜晚降臨，陽光減少，光伏電池上儲存的電量開始降低，致使A 點電位降低，Q1關斷，超級電容器儲存的電能開始令B 點電位上升，Q2開通，單片機上電，路燈被點亮，整個路燈系統開始運行。

3、光控電路

電路中反向接入光敏二極管，在一定范圍內，反向電流很小且處于飽和狀態。此時，如果無光照射PN結，反向飽和電流保持不變，在光敏二極管中稱為暗電流。當有光照射PN結時，流過PN結的電流隨著光照強度的增加而增加，此時的反向電流稱為光電流。當光敏二極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數都工作在這種狀態。光敏二極管上不加電壓，利用P-N結在受光照時產生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。白天光照使光敏二極管導通，Q1基極為高電位，Q1導通則單片機引腳低電平有效。夜晚光敏二極管截止，Q1也截止，引腳高電平有效。

四、路燈控制器的軟件設計

1、總體軟件設計思想

為了節約能源，本設計分析太陽能路燈在一天內的三種運行狀態：第一階段18：00-20：00，進入黑暗時段，光線逐漸變暗，此時智能太陽能路燈開始工作，由于不是全黑暗，所以此時路燈的亮度不是最亮。第二階段20：00-12：00，光線最暗，此時路燈亮度到達最大。第三階段12：00-5：00，這段時間路面亮度也較低，燈的亮度不是最亮。然后再到第一階段，不斷重復這個過程。

2、單片機算法流程圖

通過整體思路分析，太陽能燈的亮度調節主要靠單片機來實現。其算法如下圖4.1所示：

4.1單片機算法流程圖

當單片機上電時，程序自動運行，當P1輸出高電平時，驅動LED1發光，此時路燈亮為第一階段，經延時2個小時后P2與P3口同時輸出高電平，LED2與LED3也開始發光，路燈亮度級別為第二階段，依次類推直到P1，P2，P3口全部輸出低電平，此時路燈徹底熄滅。

五、結論

本設計給出了智能太陽能路燈系統設計的總體思路，在此基礎上分析了其硬件和軟件部分。分析了系統如何實現太陽能路燈隨著光亮自動調節路燈亮度，從而實現能源有效利用，不浪費。太陽能路燈利用太陽能電池板，白天接收太陽能轉化為電能，通過放電控制器儲存在蓄電池中，晚上照度逐漸降低，充放電控制器檢測出該值進行工作，蓄電池向燈頭放電。

參考文獻：

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[2]張濤，丁光訓.道路照明中用太陽能路燈的探討、2009年、第1期、22-24。

（四川工商學院 四川省成都市 611745）