賀廉云

摘要： 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)AT89S52的太陽(yáng)能路燈控制電路，由光伏電池、蓄電池、負(fù)載和控制器四個(gè)部分組成。白天有陽(yáng)光時(shí)光伏電池將電能儲(chǔ)存在蓄電池中，晚上蓄電池放電供路燈照明。在充放電控制器的作用下系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)充電和放電模式。太陽(yáng)能路燈安全、環(huán)保、節(jié)約能源，在光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的地位。

關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能路燈；單片機(jī)；采樣

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2163（2015）06-

Abstract：This paper designed a solar streetlight charge-discharge controller based on single chip AT89S52， the system is composed of a photovoltaic cell， a battery， a load and a controller . During the day with ample sunshine， photovoltaic batteries generate electricity and charge the battery； at night， the battery discharge with providing electricity to the street lights. The system can adjust the charging and discharging mode automatically by the charge and discharge controller. Solar streetlight is safety， environmental protection， energy saving，which holds an important position in the application area of photovoltaic power generation.

key words：Solar Streetlight； SCM； Sampling

在各式各樣的新能源中，太陽(yáng)能以其清潔、廉價(jià)的特點(diǎn)成為新能源當(dāng)中最理想的可再生能源，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能具有重大戰(zhàn)略意義。我國(guó)大部分地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能可有效解決能源危機(jī)，綠色環(huán)保，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)就是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，因其擁有無(wú)可比擬的經(jīng)濟(jì)、實(shí)用以及節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，使得其可見(jiàn)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)與卓越潛力。

1 太陽(yáng)能路燈控制器設(shè)計(jì)

路燈控制系統(tǒng)工作原理：白天光伏電池向蓄電池充電，晚上蓄電池提供電力供路燈照明。所以蓄電池將構(gòu)成一個(gè)充放電循環(huán)。太陽(yáng)能路燈照明控制電路包括光伏電池、蓄電池、路燈和控制器四部分。設(shè)計(jì)中采用AT89S52單片機(jī)，并將其作為智能核心模塊。外圍電路主要包括太陽(yáng)能電池電壓采樣模塊、蓄電池電壓采樣模塊，鍵盤(pán)電路模塊、LED顯示模塊、充放電控制模塊等[1]。圖1是太陽(yáng)能路燈控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

2 單片機(jī)智能控制模塊[2]

太陽(yáng)能路燈控制器選擇ATMEL公司的8位單片機(jī)At89s52為核心的智能控制模塊，在整體上具有低功耗、性能高的特點(diǎn)。

2.1 單片機(jī)振蕩電路

單片機(jī)振蕩電路如圖2所示。

2.2 復(fù)位電路

復(fù)位電路如圖3所示，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。

3 電源電路模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)正常工作電壓為 5V，系統(tǒng)采用 12V/24V 的鉛酸蓄電池供電，蓄電池電壓不穩(wěn)定，所以需要對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)壓。本系統(tǒng)采用 LM7805三端穩(wěn)壓器，其輸入電壓在 5～24V 時(shí)均可以保證輸出為穩(wěn)定的+5V。LM7805 組成穩(wěn)壓電源只需要很少的外圍元件，使用起來(lái)非常方便，工作穩(wěn)定可靠[3]。系統(tǒng)電源電路如圖4所示。

4 采樣模塊設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能電池采樣和蓄電池采樣對(duì)于系統(tǒng)正常運(yùn)行起著非常重要的作用。太陽(yáng)能路燈控制器要合理對(duì)蓄電池充放電進(jìn)行控制，即需對(duì)蓄電池、太陽(yáng)能電池板電壓進(jìn)行采樣。為此，AT89S52 單片機(jī)就要外接 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，把電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)選用 V/F 轉(zhuǎn)換芯片 LM331 組成數(shù)模轉(zhuǎn)換電路[4]。 在系統(tǒng)采樣設(shè)計(jì)中，為了防止因?yàn)橥獠恳蛩貙?dǎo)致 AT89S52 程序跑飛或死機(jī)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在 LM331 與單片機(jī)之間還需增加單通道的高速光電隔離器 6n137[5]。

圖5為太陽(yáng)能電池板采樣電路圖。系統(tǒng)蓄電池采樣和太陽(yáng)能電池板采樣電路相同。

5 充放電控制電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，通過(guò)光電耦合器TLP250控制功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF5305的柵極開(kāi)斷，以達(dá)到控制充電的目的。TLP250 既有直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的能力，又能滿足 PWM 調(diào)制的要求，而且還對(duì)強(qiáng)電電路和弱電電路進(jìn)行有效的隔離。

5.1 充電電路設(shè)計(jì)[6]

充電電路采用蓄電池負(fù)極與電池板負(fù)極直接連接，通過(guò)控制正極連接處的MOS 管通斷，來(lái)控制充電方式。PWM信號(hào)為高電平時(shí)，TLP250 導(dǎo)通，輸出為高電平，MOS 管截止，太陽(yáng)能電池板與蓄電池?cái)嚅_(kāi)。PWM 信號(hào)為低電平，TLP250 截止，輸出為低電平， MOS 管導(dǎo)通，太陽(yáng)能電池板與蓄電池連接。充電電路接 MBR2060，防止反充。 充電電路如圖6所示。

5.2 放電電路設(shè)計(jì)[6]

電路采用蓄電池負(fù)極與負(fù)載接地端直接連接，通過(guò)控制負(fù)載與蓄電池正極連接處的 MOS 管通斷，來(lái)控制負(fù)載工作與否。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，TLP250 導(dǎo)通，蓄電池通過(guò)電阻 R6，穩(wěn)壓管 D2 形成回路，MOS 管導(dǎo)通，蓄電池向負(fù)載供電，負(fù)載工作?？刂菩盘?hào)為低電平時(shí)，TLP250 截止，穩(wěn)壓管接地，不再形成有效電壓，MOS 管截止，蓄電池不能向負(fù)載供電，負(fù)載停止工作。

6 太陽(yáng)能路燈主程序流程圖

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)光伏電池電壓的數(shù)據(jù)采集，判斷當(dāng)前系統(tǒng)工作是在白天還是夜間。如果是白天，根據(jù)蓄電池電壓值的不同，控制光伏電池按預(yù)定的方式給蓄電池充電。若是夜間，則控制蓄電池放電，負(fù)載工作。系統(tǒng)主程序流程圖如圖8所示。

7 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)我國(guó)在太陽(yáng)能路燈的開(kāi)發(fā)上投資很大，太陽(yáng)能路燈逐漸在我國(guó)普及開(kāi)來(lái)。本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52的智能太陽(yáng)能路燈控制器，文中介紹了太陽(yáng)能路燈控制器的基本功能，進(jìn)行了控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，根據(jù)蓄電池的充放電特性完成了太陽(yáng)能路燈控制器的電路設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和程序流程圖。目前太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)仍然有一些較難解決的問(wèn)題。某種程度上太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的好壞是由其儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的質(zhì)量決定的，因此，通過(guò)合理控制充放電模式以得到最好的能源存儲(chǔ)，延長(zhǎng)其使用壽命，提高系統(tǒng)的利用率是繼續(xù)研究的方向。

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