朱 黎，陳雨佳

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 咸陽(yáng) 712000）

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，世界能源危機(jī)日益嚴(yán)重，利用常規(guī)能源已不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要，開(kāi)發(fā)和利用新能源越來(lái)越引起各國(guó)的重視。太陽(yáng)能作為一種“取之不盡，用之不竭”安全可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染和可再生的能源越來(lái)越受到重視[1]。

加之現(xiàn)今光伏技術(shù)的逐漸成熟，利用光伏發(fā)電成為解決能源問(wèn)題的一大途經(jīng)。隨著可持續(xù)發(fā)展的不斷深入，人們?cè)诜e極開(kāi)發(fā)各類(lèi)可再生新能源的同時(shí)也在倡導(dǎo)節(jié)能減排的綠色環(huán)保技術(shù)而在照明領(lǐng)域，壽命長(zhǎng)節(jié)能安全綠色環(huán)保色彩豐富微型化的LED固態(tài)照明也已被公認(rèn)為世界一種節(jié)能環(huán)保的重要途徑[2]，太陽(yáng)能LED路燈同時(shí)整合了這兩者的優(yōu)勢(shì)。

1 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)

本論文主要研究方向是太陽(yáng)能LED路燈的研究，其核心部件為蓄電池控制器和路燈控制器。蓄電池控制器是控制太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備，能自動(dòng)防止蓄電池過(guò)充電和過(guò)放電，有效的保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)使用年限。路燈控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，能夠按照需求對(duì)路燈的亮滅狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制，采用光線控制、紅外控制及定時(shí)控制相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)管理。

1.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件部分、LED光源、蓄電池控制器[3]、路燈控制器、蓄電池、紅外傳感器[4]、光線傳感器等幾部分構(gòu)成。太陽(yáng)能電池板的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)非常有利。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure

1.2 系統(tǒng)的功能目標(biāo)

1)白天太陽(yáng)能電池給蓄電池充電，夜晚蓄電池自動(dòng)供電照明。

2)對(duì)LED照明的光強(qiáng)進(jìn)行控制，聲、光控電路可以根據(jù)不同外界條件控制照明。

3)可通過(guò)手持遙控器控制路燈，并且能夠獲取路燈狀態(tài)信息，完成故障檢測(cè)。

4)能夠顯示并設(shè)置系統(tǒng)的供電時(shí)間。

2 硬件的整體設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能LED能路燈系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、蓄電池控制器、蓄電池、路燈控制器、顯示器等部分組成。由太陽(yáng)能電池板采集太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能通過(guò)蓄電池控制器儲(chǔ)存到蓄電池中，蓄電池控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行監(jiān)控，防止蓄電池過(guò)充和過(guò)放。路燈控制器由AT89S52主控電路、紅外檢測(cè)電路[4-5]、光線檢測(cè)電路、按鍵、DS1302時(shí)鐘電路、LED恒流源驅(qū)動(dòng)電路、LCD12864顯示電路等組成。

2.1 紅外檢測(cè)電路

紅外檢測(cè)電路以LM339為核心元件，用紅外對(duì)管檢測(cè)物體狀態(tài)，用電位器調(diào)節(jié)紅外對(duì)管檢測(cè)物體的靈敏度。紅外發(fā)射管發(fā)出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí)，紅外反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)LM339比較器處理后輸出一個(gè)低電位信號(hào)到單片機(jī)[6]；當(dāng)檢測(cè)方向沒(méi)有障礙物時(shí)，輸出一個(gè)高電位信號(hào)到單片機(jī)。

圖2 紅外檢測(cè)電路Fig.2 Infrared detection circuit

2.2 LED恒流源驅(qū)動(dòng)及調(diào)光電路

LED恒流源驅(qū)動(dòng)電路采用連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源驅(qū)動(dòng)器PT4115，采用高端電流采樣設(shè)置LED平均電流，通過(guò)DIM引腳可以接受模擬調(diào)光和很寬范圍的PWM調(diào)光。當(dāng)DIM的電壓低于0.3 V時(shí)，率開(kāi)關(guān)關(guān)斷，PT4115進(jìn)入極低工作電流的待機(jī)狀態(tài)。DIM端連接單片機(jī)P3.2腳，對(duì)路燈的開(kāi)關(guān)和亮度進(jìn)行控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，主要由主控制程序、開(kāi)機(jī)界面子程序、鍵盤(pán)服務(wù)子程序、定時(shí)子程序、光控開(kāi)關(guān)燈子程序等部分組成。

圖3 LED恒流源驅(qū)動(dòng)及調(diào)光電路Fig.3 The LED constant current source driving and dimming circuit

軟件的主要設(shè)計(jì)思想是：根據(jù)時(shí)間來(lái)選擇模式,系統(tǒng)有時(shí)鐘信息，判斷白天和黑夜，白天用光控模式，根據(jù)外界光線明暗來(lái)控制路燈，只有在白天光線很暗時(shí)開(kāi)啟路燈。晚上用自動(dòng)調(diào)節(jié)模式，能根據(jù)交通情況來(lái)自動(dòng)開(kāi)啟路燈（燈始終隨著人的移動(dòng)來(lái)方向來(lái)開(kāi)啟，經(jīng)過(guò)的地方路燈及時(shí)關(guān)閉）。分別設(shè)定燈的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間。時(shí)間設(shè)定的優(yōu)先級(jí)最高，只要時(shí)間在設(shè)定范圍內(nèi)，路燈一直亮，范圍外按白天光控模式，晚上自動(dòng)調(diào)節(jié)模式控制。工作時(shí)，可以顯示系統(tǒng)時(shí)間，每個(gè)燈的定時(shí)時(shí)間，燈的亮滅狀態(tài)，工作模式。在工作界面按確認(rèn)鍵可以進(jìn)入菜單來(lái)設(shè)置參數(shù)。

圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖Fig.4 System flow chart of software design

4 系統(tǒng)測(cè)試

通過(guò)對(duì)蓄電池控制器各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整，以下是模擬充電得到的參數(shù)：當(dāng)模擬蓄電池的電壓低于10.8 V，蓄電池停止對(duì)負(fù)載供電，同時(shí)黃燈亮；當(dāng)模擬蓄電池的電壓在11～14.4 V之間，對(duì)蓄電池充電，同時(shí)紅、綠燈亮；當(dāng)模擬蓄電池的電壓高于14.4 V，停止對(duì)蓄電池充電，同時(shí)綠燈亮。

5 結(jié)論

蓄電池控制器是系統(tǒng)的核心部件之一，針對(duì)蓄電池充電的特殊要求，本文巧妙地采用對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行采樣，和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，自動(dòng)對(duì)充放電狀態(tài)控制，省卻了專(zhuān)用的充電管理芯片高昂的費(fèi)用，降低成本。由路燈控制器有單片機(jī)控制，根據(jù)環(huán)境明暗程度、開(kāi)關(guān)燈時(shí)間、過(guò)往行人情況綜合處理，控制LED路燈的亮滅方式，進(jìn)行優(yōu)化管理，節(jié)省能源，使系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運(yùn)行。防止蓄電池過(guò)度充放電，更好地保護(hù)了蓄電池，延長(zhǎng)了整個(gè)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的使用年限。因而，本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能LED路系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值，對(duì)太陽(yáng)能路燈的推廣起到了促進(jìn)作用，是有益的嘗試。

[1]曹瑩.基于Atmega48太陽(yáng)能路燈控制器研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（22）：179-182.CAO Ying.Atmega48 solar street lamp controller based research [J].Electronic Design Engineering,2012，20（22）：179-182.

[2]李余興，馬建倉(cāng)，葉祥.太陽(yáng)能LED路燈的研制[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（1）：113-115.LI Yu-xing,MA Jian-cang,YE Xiang.The development of solar LED street light [J].Electronic Design Engineering,2012，20（1）：113-115.

[3]徐曼珍.閥控式密封蓄電池及其在通信中的應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版版社,1998.

[4]丁偉.太陽(yáng)能發(fā)電自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

[5]周杏鵬.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社2010.

[6]蔡振江.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.