太陽能LED路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計

劉玉東

摘 要：太陽能LED燈的發(fā)展使照明設(shè)備的效率得到了迅速的提升，與傳統(tǒng)的照明燈具相比，具備很多的優(yōu)勢，運(yùn)用越來越廣泛。本文分析了太陽能LED燈的智能控制系統(tǒng)的設(shè)計原理及設(shè)備需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：太陽能路燈；智能控制系統(tǒng)；設(shè)計；LED燈

太陽能路燈的使用可以節(jié)約路燈的電纜材料的使用，結(jié)合LED的使用可以大大的增加使用壽命，亮度強(qiáng)，減少安全隱患，環(huán)保性高，充分利用自然資源進(jìn)行發(fā)電照明，是現(xiàn)在盡力提倡的一種路燈技術(shù)。

1 智能控制系統(tǒng)運(yùn)行原理

太陽能路燈控制系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，判定恒流負(fù)載輸出主要是利用采集太陽能光伏板的電壓。一旦系統(tǒng)檢測到太陽能板電壓較高，且高出蓄電池額定電壓的時候，MPPT充電模式就會自動開啟，這時STC單片機(jī)通過采樣到的太陽能板電壓和電流值通過變步長的電導(dǎo)增量法計算最大功率點(diǎn)，通過PWM信號的占空比調(diào)節(jié)太陽能板充電電壓大小達(dá)到最佳充電功率點(diǎn)。在充電的時候?qū)π铍姵剡M(jìn)行實(shí)施檢測，防止其電壓發(fā)生過充電現(xiàn)象。太陽能板的電壓降低到規(guī)定值時，系統(tǒng)則會自動停止沖電，進(jìn)入分段式恒流負(fù)載輸出控制模式。此時主要根據(jù)不同的太陽能板電壓值，通過Boost放電電路控制PWM信號的占空比方式控制負(fù)載輸出電路輸出不同的電流值。

2 太陽能LED系統(tǒng)設(shè)計方案

太陽能路燈的系統(tǒng)具備很多優(yōu)點(diǎn)，和普通的路燈相比更加節(jié)能環(huán)保，且持久性強(qiáng)，LED燈的特點(diǎn)更加豐富，它通過不同的化合物半導(dǎo)體材料的作用來產(chǎn)生光能，能夠隨著外界光線的強(qiáng)弱來自動控制光源，不管是在什么樣的天氣下，都可以正常的工作，且照明持續(xù)時間較長，光照的顏色也可以有多種選擇，太陽能智能控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)ψ陨淼碾妷汉统潆娺M(jìn)行自行判斷，還可以根據(jù)太陽光照的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動選擇功率。

3 智能控制系統(tǒng)設(shè)計流程

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在收集太陽光照能量時，太陽能路燈系統(tǒng)將收集的能由光能轉(zhuǎn)化成電能，將電能儲存在太陽能蓄電池內(nèi)，形成蓄電狀態(tài)，如果太陽光照比較弱時，太陽能路燈系統(tǒng)會使自身蓄電池所儲存的電能進(jìn)行發(fā)電，使其在各種情況下都能正常工作。

3.2 系統(tǒng)部件功能

太陽能路燈系統(tǒng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)包括有蓄電池，控制器和LED燈等部分，在太陽能路燈工作的時候，各部分發(fā)揮其作用，使太陽能從收集能量到發(fā)電照明這一過程正常完成，這不僅要求系統(tǒng)的各部分部件都要有很高的標(biāo)準(zhǔn)，還要保證發(fā)電的效率，所以成本消耗很高，在使用電池板等部分時，需要將太陽能的光能收集起來轉(zhuǎn)化成電能保存到蓄電池中，這要求收集光能的效率和蓄電池的儲存量都要很高，同時，太陽能路燈的抗風(fēng)系統(tǒng)要有很好的傳導(dǎo)性，能夠?qū)㈦娔軅魉偷絃ED部分，使LED獲得電能照明，所以這是很關(guān)鍵的一個部分。系統(tǒng)的正常運(yùn)作對太陽路燈的自我保護(hù)裝置有著很高的要求，能夠在蓄電池電壓過高時發(fā)揮作用，開啟保護(hù)狀態(tài)，防止電池的電量過大導(dǎo)致?lián)p壞，所以蓄電池的質(zhì)量要有所保證，能夠儲存足夠多的電能來為以后所用。

3.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計內(nèi)容：（1）在設(shè)計太陽路燈智能控制系統(tǒng)時，硬件方面的設(shè)計可采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。單片機(jī)屬于一種處理器，優(yōu)點(diǎn)是能耗較低，可將其進(jìn)行編程以flash的方式存儲；（2）選擇高密度非易失性存儲器，這樣才能更好的保證系統(tǒng)的使用性能以及工作效率；（3）太陽能智能控制系統(tǒng)主要的供電能是太陽能，24V的蓄電池電壓在穩(wěn)壓之后產(chǎn)生5V的固定電壓成為控制主電源，高頻電容旁路將高頻信號接地；（4）太陽能系統(tǒng)如果出現(xiàn)過度充電、放電現(xiàn)象，為保護(hù)蓄電池必須要馬上斷開電路；（5）在設(shè)計太陽能自動跟蹤部分的時候“光敏電阻的”設(shè)計是主要內(nèi)容，整個控制工作完全是通過光敏電阻來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)光線強(qiáng)弱的變化實(shí)現(xiàn)自動跟蹤，使得太陽光度強(qiáng)弱的變化完全通過數(shù)據(jù)顯示出來。

3.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計軟件系統(tǒng)時，KeilC是主要的編制工作。系統(tǒng)時間為每秒一次，比較好系統(tǒng)設(shè)定時間與實(shí)際時間的差異，二者時間相同的時候，則要通過程序輸出的控制信號來控制整個系統(tǒng)的電路元件。

4 智能系統(tǒng)測試

4.1 自動跟蹤模塊測試

以30min為基本單位，在某個固定位置使用太陽路燈智能控制系統(tǒng)對太陽的高度和光源方位進(jìn)行跟蹤。實(shí)施測試之前需要設(shè)置好初始位置和初始時間，同時對電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動力量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并詳細(xì)記錄，做好系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)角與太陽實(shí)際角度的對比工作。根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果可以看出，使用太陽能路燈智能控制系統(tǒng)可以對太陽光的方向和高度進(jìn)行精準(zhǔn)的跟蹤，同時根據(jù)實(shí)際需要自行調(diào)節(jié)，測試過程中所有的誤差均在規(guī)定范圍之內(nèi)。

4.2 過充過放模塊測試

選定一處位置對蓄電池進(jìn)行外接負(fù)載的過充過放模塊測試。測量并分析太陽電池板電壓與電池電壓的線性關(guān)系，同時對白天時候蓄電池的電壓以及黑夜蓄電池電壓的維持狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測和記錄。測試結(jié)果顯示太陽能路燈智能控制系統(tǒng)中蓄電池的充放電功能良好，系統(tǒng)運(yùn)行控制一切正常。

5 系統(tǒng)需要注意的問題

當(dāng)出現(xiàn)光控開關(guān)不能正常工作的情況時，要注意光敏傳感器加晶體管耦合放大問題，提高LED燈的電壓；采用閃爍的發(fā)光方式能夠節(jié)約電能，減小輸出電流，增加系統(tǒng)的工作時間，還能夠加強(qiáng)太陽能的燈照效果；當(dāng)太陽光較弱時可以減少LED燈的接入數(shù)量，控制發(fā)光的時間，這樣可以節(jié)省系統(tǒng)的消耗，增加使用壽命；分壓的進(jìn)行太陽能燈的控制，根據(jù)不同時間不同的照明程度下對電壓的分配采取不同的方式，控制輸出的功率，減少能量的多余消耗。太陽能電池組件在工作時需要整體覆蓋光照，多個太陽能電池共同作用，防止任何一個部分被遮擋導(dǎo)致光照強(qiáng)烈使其他部件發(fā)生損壞，要檢查太陽能電池上有沒有掉落的物體，并且傾斜放置最佳。

6 太陽能LED燈的與傳統(tǒng)燈的比較

太陽能LED燈的使用與傳統(tǒng)的節(jié)能燈相比沒有發(fā)生漏電的風(fēng)險，蓄電池代替了電線的安裝，LED燈的使用壽命比較長。LED燈排除了傳統(tǒng)燈具含有的汞等物質(zhì)的存在，對人體沒有危害，也沒有電磁干擾的現(xiàn)象發(fā)生，回收可再利用，體現(xiàn)了環(huán)保綠色的理念，LED燈的安裝不需要耗費(fèi)大量的成本，和傳統(tǒng)節(jié)能燈具相比要節(jié)省工程的費(fèi)用，由于LED的安裝范圍小且照明強(qiáng)，減少了燈的安裝量。LED燈的設(shè)計可以有多種選擇，取代了傳統(tǒng)燈的單一光照顏色，增強(qiáng)了光照的需求多樣性和美觀性?？茖W(xué)家進(jìn)行估計，在未來的幾年中，太陽能LED燈會逐漸取代傳統(tǒng)的燈具，可以節(jié)約電能而通過太陽能的利用來進(jìn)行發(fā)電照明，保護(hù)環(huán)境，節(jié)省自然資源，減少消耗成本，增加照明設(shè)備的壽命。

7 總結(jié)

太陽能LED燈與傳統(tǒng)路燈相比更加具有優(yōu)勢，但還需要更多的研究和完善來為生活提供更多便捷，在以后能夠發(fā)揮更過優(yōu)良性能。

參考文獻(xiàn)

[1]黃周.太陽能LED路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].湖北工業(yè)大學(xué)，

2017.

[2]屈賢.雙電源太陽能LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2016，54（8）：50-54.

[3]屈賢.市電互補(bǔ)的太陽能LED路燈控制器設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2017，55（1）：90-92.