基于单片机的太阳能路灯智能控制系统设计

1、基于单片机的太阳能路灯智能控制系统设计摘要：随着社会经济的快速发展能源消耗不断增加，造成极大的资源浪费。为了应对当前日益严重的能源危机，响应生态文明建设，本小组设计了一种基于单片机控制的太阳能路灯控制系统方案。该系统依靠太阳光为主要能量来源，白天该系统由电池板实现光电转换对蓄电池进行储能，电池负责在夜间为负载供电，该系统具有环保，节能，安全的特点。关键词：太阳能；路灯；智能控制系统；监测引言城市照明是一种生活姿态，也是一种时尚体验。它是城市的一面镜子，代表城市的风格散发城市的魅力。太阳能LED灯具得天独厚，拥有优良的节能效果、人性化的照明控制，吸引了众多客户的眼球，与传统灯具相比，优势突出，堪

2、称性价比之王，对环境要求不高，只要有阳光，太阳能LED灯具就呈现星火燎原的态势。太阳能LED灯具发展前景广阔，节能环保、发光效率高是它的优势所在，传统光源必将被逐步取代。伴随着科技的进步，太阳能LED发光效率不断升高，投入成本不断下降已经是不争的事实。1 智能控制系统运行原理太阳能路灯控制系统在运行的过程中，判定恒流负载输出主要是利用采集太阳能光伏板的电压。一旦系统检测到太阳能板电压较高，且高出蓄电池额定电压的时候，MPPT充电模式就会自动开启，这时STC单片机通过采样到的太阳能板电压和电流值通过变步长的电导增量法计算最大功率点，通过PWM信号的占空比调节太阳能板充电电压大小达到最佳充电功率点

3、。在充电的时候对蓄电池进行实施检测，防止其电压发生过充电现象。太阳能板的电压降低到规定值时，系统则会自动停止冲电，进入分段式恒流负载输出控制模式。此时主要根据不同的太阳能板电压值，通过Boost放电电路控制PWM信号的占空比方式控制负载输出电路输出不同的电流值。2 系统设计2.1系统总体结构在光照情况下,太阳能路灯系统的电池组件会自动手机太阳光的能量,将这些光能转化为电能并进行存储,对蓄电池进行蓄电过程,而在无光照情况下,太阳能路灯系统会自动转为对通过路灯控制处理器对蓄电池进行放电控制,让路灯照明。各部分电路根据其功能不同有着不同的设计实现方法。2.2系统基本组成和功能整个系统的基本组成部分包

4、括灯杆、蓄电池、LED灯头、控制器、太阳电池组件和支架等。其中太阳能电池板和组件要求有一定的工作效率,能够承担整个系统的核心部分的功能,同时也是成本和价值最高的组件。太阳能电池板将太阳的辐射能转化为有用的电能,并将电能传递给蓄电池让其进行贮存。系统的抗风设计是非常有必要的该组件的LED灯是通过蓄电池进行供电的。太阳能控制器主要是用来对蓄电池进行保护,防止过度充放电。蓄电池则主要用于贮存多于电能以备需要时使用。3 详细设计3.1硬件系统设计设计内容：（1）在设计太阳路灯智能控制系统时，硬件方面的设计可采用单片机作为控制系统的核心。单片机属于一种处理器，优点是能耗较低，可将其进行编程以flash的

5、方式存储；（2）选择高密度非易失性存储器，这样才能更好的保证系统的使用性能以及工作效率；（3）太阳能智能控制系统主要的供电能是太阳能，24V的蓄电池电压在稳压之后产生5V的固定电压成为控制主电源，高频电容旁路将高频信号接地；（4）太阳能系统如果出现过度充电、放电现象，为保护蓄电池必须要马上断开电路；（5）在设计太阳能自动跟踪部分的时候“光敏电阻的”设计是主要内容，整个控制工作完全是通过光敏电阻来实现的。根据光线强弱的变化实现自动跟踪，使得太阳光度强弱的变化完全通过数据显示出来；（6）将圆筒阻挡物安置在太阳能接收器上，同时根据实际需将多个光面电阻分别放置在圆筒内外，组成一个传感器，与电池板保持水

6、平放置，一旦电池板发生偏颇，就以此来调整太阳能板的角度。3.2软件系统设计设计软件系统时，KeilC是主要的编制工作。系统时间为每秒一次，比较好系统设定时间与实际时间的差异，二者时间相同的时候，则要通过程序输出的控制信号来控制整个系统的电路元件。4 系统设计方案4.1 电池板、蓄电池的选用太阳能电池板将太阳能变成电能输送到蓄电池中保存起来，为了太阳能转换准确度，本设计中采用单晶硅太阳能电池，为保证能够顺利给蓄电池充电，太阳能电池工作电压最好是蓄电池电压的1.5倍；蓄电池有储存、释放电能的作用。要求蓄电池容量适宜，既能充足的保证夜晚路灯照明，又能延长蓄电池寿命。蓄电池应该和太阳能电池、负载相辅相

7、成连在一起配合工作。4.2 控制器的选用单片机不失为智能化控制芯片比较合理的选择。芯片的不同和电路的不同决定控制器的选择，从三方面进行比较。首先简单并联调节的控制器:由于控制器对蓄电池控制的充放电曲线不够完善，对蓄电池寿命造成破坏，因而只适合在小功率、要求不算很高的场合使用，采用AT89C51的单片机具有低电压、高性能、可反复擦写、兼容性强的特点，能够顺利适用于各种控制场合。5 智能系统测试当太阳能路灯智能控制系统设计完成之后，必须要对其进行功能测试，主要测试方法如下：（1）对太阳光进行跟踪，主要使用光面电阻来完成，这样就能保证即便是在阴雨天太阳能电池板也可蓄满电能；（2）将太阳光控制和时间控

8、制结合在一起，提高系统的抗干扰性，避免由时间控制法造成不必要的麻烦；（3）自动检测外界光源，一旦深夜行人较少的时候，路灯就会自动熄灭，从而达到省电的目的；（4）全面考虑到电池充电的有关问题，设置充放电保护元件，提高电池使用寿命。以上是主要的测试方法以及部位。智能系统测试重点主要放在自动跟踪系统和充放电控制系统两个方面，具体过程如下：5.1自动跟踪模块测试以30min为基本单位，在某个固定位置使用太阳路灯智能控制系统对太阳的高度和光源方位进行跟踪。实施测试之前需要设置好初始位置和初始时间，同时对电机的转动方向、转动速度、转动力量进行实时监测并详细记录，做好系统偏转角与太阳实际角度的对比工作。根据

9、实际测试结果可以看出，使用太阳能路灯智能控制系统可以对太阳光的方向和高度进行精准的跟踪，同时根据实际需要自行调节，测试过程中所有的误差均在规定范围之内。5.2过充过放模块测试在某实验处对2节蓄电池进行外接负载的过充过放模块检测,对蓄电池电压与太阳电池板电压的线性关系进行考量、对蓄电池白天电压进行跟踪和记录、对蓄电池黑夜电压的维持状态进行记录,结果显示本系统中的蓄电池过充过放控制良好,控制正常。5.3网络功能的测试在wifi网络环境下，启动服务器、客户端程序，连接网络，启动路灯控制器。将客户端与服务器连接成功，再将控制器与服务器配对连接:（1）在客户端点按点亮键，相应路灯亮起。（2）启用交通监测功能，当模拟汽车驶过时，该路段路灯点亮。（3）断电，拔下一只路灯灯泡，通电，重启系统客户端，界面提示该路灯出现不亮问题。结语市场上传统照明途径投入成本的发展方向也是如此，但是太阳能LED清洁无污染、节能环保、可再生。几近枯竭、污染严重的传统化石燃料自然无法与之抗衡。可以高效的使用太阳能资源，减少传统能源的应用，保护生态环境，现代路灯照明领域已经越来越离不开太阳能路灯智能控制系统。参考文献1 张雨玲.太阳能路灯智能控制系统设计