基于太陽能技術的LED廣告牌系統設計

許世林　房騰博　殷曉潔

【摘 要】針對傳統LED廣告牌的非智能環保的缺陷，本文提出了一種基于單片機的太陽能發電系統可使LED廣告牌智能環保化。本系統主要采用STC89C52作為控制核心，用太陽能電池板來發電，通過Boost、Buck電路轉換得到理想電源為LED供電，同時設計了一個蓄電池充電電路，作為備用電源。最后通過制作具體實物來驗證方案可行性，本系統的實物運行效果達到設計要求，能夠實現智能化的利用無污染綠色能源以達到節能減排的作用。

【關鍵詞】LED廣告牌；太陽能發電；STC89C52；Boost、Buck電路

0 引言

據數據顯示，地球接收的太陽能是地球所需能量總和的3到4倍。太陽能作為一種新型能源，無論是從能源“取之不盡、用之不竭”的角度考慮，還是從清潔無污染的角度來思量，都是人們所渴望得到的能量之源[1]。而在當今社會生活中，太陽能早已廣泛應用于光伏發電、太陽能水泵、太陽熱水器等生活用品中，除此之外，還在通訊、運輸、農業、消費、電子產品等諸多方面也都很有利用價值。

目前太陽能廣告牌還不是很普及，所以設計一個利用太陽能來產生電能的廣告牌很有必要，這個太陽能廣告牌可以用在高速路邊的大廣告牌，也可以用在商店的門前的廣告牌，需要用到廣告牌的都可以做成太陽能廣告牌[2]，這樣可以真正的為節能減排做些實事。當然，廣告牌也不局限于上面那些，像提醒居民小心路滑、路段名稱、安全駕駛等等，如果是安置在校園當中，提醒同學保護環境、愛惜花草、注意衛生等等，這就使得更加人性化。

鑒于現在大多數廣告牌的照明，都是用的市電，這不僅對于用戶是可以免除的一筆費用，對于國家來說也是對資源的一種浪費，制作太陽能廣告牌的意義在于對于這種浪費的一種規避，更加順應國家的節能減排政策[3]，太陽能廣告牌在白天可以吸收太陽中的能量把能量儲存在蓄電池當中，供應廣告牌晚上時照明使用，這樣就可以不使用市電，做到節約資源，環保又節能。

但是，就目前國內對太陽能的應用現狀而言，光伏發電主要應用于較大范圍的國有企業或者國有發電系統，由于其昂貴的銷售價格、較大的占地面積和對天氣等的特殊要求，很少應用于日常生活中[4]，而本文的目的就是將光伏發電系統應用于無人看管且具有一定高度的商店招牌、公路宣傳牌、道路警示牌、企業廣告牌、公交站牌、景點道路指示牌等廣告場所，這樣既可以為廣告牌上的LED、商店內部電器、公交站臺用電裝置以及周圍路燈等用電系統提供充足的電能[5]，又可以充分利用有限的資源空間。

1 LED廣告牌系統硬件電路設計

LED廣告牌系統硬件電路主要分為單片機主控制器、太陽能電池板、Boost和Buck電路等模塊。

系統工作原理：在控制部分通過單片機選擇手動或自動模式、實現光強度顯示、報警提醒。自動模式下系統具有過壓保護、過流保護、電量充滿自動保護和隨光強變化自動開斷廣告牌燈；手動模式下用戶可根據自己的需求選擇充電時間、供電電源和開斷廣告牌燈方式。通過BH1750光強度傳感器檢測光照強度并顯示在液晶屏，一方面，作為人們手動模式選擇廣告牌燈亮的參考，另一方面，在自動模式下通過設置上下限實現智能化控制廣告牌燈，報警信號可提醒人們廣告牌的供電方式。

1.1 單片機主控制器

由于單片機具有控制精度高、易編程和控制、經濟實惠、便于維護等特點，在生活中應用較為廣泛，本設計應用在無人照看的廣告牌供電系統，合理的安排供電時間，單片機STC89C52足夠可以滿足控制廣告牌的供電系統。在成本、外觀等方面都可達到最優選擇，實現對廣告牌的智能節能化效果。

1.2 太陽能電池板工作原理

太陽能電池工作原理是基于半導體p-n結的光生伏特效應。即太陽光或其它光照射半導體p-n結時，就會在p-n結的兩邊出現電壓，叫做光生電壓。太陽能實際上就是一個大面積的半導體二極管群，太陽能與電能之間的轉換關系可以用電阻與二極管等效并聯電路來解釋。

本設計采用了電池轉換效率最高且技術最為成熟的單晶硅太陽能電池板。經過精密的測量計算及實地的調查研究，我們認為把LED廣告牌的傳統供電系統改為太陽能電池板供電是確實可行的。

1.3 Boost和Buck電路設計

本設計采用Boost電路作為5V到12V的升壓電路，安裝于太陽能電池板的輸出端。當繼電器SW1閉合時[6]，經太陽能電池板轉換得到的5V直流電，作為Boost電路的輸入電壓，經其中電感的續流作用和電容的儲能功能，將5V直流電轉換為12V直流電，給AD采用、模擬LED燈等供電。

本設計采用Buck電路作為12V到5V的降壓電路，安裝于單片機主控制器和繼電器SW2之間，主要用于變換直流電壓。

2 結語

本文設計了基于STC89C52單片機的太陽能LED廣告牌控制系統，該系統能夠做到對廣告牌的夜晚照明實現不用市電供應，利用太陽能電池板白天給蓄電池充的電來實現夜晚照明。這樣做符合我國節能減排的政策，在一些領域少用甚至不用市電就是節能減排的一種體現，所以設計這種可以不用市電仍可照明的太陽能廣告牌。

本次設計電路主要分為單片機主控制器、太陽能電池板、Boost和Buck電路等模塊。每個模塊結合在一起構成了一個能夠為廣告牌夜晚供電的系統，單片機STC89C52作為主控制器可以做到在控制部分通過單片機選擇手動或自動模式、實現光強度顯示、報警提醒；自動模式下系統具有過壓保護、過流保護、電量充滿自動保護和隨光強變化自動開斷廣告牌燈；手動模式下用戶可根據自己的需求選擇充電時間、供電電源和開斷廣告牌燈方式。

【參考文獻】

[1]羅承先.太陽能發電的普及與前景[J].中外能源，2010（11）：33-39.

[2]郭政.北京高速傳媒廣告牌資源管理系統的設計與實現[D].山東大學，2014.

[3]黃為一.太陽能發電項目投資問題研究[D].西南交通大學，2013.

[4]鄒楊.改進的BUCK蓄電池充電電路研究[D].大連理工大學，2013.

[5]桂巍.恒流DC-DC變換器在LED驅動電路中的應用研究[D].西南交通大學，2013.

[6]方祖捷，陳高庭，葉青，瞿榮輝.太陽能發電技術的研究進展[J].中國激光，2009（1）：5-14.

[責任編輯：田吉捷]