太阳能供电LED路灯控制电路系统设计及实现作者/吴晓蕊、王临铭，郑州工业应用技术学院 文章摘要：近年来，随着能源短缺、环境污染等问题的加剧，太阳能作为可再生能源具有清洁性、安全性、资源充足性等优点，日益受到广泛关注。LED太阳能光伏照明，是太阳能应用的一个重要领域。本设计是以单片机为核心的太阳能供电LED路灯控制电路系统。该系统使用AT89C51单片机作为电路的核心控制器件，由多晶硅太阳能电池、蓄电池、电源管理电路、时钟电路、光线检测电路、模式切换电路等组成。该系统可以手动控制路灯的开关，还可以根据光线的强弱变化自动控制路灯的开关，具有性能可靠、安全环保、方便快捷等优点。 关键词：太阳能供电；LED路灯；AT89C51单片机；光敏电阻 引言当今世界面临能源需求成倍增长问题，能源危机日益严重，寻找新能源成为当前人类面临的严峻问题。太阳能与传统能源不同，具有以下独特特点：无枯竭危险、干净无公害、不受资源地区分布限制、可在当地直接使用、且能源质量高、获取时间短[1]。为了充分利用太阳能，白天可以将多余的太阳能转化为电能，利用蓄电池将电能储存起来，到了晚上或者急需用电时由蓄电池直接供电[2]。太阳能光伏发电是一种不用燃料、绿色环保获取电能的技术，因此，在太阳能利用中，光伏发电是发展最快、最具活力的研究领域。在光伏太阳能发电应用领域中，太阳能照明占有很大份额和重要地位，LED太阳能路灯则是一个很有价值的物品[3]。 1.系统框架图本系统以Atmel公司生产的AT89C51单片机为控制器，软件与硬件互相结合，先是把太阳能转换成电能经过降压稳压电路变成4.2V充入蓄电池保存起来，然后经过升压电路把电压升至5V给单片机控制系统和负载系统供电。同时还具有手动/自动模式开关切换功能，在自动模式下通过光敏电阻检测环境，在环境光变弱时自动开灯，环境光变强时自动关灯，而手动模式下按下按钮开灯，再次按下关灯，可以很好的对电路进行检修。本系统拥有充电指示灯，可以显示充电过程是否异常。系统的结构图如图1所示。 2.系统硬件设计系统主电路包含太阳能电池、DC-DC电源管理、蓄电池、数据采集电路、单片机控制电路及显示部分。本设计以Atmel系列AT89C51单片机为控制器的软件和硬件结合体，所涉及的功能电路较多，因此各部分设计时都有各自的工作电压。蓄电池作为路灯控制器的电源，夜间工作电压5V，白天充电电压为4.2V；系统中单片机及其部分功能模块驱动电路为5V电压。系统主电路图如图2所示。  图1 3.软件设计本系统主要流程图分为两个部分成两个部分：充电部分和放电部分，其主要思路如图3所示。充电部分主要通过检测光线强弱和电压高低决定是否进行充电；放电部分则是通过检测光线强弱来控制路灯的开关。本控制器以单片机为核心。首先完成系统初始化，包括对内部资源模块寄存器和对有关标志位的初始设置。在白天，周期性的采集太阳能电池和蓄电池的端电压，系统根据不同的电压组合状态进入不同的控制流程；在夜间，周期性的采集蓄电池的端电压及LED灯侧的供电电流，完成路灯的不同功率控制以及蓄电池的放电保护。 4.结论 图2 系统主电路图  图3 程序流程图 本次设计是基于AT89C51单片机的太阳能 LED 路灯照明系统，对太阳能控制器进行了软硬件设计。本设计实现了既能手动控制路灯工作状态，又能根据环境自动控制路灯工作状态，同时还可以对充放电过程进行控制，避免蓄电池出现过充、过放现象的功能。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，太阳能光伏技术的效率、性价比将得到迅速提高。 参考文献： ＊ [1] 吴继杭.太阳能—21世纪的主要能源[J].杭氧科技.2003,(3):33—36. ＊ [2] 刘宏,吴达成等.家用太阳能光伏电源系统[M].北京:化学工业出版社,2007. ＊ [3] 张立文,张聚伟,田葳等.太阳能光伏发电技术及其应用[J].应用能源技术.2010,(3): 55—58. |
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