太陽能供電LED路燈控制電路系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

作者/吳曉蕊、王臨銘，鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院

太陽能供電LED路燈控制電路系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

作者/吳曉蕊、王臨銘，鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院

近年來，隨著能源短缺、環(huán)境污染等問題的加劇，太陽能作為可再生能源具有清潔性、安全性、資源充足性等優(yōu)點，日益受到廣泛關(guān)注。LED太陽能光伏照明，是太陽能應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。本設(shè)計是以單片機為核心的太陽能供電LED路燈控制電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用AT89C51單片機作為電路的核心控制器件，由多晶硅太陽能電池、蓄電池、電源管理電路、時鐘電路、光線檢測電路、模式切換電路等組成。該系統(tǒng)可以手動控制路燈的開關(guān)，還可以根據(jù)光線的強弱變化自動控制路燈的開關(guān)，具有性能可靠、安全環(huán)保、方便快捷等優(yōu)點。

太陽能供電；LED路燈；AT89C51單片機；光敏電阻

引言

當今世界面臨能源需求成倍增長問題，能源危機日益嚴重，尋找新能源成為當前人類面臨的嚴峻問題。太陽能與傳統(tǒng)能源不同，具有以下獨特特點：無枯竭危險、干凈無公害、不受資源地區(qū)分布限制、可在當?shù)刂苯邮褂谩⑶夷茉促|(zhì)量高、獲取時間短[1]。為了充分利用太陽能，白天可以將多余的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用蓄電池將電能儲存起來，到了晚上或者急需用電時由蓄電池直接供電[2]。太陽能光伏發(fā)電是一種不用燃料、綠色環(huán)保獲取電能的技術(shù)，因此，在太陽能利用中，光伏發(fā)電是發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。在光伏太陽能發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域中，太陽能照明占有很大份額和重要地位，LED太陽能路燈則是一個很有價值的物品[3]。

1.系統(tǒng)框架圖

本系統(tǒng)以Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51單片機為控制器，軟件與硬件互相結(jié)合，先是把太陽能轉(zhuǎn)換成電能經(jīng)過降壓穩(wěn)壓電路變成4.2V充入蓄電池保存起來，然后經(jīng)過升壓電路把電壓升至5V給單片機控制系統(tǒng)和負載系統(tǒng)供電。同時還具有手動/自動模式開關(guān)切換功能，在自動模式下通過光敏電阻檢測環(huán)境，在環(huán)境光變?nèi)鯐r自動開燈，環(huán)境光變強時自動關(guān)燈，而手動模式下按下按鈕開燈，再次按下關(guān)燈，可以很好的對電路進行檢修。本系統(tǒng)擁有充電指示燈，可以顯示充電過程是否異常。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)主電路包含太陽能電池、DC-DC電源管理、蓄電池、數(shù)據(jù)采集電路、單片機控制電路及顯示部分。本設(shè)計以Atmel系列AT89C51單片機為控制器的軟件和硬件結(jié)合體，所涉及的功能電路較多，因此各部分設(shè)計時都有各自的工作電壓。蓄電池作為路燈控制器的電源，夜間工作電壓5V，白天充電電壓為4.2V；系統(tǒng)中單片機及其部分功能模塊驅(qū)動電路為5V電壓。系統(tǒng)主電路圖如圖2所示。

圖1

3.軟件設(shè)計

本系統(tǒng)主要流程圖分為兩個部分成兩個部分：充電部分和放電部分，其主要思路如圖3所示。充電部分主要通過檢測光線強弱和電壓高低決定是否進行充電；放電部分則是通過檢測光線強弱來控制路燈的開關(guān)。本控制器以單片機為核心。首先完成系統(tǒng)初始化，包括對內(nèi)部資源模塊寄存器和對有關(guān)標志位的初始設(shè)置。在白天，周期性的采集太陽能電池和蓄電池的端電壓，系統(tǒng)根據(jù)不同的電壓組合狀態(tài)進入不同的控制流程；在夜間，周期性的采集蓄電池的端電壓及LED燈側(cè)的供電電流，完成路燈的不同功率控制以及蓄電池的放電保護。

4.結(jié)論

圖2 系統(tǒng)主電路圖

圖3 程序流程圖

本次設(shè)計是基于AT89C51單片機的太陽能 LED 路燈照明系統(tǒng)，對太陽能控制器進行了軟硬件設(shè)計。本設(shè)計實現(xiàn)了既能手動控制路燈工作狀態(tài)，又能根據(jù)環(huán)境自動控制路燈工作狀態(tài)，同時還可以對充放電過程進行控制，避免蓄電池出現(xiàn)過充、過放現(xiàn)象的功能。隨著太陽能產(chǎn)業(yè)化進程和技術(shù)開發(fā)的深化，太陽能光伏技術(shù)的效率、性價比將得到迅速提高。

＊ [1] 吳繼杭.太陽能—21世紀的主要能源[J].杭氧科技.2003,(3):33—36.

＊ [2] 劉宏,吳達成等.家用太陽能光伏電源系統(tǒng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

＊ [3] 張立文,張聚偉,田葳等.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù).2010,(3): 55—58.