太陽能路燈追光控制平臺①

王妍蘇， 郝 宇， 董萌萌， 蔣 野

(佳木斯大學信息電子技術學院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

隨著新能源的發(fā)展和利用，用太陽能電池供電的路燈使用越來越廣泛。太陽能電池基本都是固定在路燈桿上的，怎樣保證太陽能電池板隨著太陽移動，而使光電轉換效率最高，還能實時遠程監(jiān)控太陽能路燈系統(tǒng)的工作是設計所要解決的問題。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

圖2 路燈模塊

圖3 人機交互

圖4 系統(tǒng)工作流程圖

1 控制原理

路燈模塊、控制器1、無線通信模塊1和太陽能電池(板)都安裝在路燈桿上，工作中，固定在太陽能板四角上的光傳感器采集信號，送給控制器1處理并控制太陽能電池板上下傾角和左右旋轉的電動機實現(xiàn)太陽能板上下和左右角度調節(jié)，既達到追光的目的，又保證太陽能電池受光轉換能效最高。系統(tǒng)中，路燈模塊與控制器1相連，路燈模塊中采集的數(shù)據(jù)送給控制器1，經(jīng)其處理后，一路回送給路燈模塊實現(xiàn)角度控制，另一路將數(shù)據(jù)傳給無線通信模塊1，再經(jīng)無線信道傳給無線通信模塊2、控制器2，最終送到上位機顯示，實現(xiàn)人工監(jiān)控或報警提示。輸入控制信號通過上位機也可反向送到路燈模塊實現(xiàn)人工控制，系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 模塊化設計與功能實現(xiàn)

(1) 路燈模塊

如圖2所示，路燈模塊是整個系統(tǒng)最重要的部分，它由太陽能電池、蓄電池、控制器1、整流電路、穩(wěn)壓電路、逆變電路、亮度和色溫調節(jié)電路、旋轉傾角控制電路、數(shù)據(jù)采集電路和無線通信模塊1等組成。

太陽能電池正常工作時給蓄電池充電，蓄電池通過穩(wěn)壓電路為路燈、控制器1和無線通信模塊1供電。

當晚間無光或光弱時，太陽能電池電壓低于蓄電池電壓，控制器1發(fā)出控制信號，控制開關K1斷開，蓄電池不充電，逆變電路將蓄電池的直流電壓變?yōu)?20V的交流電壓，再送到亮度色溫調節(jié)電路，供給LED燈發(fā)光，為夜間出行的人們照明。

若受天氣影響，蓄電池電能不足，控制器1可控制開關K2接通，路燈由備用交流電源供電，蓄電池供電正常時，開關K2都是斷開的。每天根據(jù)夜生活結束的時間，控制路燈亮度為正常時的一半，實現(xiàn)節(jié)約用電。根據(jù)四季溫度不同，如冬季，調節(jié)燈的色溫為暖色；夏季，調節(jié)燈的色溫為冷色，給行人以不同感受。還可利用定時，實現(xiàn)周期照明控制，阻斷光感控制。將環(huán)境溫度、太陽能電池和蓄電池狀況，通過遠程無線通信模塊1傳送到上位機，人工監(jiān)控。如果增大控制器1的處理能力，可采集處理圖像信號，增補天眼功能，還可為北斗的地面定位裝置提供平臺和電源。

(2) 無線通信和人機交互

如圖3所示，無線通信模塊1發(fā)送的無線信號由無線通信模塊2接收，經(jīng)控制器2傳給路燈控制中心和管理中心的上位機實現(xiàn)人工監(jiān)控或報警，注意控制器2需要2個串口；反過來，監(jiān)控人員通過上位機發(fā)出控制信號給控制器2→無線通信模塊2→無線信道→控制器1→路燈模塊實現(xiàn)遠程人工控制，無線信號也可用手機接收，使用專用的APP在交互界面上人工操作，方便控制人員的靈活移動，進而控制城市的路燈網(wǎng)。

無線通信以4G移動通信網(wǎng)絡為基礎，選用合適的控制器就可完成數(shù)據(jù)信號和視頻信號的傳送。隨著5G網(wǎng)絡的建設，帶寬的增加，無線通信能力還可繼續(xù)提高，以實現(xiàn)更大傳輸量的視頻信號傳送，方便監(jiān)控。

3 系統(tǒng)軟件的設計

系統(tǒng)主要分路燈模塊、無線通信模塊、控制器等，編寫控制程序流程如圖4所示。

4 結 論

利用單片機智能控制技術，太陽能電池板能夠追著太陽移動，最大效率將地太陽能轉換成電能，物聯(lián)網(wǎng)技術的引入，可以實時遠程傳輸監(jiān)控，使太陽能從自動化向智能化的轉變和發(fā)展更進了一步。