太陽能路燈遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)

呂飛

摘 要：隨著如今能源的漸漸匱乏，我們迫切需要一種可再生能源的出現(xiàn)，而太陽能無疑是我們最關(guān)注的能源之一，它應(yīng)用于各個領(lǐng)域。目前太陽能路燈的使用也越來越廣泛，如果我們把路燈都用太陽能供給電源，那么我們就可以想象這將是難估計的為人類提供以綠色環(huán)境。所以我們提出了一個具有科學(xué)性的設(shè)計理論——太陽能路燈遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)。本設(shè)計是基于HT46F49E為核心器件為了達(dá)到遠(yuǎn)程智能控制和能源利用最大化而設(shè)計的，本設(shè)計是通過太陽能電池板給蓄電池充電從而達(dá)到能源零消耗，并在晚上路燈點亮的過程中通過實時監(jiān)控電路的工作狀態(tài)及時的通過GSM發(fā)送給工作人員以達(dá)到及時的搶修。此設(shè)計去除了如今太陽能路燈的弊端——電池板充電不能達(dá)到最大化，對光源的利用也不能達(dá)到最大化，此作品能充分利用光源使白天的充電過程最大化，并對線路的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實現(xiàn)了智能化。應(yīng)用于實際生活能大大減輕工作人員的工作量。

關(guān)鍵詞：太陽能能供給電源;遠(yuǎn)程智能控制;利用光源

1 概述

在經(jīng)濟快速發(fā)展能源急需與能源缺乏的21世紀(jì)，我們不得不為能源的問題考慮，本設(shè)計為了響應(yīng)節(jié)約能源的號召設(shè)計了一個零污染最大利用太陽能的路燈智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。在可實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過運用太陽能板給蓄電池充電，當(dāng)?shù)竭_(dá)晚上時路燈就自動點亮。

本設(shè)計中體現(xiàn)出的是太陽能的充電的最大化，在充電的過程中通過對光強的監(jiān)測來控制太陽能電池板的旋轉(zhuǎn)接受最大的光照，從而實現(xiàn)光源利用的最大化。再一個就是在路燈工作的過程中也對線路實施實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)線路的故障就通過無線通信告知管理人員發(fā)生故障以達(dá)到及時的搶修，讓道路上更加安全，在這當(dāng)中搶修人員可以在發(fā)送的信息上看到哪條路線出了故障并在現(xiàn)場的LCD顯示屏上也可以看到是哪條線路出現(xiàn)了故障，這樣就加快了搶修了速度，減輕了搶修人員的難度。

在普通路燈原有的基礎(chǔ)上加以改進，使得此次的設(shè)計更加的具有市場價值性，更加的智能化性，最重要的是更加的經(jīng)濟環(huán)保性。

2 工作原理

2.1 盛群單片機核心

基于盛群單片機HT46F49E 的控制中心。

HT46F49E是經(jīng)濟型A/D 單片機，內(nèi)置EEPROM 的8 位FLASH 型高性能精簡指令集MCU，專門為需要A/D 轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品而設(shè)計，集成了多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器和1 或者2 通道PWM 輸出，暫停和喚醒功能、振蕩類型選擇、可編程分頻器等功能，使得實際應(yīng)用時只需要很少的外部器件。具有A/D 、PWM、低功耗、高性能、靈活的輸入/輸出口和低成本等特點。

2.2 理論原理

本設(shè)計是基于盛群單片機的電子控制系統(tǒng)，通過太陽能電池板在有光照的條件下能輸出電壓電流的原理，系統(tǒng)是由幾個部分組合起來實現(xiàn)的，運用了三塊單片機控制整個系統(tǒng)的運作。

在太陽能模塊通過白天光能轉(zhuǎn)換為電能儲存在蓄電池當(dāng)中，當(dāng)夜晚來臨時通過光線傳感器來控制路燈的自動點亮，在工作的過程中系統(tǒng)對路線實施實時的監(jiān)控，一旦發(fā)生故障單片機就收到一個信號，此時單片機就控制遠(yuǎn)程模塊來告知管理者路線出現(xiàn)故障的狀況。

在GSM模塊中運用了通信系統(tǒng)的功能，當(dāng)主控中心的MCU收到一個路線故障的信號時就控制主控中心的GSM向另一個GSM發(fā)送故障信息，在發(fā)送本條信息的同時也向工作人員的手機發(fā)送故障信息。

通過光線傳感器監(jiān)測光的值用AD轉(zhuǎn)換，單片機通過AD轉(zhuǎn)換的值來控制電機的旋轉(zhuǎn)，使太陽能電池板一直保持在照射面積最大化的條件下，從而實現(xiàn)了充電的最大化。系統(tǒng)在幾個部分的組合下形成了太陽能路燈遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)功能

在太陽能模塊中主要實現(xiàn)的功能是充分利用可再生資源，創(chuàng)造更大的價值，同時在夜晚工作的時候，主控制中心對線路狀況實時檢測，在主控中心的 LCD屏上顯示出來，同時控制GSM模塊發(fā)送兩條信息，通知工作人員線路出現(xiàn)故障的消息并及時的搶修。

GSM模塊的功能是實現(xiàn)遠(yuǎn)程的智能控制和監(jiān)控現(xiàn)場的工作狀態(tài)，達(dá)到更方便更快捷的對突發(fā)情況做出處理，做到更快更準(zhǔn)。充電最大化的模塊即實現(xiàn)對太陽能利用的最大化，在光照的過程中太陽能板隨著光照強的方向旋轉(zhuǎn)，實時的吸收光照的最大強度。該系統(tǒng)具有價格低、實用性強、可靠性、功能齊全、智能化的特點。

3 作品結(jié)構(gòu)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)架概述

本設(shè)計是基于盛群單片機的電子控制系統(tǒng)，太陽能模塊在有光照時自動給蓄電池充電，晚上則由單片機控制蓄電池給路燈供電，在供電的過程中運用電源監(jiān)測傳感器來對電路進行監(jiān)測，當(dāng)有電路供電不足或出現(xiàn)故障時，通過給單片機一個信號，同時單片機又給GSM模塊發(fā)送一個信息，通知電路供電不足或電路故障，當(dāng)供電不足時，發(fā)送故障信息;電路故障時則通過傳感器來檢測出故障線路，及時通知工作人員。在整個的過程中有LCD來顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本設(shè)計主要由太陽能模塊框架，光的檢測模塊，電路的檢測模塊，GSM模塊以及LCD的顯示模塊構(gòu)成，總體結(jié)構(gòu)如圖3.1。

3.2 硬件部分

包括太陽能充電控制器模塊、太陽能路燈現(xiàn)場控制模塊、比較控制式太陽能跟隨器模塊、遠(yuǎn)程終端監(jiān)控模塊。

3.2.1 太陽能充電控制器模塊?？刂破魇翘柲苈窡羰占茉吹暮诵牟糠郑訦T46F49E為主控MCU，主要實現(xiàn)的功能有：通過對太陽能電池板電壓采樣，采用PWM控制占空比的方式，實現(xiàn)對蓄電池限壓恒流充電;對蓄電池防反沖，防過沖，負(fù)載短路保護。

3.2.2 太陽能路燈現(xiàn)場控制模塊?，F(xiàn)場控制模塊是太陽能路燈工作狀態(tài)的核心控制部分，以HT46F49E為主控MCU，檢測太陽能路燈的工作狀態(tài)，是否發(fā)生故障，檢測到故障后，顯示在現(xiàn)場液晶上，并通過GSM模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控端，實現(xiàn)自動檢錯，提高工作效率。

3.2.3 比較控制式太陽能跟隨器模塊。利用光敏電阻在光照時阻值和光電流發(fā)生變化的原理，將兩個完全相同的光敏電阻置于太陽能電池板控制器的東西兩個邊緣，采集電壓送LM324放大，通過A/D轉(zhuǎn)換比較大小，太陽能光垂直照射，光電流相同，比較電壓大小相同，電機不轉(zhuǎn)動，否則電機轉(zhuǎn)動，直到太陽能電池板對準(zhǔn)太陽，以此提高對太陽能吸收效率。

3.2.4 遠(yuǎn)程終端監(jiān)控模塊?，F(xiàn)場控制端對現(xiàn)場故障的檢測通過GSM模塊傳送至遠(yuǎn)程終端，當(dāng)現(xiàn)場系統(tǒng)檢測到問題，就向總部發(fā)送相應(yīng)信息，以便進行維修和處理，此部分包含了一個GSM模塊作為接收，用液晶12864顯示現(xiàn)場端的故障。

3.3 軟件部分

3.3.1 主程序流程圖。在系統(tǒng)啟動時，首先執(zhí)行初始化，收集數(shù)據(jù)，判斷是否滿足條件，若滿足，則是白天進行充電，若不滿足則監(jiān)測電池是否有電，若有則用太陽能電池供電，若無則用電源供電，若出現(xiàn)故障則通過GSM發(fā)送短信給手機，在手機上判斷是否為故障或電源供應(yīng)不足，若為供應(yīng)不足那就通過手機控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為市電源供電，如圖3.3.1所示。

圖3.1 ?系統(tǒng)框圖 ? ? ? ? ?圖3.3.1 ?主程序流程圖

4 測試方法

4.1 整體結(jié)構(gòu)圖

如圖4.1為太陽能路燈整體效果圖，包括路燈支架，太陽能電池板和控制盒組成。

4.2 上電測試

4.2.1 PWM脈寬調(diào)制測試。改變光照強度，任意選定一個高于充電穩(wěn)定值的電壓和一個低于充電穩(wěn)定值的電壓，8V和30V，當(dāng)太陽能電池板電壓較高，高于穩(wěn)壓充電的穩(wěn)定值12V，PWM調(diào)節(jié)的占空比為低于50%的對應(yīng)值，相反當(dāng)電壓低于設(shè)置的參考值，PWM調(diào)節(jié)占空比高于50%的對應(yīng)值。

4.2.2 現(xiàn)場控制端與遠(yuǎn)程控制終端LCD顯示部分。路燈正常工作與路燈故障時，LCD顯示不同以及移動端收到故障信息。

4.2.3 太陽能跟隨器測試。如圖4.2.3所示，當(dāng)手電筒光源模擬的太陽移動時，太陽能電池板光線跟隨器工作，在電機的驅(qū)動下太陽能電池板自動追蹤光源，獲得更多的太陽能。

圖4.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖4.2.3

參考文獻：

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