太陽能供電LED路燈控制電路系統設計及實現

作者/吳曉蕊、王臨銘，鄭州工業應用技術學院

太陽能供電LED路燈控制電路系統設計及實現

作者/吳曉蕊、王臨銘，鄭州工業應用技術學院

近年來，隨著能源短缺、環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、資源充足性等優點，日益受到廣泛關注。LED太陽能光伏照明，是太陽能應用的一個重要領域。本設計是以單片機為核心的太陽能供電LED路燈控制電路系統。該系統使用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。該系統可以手動控制路燈的開關，還可以根據光線的強弱變化自動控制路燈的開關，具有性能可靠、安全環保、方便快捷等優點。

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、不受資源地區分布限制、可在當地直接使用、且能源質量高、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]。太陽能光伏發電是一種不用燃料、綠色環保獲取電能的技術，因此，在太陽能利用中，光伏發電是發展最快、最具活力的研究領域。在光伏太陽能發電應用領域中，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.系統框架圖

本系統以Atmel公司生產的AT89C51單片機為控制器，軟件與硬件互相結合，先是把太陽能轉換成電能經過降壓穩壓電路變成4.2V充入蓄電池保存起來，然后經過升壓電路把電壓升至5V給單片機控制系統和負載系統供電。同時還具有手動/自動模式開關切換功能，在自動模式下通過光敏電阻檢測環境，在環境光變弱時自動開燈，環境光變強時自動關燈，而手動模式下按下按鈕開燈，再次按下關燈，可以很好的對電路進行檢修。本系統擁有充電指示燈，可以顯示充電過程是否異常。系統的結構圖如圖1所示。

2.系統硬件設計

系統主電路包含太陽能電池、DC-DC電源管理、蓄電池、數據采集電路、單片機控制電路及顯示部分。本設計以Atmel系列AT89C51單片機為控制器的軟件和硬件結合體，所涉及的功能電路較多，因此各部分設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；系統中單片機及其部分功能模塊驅動電路為5V電壓。系統主電路圖如圖2所示。

圖1

3.軟件設計

本系統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。本控制器以單片機為核心。首先完成系統初始化，包括對內部資源模塊寄存器和對有關標志位的初始設置。在白天，周期性的采集太陽能電池和蓄電池的端電壓，系統根據不同的電壓組合狀態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.結論

圖2 系統主電路圖

圖3 程序流程圖

本次設計是基于AT89C51單片機的太陽能 LED 路燈照明系統，對太陽能控制器進行了軟硬件設計。本設計實現了既能手動控制路燈工作狀態，又能根據環境自動控制路燈工作狀態，同時還可以對充放電過程進行控制，避免蓄電池出現過充、過放現象的功能。隨著太陽能產業化進程和技術開發的深化，太陽能光伏技術的效率、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[M].北京:化學工業出版社,2007.

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