改進型太陽能LED路燈控制器設計

【摘要】針對目前太陽能LED路燈控制器對蓄電池的保護不夠充分，而使蓄電池壽命縮短的情況，設計了以AVR單片機為核心的太陽能路燈控制器硬件電路，該控制器具有過充、過放、過載、短路等保護措施，可以延長蓄電池使用壽命。

【關鍵詞】AVR單片機;PWM;太陽能;控制器

引言

太陽能LED路燈白天充電、晚上使用，無需鋪設復雜、不消耗常規(guī)能源及使用壽命長等優(yōu)點，可大量節(jié)省電費和施工費，屬于當今社會大力提倡利用的綠色能源產(chǎn)品。目前市場上很多太陽能路燈控制器，都是采用直充方式充電，沒有對蓄電池進行控制與保護，導致能源利用率不高，可靠性不強。本文設計一個以AVR單片機為核心的控制器，采用了PWM技術進行蓄電池充電，并加強對蓄電池在使用過程的監(jiān)控;可提高蓄電池的有效容量和延長蓄電池的使用壽命，從而提高太陽能光伏系統(tǒng)的可靠性。

1.系統(tǒng)總體設計

太陽能路燈控制系統(tǒng)主要由太陽能電池板、控制器、閥控蓄電池和LED路燈構(gòu)成，其中控制器影響著整個系統(tǒng)的工作，因此本文設計的控制器具有以下功能：采用PWM充電技術，實現(xiàn)多階段式智能充電，負載過流及短路保護，蓄電池過放電和反接保護，太陽電池板過壓保護，以及溫度補償功能。控制器采用Atmega88微控制器來實現(xiàn)太陽能充電控制器的全部功能。

2.充電控制電路

電路采用了太陽能電池、蓄電池正極相連的接法，微控制器的電源由79L05負電壓穩(wěn)壓模塊提供，不同的接地端對應著不同的電源電壓;這樣的處理方便各種被測電壓的采集，具體電路見圖1所示。圖中RV1是太陽電池板過壓保護，當由一些原因，如雷擊或光伏陣列串接錯誤等，使得太陽能電池板過壓輸出到控制器中，此時壓敏電阻阻值迅速下降，把限制過壓進入控制器電路，D11和F1構(gòu)成蓄電池反接保護。R21、R22和C3組成太陽能板電壓檢測電路，在PC0處采樣到的測量值送入單片機模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入引腳;用于控制太陽能板工作指示燈和啟停路燈。R33、R34和C10構(gòu)成蓄電池電壓檢測電路，測量值同樣送入單片機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。

圖1

充電電路由Q3、Q5、Q6、C4、R27、R28及D10組成，其中Q3在此作開關用，對太陽能板具有防反接作用;Q6是用于充電方式的控制。單片機根據(jù)PC1檢測到的蓄電池電壓，通過PD7腳的信號來控制充電的方式。太陽能電池板對蓄電池的充電分為直充、浮充和涓流充電三個階段，每一個階段都有一個充放電電壓點。蓄電池的這些電壓點是會隨溫度變化而改變的，因此，溫度的補償由R35、R36、C1和負溫度系數(shù)電阻RT1組成的電路實現(xiàn)。

3.放電控制電路

放電電路主要由Q1、Q2、R3、R5和D2組成，見下圖2所示。單片機會根據(jù)太陽電池板的電壓判斷是否要開啟或熄滅LED路燈;同時，單片機會根據(jù)蓄電池的電壓判斷是否過放而切斷負載。在放電電路中，還需有一定措施保護蓄電池，防止負載短路、過流，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。電路通過檢測電阻R7的電壓來進行判斷是否短路、過流，R7為阻值為0.01歐、過電流能力在10A以上的康銅絲，它的取樣電壓最多不超過0.2V，因此，需要運放LM358對其進行放大，經(jīng)U2A放大后送入單片機PC3和U2B，當放電電流超過1.2倍額定電流30S時過載保護動作。短路時（大于額定電流3倍）單片機發(fā)出關斷指令，同時電壓比較器翻轉(zhuǎn)關斷場效應管Q2，負載斷電得到護。短路保護采用硬件加軟件的形式，具有反應速度快。

圖2

4.結(jié)語

本文充分利用了單片機的軟硬件資源設計一款太陽能路燈控制器，實現(xiàn)對蓄電池充、放電的智能化管理。采用PWM充電方式，提高了蓄電池的使用壽命。該控制器具有可靠的保護措施，但由于充電采用直充方式，影響充電效率，有待于進一步改善。

參考文獻

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