太陽(yáng)能供電LED路燈控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

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

文章摘要：近年來(lái),，隨著能源短缺,、環(huán)境污染等問(wèn)題的加劇，太陽(yáng)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(diǎn)，日益受到廣泛關(guān)注,。LED太陽(yáng)能光伏照明,，是太陽(yáng)能應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的太陽(yáng)能供電LED路燈控制電路系統(tǒng),。該系統(tǒng)使用AT89C51單片機(jī)作為電路的核心控制器件,，由多晶硅太陽(yáng)能電池、蓄電池,、電源管理電路,、時(shí)鐘電路、光線檢測(cè)電路,、模式切換電路等組成,。該系統(tǒng)可以手動(dòng)控制路燈的開關(guān)，還可以根據(jù)光線的強(qiáng)弱變化自動(dòng)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(diǎn)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能供電,；LED路燈,；AT89C51單片機(jī)；光敏電阻

引言

當(dāng)今世界面臨能源需求成倍增長(zhǎng)問(wèn)題,，能源危機(jī)日益嚴(yán)重,，尋找新能源成為當(dāng)前人類面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。太陽(yáng)能與傳統(tǒng)能源不同,，具有以下獨(dú)特特點(diǎn)：無(wú)枯竭危險(xiǎn),、干凈無(wú)公害、不受資源地區(qū)分布限制,、可在當(dāng)?shù)刂苯邮褂?、且能源質(zhì)量高、獲取時(shí)間短[1],。為了充分利用太陽(yáng)能,，白天可以將多余的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，利用蓄電池將電能儲(chǔ)存起來(lái),，到了晚上或者急需用電時(shí)由蓄電池直接供電[2],。太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域中,，太陽(yáng)能照明占有很大份額和重要地位,，LED太陽(yáng)能路燈則是一個(gè)很有價(jià)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(jī)為控制器,，軟件與硬件互相結(jié)合,，先是把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能經(jīng)過(guò)降壓穩(wěn)壓電路變成4.2V充入蓄電池保存起來(lái)，然后經(jīng)過(guò)升壓電路把電壓升至5V給單片機(jī)控制系統(tǒng)和負(fù)載系統(tǒng)供電,。同時(shí)還具有手動(dòng)/自動(dòng)模式開關(guān)切換功能,，在自動(dòng)模式下通過(guò)光敏電阻檢測(cè)環(huán)境，在環(huán)境光變?nèi)鯐r(shí)自動(dòng)開燈,，環(huán)境光變強(qiáng)時(shí)自動(dòng)關(guān)燈,，而手動(dòng)模式下按下按鈕開燈，再次按下關(guān)燈,，可以很好的對(duì)電路進(jìn)行檢修,。本系統(tǒng)擁有充電指示燈,，可以顯示充電過(guò)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(jì)

系統(tǒng)主電路包含太陽(yáng)能電池,、DC-DC電源管理、蓄電池,、數(shù)據(jù)采集電路,、單片機(jī)控制電路及顯示部分。本設(shè)計(jì)以Atmel系列AT89C51單片機(jī)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(jì)時(shí)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(jī)及其部分功能模塊驅(qū)動(dòng)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(jì)

本系統(tǒng)主要流程圖分為兩個(gè)部分成兩個(gè)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(guò)檢測(cè)光線強(qiáng)弱和電壓高低決定是否進(jìn)行充電,；放電部分則是通過(guò)檢測(cè)光線強(qiáng)弱來(lái)控制路燈的開關(guān)。本控制器以單片機(jī)為核心,。首先完成系統(tǒng)初始化,，包括對(duì)內(nèi)部資源模塊寄存器和對(duì)有關(guān)標(biāo)志位的初始設(shè)置。在白天,，周期性的采集太陽(yáng)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(jìn)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(hù)。

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(jì)是基于AT89C51單片機(jī)的太陽(yáng)能 LED 路燈照明系統(tǒng),，對(duì)太陽(yáng)能控制器進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì),。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了既能手動(dòng)控制路燈工作狀態(tài)，又能根據(jù)環(huán)境自動(dòng)控制路燈工作狀態(tài),，同時(shí)還可以對(duì)充放電過(guò)程進(jìn)行控制,，避免蓄電池出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放現(xiàn)象的功能,。隨著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和技術(shù)開發(fā)的深化,，太陽(yáng)能光伏技術(shù)的效率、性價(jià)比將得到迅速提高,。

參考文獻(xiàn)：

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

＊ [2] 劉宏,吳達(dá)成等.家用太陽(yáng)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(yáng)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.