太陽能LED路燈智能控制系統(tǒng)研究

夏春

摘 ?要：眾所周知，太陽能作為無窮無盡的綠色能源被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，路燈照明領(lǐng)域更不可避免地需要參與。（威廉莎士比亞、哈姆雷特、太陽名言）（）LED燈以耗能少、壽命長、環(huán)保的優(yōu)點進入了無數(shù)家庭。這兩者因特定的特殊關(guān)聯(lián)而一致，可以提高LED燈的利用率，節(jié)約一些資源，因此受到了越來越多的關(guān)注。但是，由于設(shè)計的特殊性，這種燈看起來非常不穩(wěn)定，如果不采取相應(yīng)的措施，不僅不能起到應(yīng)有的作用，反而會增加額外的費用，因此，設(shè)計專業(yè)的智能LED太陽能路燈控制器是非常迫切的。本文基于太陽能LED路燈智能控制系統(tǒng)研究展開論述。

關(guān)鍵詞：太陽能LED路燈;智能控制;系統(tǒng)研究

引言

太陽能路燈不污染環(huán)境，不受供電影響，而且取之不竭用之不盡，目前在國內(nèi)太陽能路燈已經(jīng)有了成功的應(yīng)用案例，但在能源的有效利用方面考慮的還不充足，控制系統(tǒng)正處于研究和開發(fā)階段。窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）具有廣覆蓋、低成本和低功耗的優(yōu)勢，可在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)、LTE網(wǎng)絡(luò)上進行部署，其網(wǎng)絡(luò)升級方便快捷，比較適合用來構(gòu)建智能路燈通信網(wǎng)絡(luò)。該文提出了基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的路燈監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了分時段自動開關(guān)，對路燈的狀態(tài)、電量、故障可自動檢測，并將采集的信息發(fā)送到云平臺，使路燈管理和維護更加便捷。

1路燈控制器的設(shè)計原則

太陽能路燈是利用太陽能作為能源的路燈，不受電力影響，不污染環(huán)境，太陽能具有無窮的特點，可以有效地解決照明領(lǐng)域的能源不足問題。目前太陽能路燈在國內(nèi)已有成功的應(yīng)用實例，但基本上沒有考慮能源的有效利用，控制系統(tǒng)也處于研究和開發(fā)階段。本文設(shè)計的太陽能LED路燈系統(tǒng)是C8051F852主控制器，可智能管理LED路燈控制，有效防止蓄電池因充電不當而縮短壽命，通用性高。智能LED太陽能路燈使用太陽能電池供電，其照明系統(tǒng)由太陽能電池板、控制器等6個板組成，特別是系統(tǒng)采用時電互補方式，可以彌補太陽能組件的不足。也就是說，電力系統(tǒng)在太陽能電力不足的情況下自動切換到市電，對LED太陽能路燈的普及具有非常重要的意義。為了實現(xiàn)更好的服務(wù)質(zhì)量，需要設(shè)計專用控制器。該特殊控制器可以根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)充電電壓，通過收集重要參數(shù)進入專用系統(tǒng)做出運算決定，從而準確控制溫度補償補償。該控制器應(yīng)用于路燈領(lǐng)域，不僅有助于減少不必要的投資，還能獲得節(jié)能和減排效果。路燈控制器的設(shè)計原則如下：①控制器的基本功能是延長系統(tǒng)壽命，包括系統(tǒng)完成充電和放電控制，實現(xiàn)準確的LED驅(qū)動功能。②控制器的可靠性可以保證系統(tǒng)抵御極端環(huán)境因素的攻擊，防止系統(tǒng)損傷，長期穩(wěn)定運行。③控制器的智能使系統(tǒng)能夠根據(jù)收集到的各種數(shù)據(jù)自動調(diào)整工作狀態(tài)，以最大限度地實現(xiàn)智能控制和節(jié)能。④控制器的人機功能可以保證對系統(tǒng)的綜合監(jiān)控等功能。

2太陽能路燈照明

太陽能路燈照明是綠色環(huán)保的照明模式，是幾乎沒有污染的綠色城市照明方式。太陽能路燈主要通過太陽能電池板平時接受太陽光，通過轉(zhuǎn)換器設(shè)備將被太陽能電池吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能，儲存在太陽能電池中，晚上消耗太陽能電池儲存的電能，提供電能。這種照明方式的另一個優(yōu)點是節(jié)約成本。太陽能照明路燈網(wǎng)絡(luò)與城市電路照明模式建設(shè)初期所需的巨大工作量相比，不需要鋪設(shè)電纜供電或安裝路燈電源設(shè)備，從而減少建設(shè)工作量。此外，太陽能照明路燈還構(gòu)成相關(guān)的檢測設(shè)備，通過感光儀器檢測光線強弱，并進行自發(fā)光開關(guān)柜工作，實現(xiàn)自動化工作。但是太陽能照明的模式也有局限性。首先，太陽能路燈對周圍環(huán)境的開放性很高。如果周圍環(huán)境不夠?qū)拸V，太陽能電池板照射的光能量就會減少，從而減少太陽能電池儲備的電力，使太陽能路燈無法在晚上獲得足夠的電力。因此，太陽能照明路燈不能放置在市中心地區(qū)，只能放置在輔助干線等相對寬敞、較少的道路上。（大衛(wèi)·亞設(shè)，Northern Exposure（美國電視連續(xù)?。?，太陽名言）其次，太陽能板和太陽能電池等輔助設(shè)備精度高，需要定期人工維修，人工維修難度高，維護費用高。最后，太陽能路燈的地區(qū)布局將受到該地區(qū)氣候條件的影響。如果將太陽光路燈放置在地勢低、氣候潮濕、多雨的地方，太陽光面板就會吸收光能，電池不足，不僅會影響夜間工作，還會大大提高太陽能路燈的故障頻率。

3蓄電池充電控制模塊軟硬件設(shè)計

根據(jù)實際需求，晚上需要打開LED照明時，太陽能電池板開放電壓約為2.1伏。電池充滿后，開放電壓約為13.6伏。白天接收太陽輻射時，利用光伏效應(yīng)原理制作的太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能輸出[9-10]。單片機通過AD采樣，在電池電壓低于13.6V時，使用電池充電控制模塊為電池充電。蓄電池兩端電壓為13.6V時，停止對蓄電池充電，有效防止因過度充電而縮短蓄電池壽命。由于蓄電池內(nèi)部電阻相對固定，對太陽能電池板輸出特性的影響可以忽略不計。根據(jù)太陽能電池板和蓄電池的特性，該項目設(shè)計采用恒流充電法，充電時間長，但白天一般不需要照明，因此不會影響系統(tǒng)的正常運行。

4做好電路控制設(shè)計

一般來說，太陽能LED路燈系統(tǒng)使用的電路系統(tǒng)電壓比較低，根據(jù)電氣電壓標準，公共設(shè)施類似電氣設(shè)備的電壓都在220V到330V之間，自身消耗電流不到工作電流的1%。在此基礎(chǔ)上，太陽能LED路燈系統(tǒng)在安裝公共照明設(shè)施時也要合理控制電路?？傊柲躄ED路燈的控制電路主要由集成運算放大器組合組成，該控制系統(tǒng)下的電氣設(shè)備無一例外地由硬件組成，成本低，控制力強，易于維護，日常管理等優(yōu)點引起了許多電器生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。在此基礎(chǔ)上，為了有效地提高路燈的功率，必須調(diào)整電路控制系統(tǒng)。例如，在設(shè)計太陽能LED路燈的控制電路時，必須檢查蓄電池援助的電容能力，以確保充電放電特性良好的同時，有非常好的電壓回歸。設(shè)計時要采用發(fā)光二極管等質(zhì)量好的部件，同時配置指示電路。這可以最大限度地減少太陽能LED路燈因充電放電時間過長而產(chǎn)生的不利影響。另外，要根據(jù)蓄電池和光源的特點，及時調(diào)整耗電量電流，使太陽能LED路燈系統(tǒng)在陰天或雨季正常使用。這一點是沒有電路控制設(shè)計的照明系統(tǒng)不能做到的，在太陽輻射較低的季節(jié)，這種照明系統(tǒng)的蓄電池充電效果明顯降低，電壓增加，能耗上升，不能正常使用太陽能LED路燈系統(tǒng)，長時間的高負荷運轉(zhuǎn)也可以縮短壽命。（David aser，Northern Exposure）。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市建設(shè)迅速發(fā)展，路燈是城市的重要設(shè)施，城市路燈管理問題也成為重中之重。中國路燈總體數(shù)量巨大，且存在高能耗和高維護費用的問題。目前從技術(shù)層面看，在節(jié)能方面還有較大空間，所以如何有效且高效的進行路燈管理成了需要迫切解決的問題。傳統(tǒng)的路燈大多不能實現(xiàn)單燈控制功能，難以實現(xiàn)精細化的管理。近年來圍繞節(jié)能控制和通信技術(shù)展開了相關(guān)研究，在解決路燈系統(tǒng)的節(jié)能和智能管理問題上，發(fā)揮著重要作用并不斷發(fā)展創(chuàng)新。

參考文獻

[1] ?和俊莉.太陽能LED路燈照明控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].電子元器件與信息技術(shù)，2019（04）：62-64.

[2] ?黃紫旭，劉小洪，楊誼.基于多能源利用的LED路燈設(shè)計[J].中國照明電器，2018（11）：14-17.

[3] ?張紅，尹椿榮，李偉.基于NB-IoT技術(shù)的太陽能-LED路燈照明監(jiān)控管理系統(tǒng)[J].中國照明電器，2018（03）：34-37.

[4] ?黃梓龍.淺談智能式LED太陽能路燈控制器的設(shè)計[J].科技與創(chuàng)新，2018（03）：128-129.

[5] ?曹小兵.太陽能LED路燈系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].中國照明電器，2016（11）：21-25.