淺談智能式LED太陽能路燈控制器的設(shè)計

黃梓龍

（廣東金源照明科技股份有限公司，廣東 潮州 521000）

智能式LED太陽能路燈使用太陽能光伏電池提供電能，而其照明系統(tǒng)由太陽能電池板、控制器等6個板塊構(gòu)成，特殊之處是系統(tǒng)采用了市電互補(bǔ)方式，可以彌補(bǔ)太陽能組件的不足，即供電系統(tǒng)在太陽能發(fā)電不足的情況下自動切換到市電供電，這對LED太陽能路燈的推廣使用有著極其重要的意義。為了實現(xiàn)更好的服務(wù)質(zhì)量，設(shè)計一種專門的控制器是很有必要的。這種特殊的控制器可以根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)充電電壓，通過對重要參數(shù)的采集，進(jìn)入專門的系統(tǒng)進(jìn)行運算決策，這樣就可實現(xiàn)溫度補(bǔ)償修正的精確控制。這種控制器應(yīng)用于路燈領(lǐng)域，不僅有利于減少不必要的投資，還可以達(dá)到很好的節(jié)能減排效果。

眾所周知，太陽能作為一種取之不盡的綠色能源，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，路燈照明領(lǐng)域更是少不了它的參與。而LED燈因其耗能小、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點，走進(jìn)了千家萬戶。兩者因為某些特殊的關(guān)聯(lián)而匹配到一起，既提高了LED燈的使用率，還可以節(jié)省部分資源，因此受到的關(guān)注越來越多。但是由于設(shè)計的特殊性，這種燈顯得極其不穩(wěn)定，如果不采取相應(yīng)的一些措施，不但起不到應(yīng)有的作用，反而還會增加額外的成本，所以設(shè)計專門的智能式LED太陽能路燈控制器是極其迫切的。

1 LED太陽能路燈系統(tǒng)的組成

一般情況下，采用LED太陽能路燈系統(tǒng)，只要白天有陽光，當(dāng)天就能用太陽能發(fā)電同時給蓄電池充電，等到晚上時，蓄電池就可以通過放電將LED燈點亮。而這樣人性化的系統(tǒng)主要是由太陽能電池、路燈控制器、蓄電池、市電供電、電源和LED路燈5部分構(gòu)成。其中，控制器就相當(dāng)于人的大腦，控制著整個路燈系統(tǒng)的活動，例如控制著蓄電池的充電和放電、LED燈的亮滅、市電供電的自動切換等；除此之外，還可以通過對太陽能電壓大小的采集來判斷白天和黑夜。太陽能電池負(fù)責(zé)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，給蓄電池充電；蓄電池儲存電能，以供晚上或陰天時用電等。它們各司其職，互相獨立又緊密配合，精確地完成任務(wù)。

2 路燈控制器設(shè)計要求

根據(jù)LED太陽能路燈系統(tǒng)的特點及特殊的環(huán)境要求，再參考其他控制器的設(shè)計優(yōu)缺點，綜合考慮，對路燈控制器的設(shè)計提出以下幾點技術(shù)要求。

2.1 體積小

這是因為LED太陽能路燈系統(tǒng)安裝的位置有些特殊，需要在小空間內(nèi)安裝。如果路燈控制器體積過大，則不利于日常維護(hù)。

2.2 操作簡單，安裝方便

因為路燈是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵罚菍I(yè)技術(shù)人員就可以自行安裝和維護(hù)，而且在環(huán)境惡劣的情況下也可操作，所以控制器與系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)之間的連接端口要簡單、可靠。

2.3 總成本低

由于LED太陽能路燈不是一項短期工程，所以從長遠(yuǎn)運行的角度來看，即使它的前期耗費較高，通過有效節(jié)能及提高充放電效率等，也可以大大縮減系統(tǒng)總成本。

2.4 穩(wěn)定性高

通常情況下，路燈控制器是安裝在室外的，所以時常會遭遇各種環(huán)境問題的考驗，因此就要求控制器能夠長期而穩(wěn)定地工作，同時也要求電路要有保護(hù)功能。

2.5 壽命長

一個系統(tǒng)的各個組織都應(yīng)有相差不大的壽命，這樣才有利于系統(tǒng)工作。由于太陽能電池板、蓄電池及LED燈等不見得壽命都較長，所以作為系統(tǒng)核心的控制器，其壽命需要與其他配件匹配。

3 路燈控制器的設(shè)計原則

路燈控制器的設(shè)計原則如下：①控制器的基本功能能夠保證系統(tǒng)完成充放電控制，實現(xiàn)精確的LED驅(qū)動功能等，有效延長系統(tǒng)的使用壽命；②控制器的可靠性可以保證系統(tǒng)承受住極端環(huán)境因素的侵襲，避免系統(tǒng)受到損壞，實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行；③控制器的智能性能夠保證系統(tǒng)根據(jù)采集到的各種數(shù)據(jù)來自動調(diào)整運行狀態(tài)，以便實現(xiàn)智能控制及最大程度的節(jié)能；④控制器的人機(jī)功能可以保證實現(xiàn)對系統(tǒng)的全面監(jiān)控等功能。

4 路燈控制器硬件及軟件設(shè)計

4.1 路燈控制器電源輸入部分和輸出部分

路燈控制器的電源輸入部分主要包括4個環(huán)節(jié)，即市電輸入、蓄電池輸入、太陽能電池輸入、充放電及供電切換電路。通過正確的操作，就可以實現(xiàn)太陽能電池對蓄電池的充電控制和放電控制，還可以向一些電路提供電源。而路燈控制器的輸出部分包括短路保護(hù)電路和軟開關(guān)等主要構(gòu)成部分，在處理器的控制下，實現(xiàn)短路保護(hù)、穩(wěn)壓輸出及特殊的通斷服務(wù)等活動。

4.2 路燈控制器數(shù)據(jù)采集顯示控制部分

數(shù)據(jù)采集顯示控制部分主要由控制按鍵、LED顯示電路、溫度采集和均衡電路等構(gòu)成。控制按鍵可以使控制器進(jìn)入測試狀態(tài)，菜單選擇鍵可以選擇特定的工作模式，參數(shù)選擇鍵可以設(shè)置特定模式下的運行參數(shù)。

4.3 處理器部分

處理器在整個系統(tǒng)中相當(dāng)于電腦的應(yīng)用軟件，需要對已收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的分析整理，進(jìn)而作出正確的判斷，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)多種活動的控制，最終實現(xiàn)對蓄電池的充放電控制、對控制器的保護(hù)控制等。例如，當(dāng)太陽能電池?zé)o法正常供電時，市電可以通過特定的切換措施，自動、單獨地給負(fù)載供電，由此減少市電對蓄電池等部件的損害。

4.4 路燈控制器軟件設(shè)計

控制器在完成基本操作后，識別特定的參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)入白天、黑夜的辨別程序，再根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行程序處理。值得注意的是，在這個過程中，可以實現(xiàn)白天和黑夜智能判斷，參與這個環(huán)節(jié)的重要因素是太陽能電池的相關(guān)參數(shù)。除此之外，還可以通過預(yù)留的光敏傳感器的信號來判斷。控制器還具有測試功能，當(dāng)按下測試按鍵后，就會進(jìn)入測試狀態(tài)，中斷服務(wù)程序。

5 結(jié)束語

太陽能技術(shù)的應(yīng)用，為解決世界能源危機(jī)帶來了新的希望，而LED燈與太陽能的完美結(jié)合為人們的照明及節(jié)能減排行動打開了新的探索之門，這將是一個潛力無窮的發(fā)展方向。本文設(shè)計的LED路燈控制器具有多種功能，彌補(bǔ)了之前設(shè)計中的諸多不足，可用于路燈改造，而這將節(jié)省一大筆投資，節(jié)能效果極其顯著。

［1］肖海明，陳立，章小印.智能式LED太陽能路燈控制器的設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（1）：153-156.

［2］李桂玲.智能型太陽能LED路燈控制器的研究［D］.西安：西安石油大學(xué)，2015.

［3］劉金秋，鄭運強(qiáng).大功率LED路燈智能控制器設(shè)計［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2015（8）：91-93.