淺析太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳志剛

摘 要：筆者依托綠色的“太陽(yáng)能”能源，對(duì)太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，對(duì)其軟硬件組成進(jìn)行闡述，并進(jìn)行了必要的測(cè)試過(guò)程。首先太陽(yáng)能板通過(guò)光敏電阻進(jìn)行太陽(yáng)光的跟蹤，從而保證陰雨天系統(tǒng)也能在短日照的情況下將蓄電池充滿；其次將時(shí)控和光控的方法相結(jié)合，一方面減少時(shí)控法的頻繁改變時(shí)間設(shè)置；另一方面提升光控法的抗干擾能力；再次，在省電目的的驅(qū)使下，當(dāng)檢測(cè)到深夜行人較少時(shí)會(huì)對(duì)路燈進(jìn)行特定時(shí)間的自動(dòng)熄滅，對(duì)行人較多的時(shí)間設(shè)置路燈的自動(dòng)開啟；最后對(duì)電池的充電問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)過(guò)充過(guò)放電的保護(hù)來(lái)提升電池的使用壽命。通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)光自動(dòng)跟蹤方面的低誤差，且蓄電池的充放電情況也能夠滿足相應(yīng)的要求，有一定的研究和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 路燈 智能控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0071-01

太陽(yáng)能作為近些年越來(lái)越凸顯的綠色能源，在環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越凸顯的今天，正在更多的受到人們的關(guān)注和研究。尤其是在近些年，隨著能源的逐漸緊缺和環(huán)境問(wèn)題的影響日趨嚴(yán)重，人們開始將目光投向節(jié)能領(lǐng)域和可再生能源方面。太陽(yáng)能是目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并且能夠很好掌控的一種“可再生”能源，其“取之不盡用之不竭”的特點(diǎn)讓人們非常喜愛。路燈系統(tǒng)是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚闹匾到y(tǒng)，但同時(shí)也是常見的能源消耗點(diǎn)。太陽(yáng)能路燈一定程度上具有了LED固態(tài)照明和太陽(yáng)能光伏發(fā)電兩種技術(shù)的精髓，將光源和能源進(jìn)行了整合，相對(duì)于傳統(tǒng)的照明工具來(lái)說(shuō)，不僅省去了電纜的鋪設(shè)和配電線路的預(yù)處理，而且也不需要投入人力對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，只需要一次性的投入便可以獲得低維護(hù)成本和高長(zhǎng)效收益的不錯(cuò)效果，并且不存在對(duì)環(huán)境的威脅，因此，對(duì)太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)的研究具有重要的意義。

1 設(shè)計(jì)方案

通過(guò)將LED路燈與其他傳統(tǒng)路燈的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，能夠找到太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的特性，從而得到實(shí)際中需要實(shí)現(xiàn)的功能，如：燈的亮度隨著光線的強(qiáng)弱而變化，極強(qiáng)和極弱時(shí)自動(dòng)關(guān)閉和開啟；在陰雨天三天以內(nèi)保證路等正常照明；蓄電池容量和充放電狀態(tài)等能夠控制；對(duì)太陽(yáng)角度進(jìn)行自動(dòng)跟蹤；對(duì)電池板功率進(jìn)行計(jì)算并選用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在光照情況下，太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的電池組件會(huì)自動(dòng)手機(jī)太陽(yáng)光的能量，將這些光能轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)蓄電池進(jìn)行蓄電過(guò)程，而在無(wú)光照情況下，太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為對(duì)通過(guò)路燈控制處理器對(duì)蓄電池進(jìn)行放電控制，讓路燈照明。各部分電路根據(jù)其功能不同有著不同的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。具體系統(tǒng)圖（如圖1）。

2.2 系統(tǒng)基本組成和功能

整個(gè)系統(tǒng)的基本組成部分包括燈桿、蓄電池、LED燈頭、控制器、太陽(yáng)電池組件和支架等。其中太陽(yáng)能電池板和組件要求有一定的工作效率，能夠承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的核心部分的功能，同時(shí)也是成本和價(jià)值最高的組件。太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)化為有用的電能，并將電能傳遞給蓄電池讓其進(jìn)行貯存。系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)是非常有必要的，該組件的LED燈是通過(guò)蓄電池進(jìn)行供電的。太陽(yáng)能控制器主要是用來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)，防止過(guò)度充放電。蓄電池則主要用于貯存多于電能以備需要時(shí)使用。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能智能路燈系統(tǒng)可以采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，單片機(jī)是一種低能耗的處理器，可在系統(tǒng)中編程flash存儲(chǔ)。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器能夠很大程度上提升系統(tǒng)的工作效率。系統(tǒng)通過(guò)太陽(yáng)能進(jìn)行供電，24 V的蓄電池電壓在穩(wěn)壓之后產(chǎn)生5 V的固定電壓成為控制主電源，高頻電容旁路將高頻信號(hào)接地。系統(tǒng)如出于過(guò)充、過(guò)放狀態(tài)則立即斷開電路，以保護(hù)蓄電池。太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤模塊的控制通過(guò)光敏電阻來(lái)完成，在光強(qiáng)比較控制方式下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，使數(shù)據(jù)采集部分能夠及時(shí)地反應(yīng)出太陽(yáng)光線較小或較大的變化。在太陽(yáng)能接收器上面設(shè)置阻擋物圓筒，在圓筒內(nèi)外多個(gè)方向上分別放置光敏電阻，從而構(gòu)成一個(gè)與電池板在同一平面的傳感器，用來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能板的角度。

3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要采用KeilC進(jìn)行編制，通過(guò)程序?qū)⒃O(shè)定的時(shí)間與系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行比較，設(shè)定比較的間隔為1秒一次，當(dāng)時(shí)間相同時(shí)，通過(guò)程序輸出控制信號(hào)，來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的充放電控制和自動(dòng)跟蹤兩個(gè)功能進(jìn)行了測(cè)試，過(guò)程如以下兩點(diǎn)。

4.1 過(guò)充過(guò)放模塊測(cè)試

在某實(shí)驗(yàn)處對(duì)2節(jié)蓄電池進(jìn)行外接負(fù)載的過(guò)充過(guò)放模塊檢測(cè)，對(duì)蓄電池電壓與太陽(yáng)電池板電壓的線性關(guān)系進(jìn)行考量、對(duì)蓄電池白天電壓進(jìn)行跟蹤和記錄、對(duì)蓄電池黑夜電壓的維持狀態(tài)進(jìn)行記錄，結(jié)果顯示本系統(tǒng)中的蓄電池過(guò)充過(guò)放控制良好，控制正常。

4.2 自動(dòng)跟蹤模塊測(cè)試

在某市固定位置以半小時(shí)為單位讓系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)的方位和高度進(jìn)行跟蹤。在測(cè)試前設(shè)定初始時(shí)間和初始位置、步進(jìn)電機(jī)以1度的最小轉(zhuǎn)動(dòng)遞增量變化轉(zhuǎn)動(dòng)方向、每次電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)均進(jìn)行記錄、將系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)角與太陽(yáng)實(shí)際角度進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)能夠較為精準(zhǔn)的對(duì)太陽(yáng)光高度和方向進(jìn)行跟蹤，并進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)，誤差的出現(xiàn)在允許范圍之內(nèi)。

5 結(jié)論

本文中，筆者通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能路燈只能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)在精確度和實(shí)用性方面能夠滿足要求，出現(xiàn)的誤差在允許范圍之內(nèi)；在時(shí)控和光控方法的結(jié)合下，對(duì)兩方法的弊端都能夠產(chǎn)生較好的規(guī)避效果，從而實(shí)現(xiàn)了智能控制；在蓄電池充放電策略方面，簡(jiǎn)單的計(jì)算和運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)電池壽命的最大化，具有很高的參考價(jià)值。

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