熊慧芳

摘要：在全球經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的今天，人們的科技水平和生活質(zhì)量也有了質(zhì)的飛躍，人們對(duì)能源的需求日趨增長(zhǎng)?；诂F(xiàn)有太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的需求，文章設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于ATmegal28L單片機(jī)太陽(yáng)能路燈。該路燈主要采用ATmega128L主控芯片和Speic電路，可有效控制照明系統(tǒng)的電流電壓輸出，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)的最佳運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、性價(jià)比高，具有良好的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：ATmega128L單片機(jī)；太陽(yáng)能路燈；設(shè)計(jì)

1引言

近年來(lái)，人們開(kāi)始關(guān)注到再生能源，而再生能源在整個(gè)能源消耗中也占有較高的使用比例。太陽(yáng)能是目前較為常見(jiàn)的一種再生能源，符合我國(guó)低溫光熱利用范疇，具有一定的構(gòu)建價(jià)值，且與太陽(yáng)能相關(guān)的技術(shù)研究也日趨成熟。太陽(yáng)能路燈就是典型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用產(chǎn)品，它是以太陽(yáng)能作為電能供給，用來(lái)提供夜間道路照明。因?yàn)椴恍枰碾娋W(wǎng)電能、不需要架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜，不污染環(huán)境、安全可靠，因而在公共照明及亮化裝飾領(lǐng)域有著廣闊的前景。本文以單片機(jī)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出了一種太陽(yáng)能路燈只能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動(dòng)控制太陽(yáng)能路燈的充電時(shí)間、點(diǎn)亮?xí)r間等功能設(shè)定。

2太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件、太陽(yáng)能控制器、蓄電池組、燈具等部分組成、）若需輸出電源為交流220v或110v，還需要配置逆變器、）太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能電池的光生伏特效應(yīng)原理，白天太陽(yáng)能電池吸收太陽(yáng)能光子能量產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將光能轉(zhuǎn)換為電能貯存起來(lái)蓄電池充電到一定程度時(shí)控制器內(nèi)的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，切斷充電電源。到夜晚或路燈周圍光照度較低時(shí)，蓄電池通過(guò)控制器給照明燈供電。當(dāng)蓄電池所儲(chǔ)存的電能放完時(shí)，控制器要控制蓄電池不被過(guò)放電，保護(hù)蓄電池、控制器控制著蓄電池的供電，到設(shè)定的時(shí)間后切斷，保證蓄電池的正常使用，整個(gè)系統(tǒng)還具有限荷保護(hù)和防需裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過(guò)負(fù)載運(yùn)行及免遭需擊，保證系統(tǒng)設(shè)備的安全。

在太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中，太陽(yáng)能控制器是整個(gè)路燈系統(tǒng)中的核心部件，它控制著整個(gè)系統(tǒng)使其合理穩(wěn)定地運(yùn)行，它的性能在一定程度上決定了整個(gè)路燈系統(tǒng)的性能好壞?？刂破鞯闹饕δ軐?duì)蓄電池的充放電進(jìn)行控制，防止=蓄電池過(guò)充電及深度充電。在溫差較大的地方，控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能。

3基于ATmega128L單片機(jī)太陽(yáng)能路燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于ATmega128L單片機(jī)太陽(yáng)能路燈包括太陽(yáng)能電池、路燈控制器、VRLA蓄電池和LED路燈。其中主控新芯片運(yùn)用了ATmegal28L單片機(jī)微處理器，以便更好的完成路燈系統(tǒng)的正常運(yùn)行和智能控制。ATmegal28單片機(jī)是以AVR RISC結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的一種低功耗CMOS微處理器。該處理器內(nèi)的執(zhí)行時(shí)間為單周期指令執(zhí)行，含有較強(qiáng)的指令集，故其數(shù)據(jù)吞吐率可達(dá)1 MIPS/MHz，可有效減輕系統(tǒng)處理速度和功能耗損方面的矛盾。

如圖2所示，控制器首先經(jīng)電壓電流對(duì)太陽(yáng)能電池進(jìn)行采樣檢測(cè)，同時(shí)將電壓電流輸出，然后主控芯片ATmegal28L在MPPT算法控制下自動(dòng)對(duì)Sepic電路開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)IGBT在系統(tǒng)內(nèi)的通斷，是供電點(diǎn)跟蹤技術(shù)發(fā)揮最大化的作用，同時(shí)也提高了整個(gè)照明系統(tǒng)的功率點(diǎn)，提高太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)的使用效率。

4基于ATmegal 28L單片機(jī)太陽(yáng)能路燈的詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1硬件設(shè)計(jì)

4.1.1采樣電路設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能光伏路燈照明系統(tǒng)內(nèi)的單片機(jī)采樣電路主要依靠太陽(yáng)能電池和VRLA蓄電池實(shí)現(xiàn)，共同采用了其電壓與電流。根據(jù)電阻器分壓原理電壓采樣可獲得電壓值采樣，再啟動(dòng)電壓跟隨器隔離和運(yùn)算放大器，單片機(jī)轉(zhuǎn)換濾波后的低通濾波器，為保證電流采樣的有效進(jìn)行，需將較小的電阻串聯(lián)在電路負(fù)極，通信后可將電路放大，然后進(jìn)入單片機(jī)轉(zhuǎn)換。

4.1.2Sepic電路設(shè)計(jì)

speic電路是太陽(yáng)能光伏路燈照明系統(tǒng)中的直流—直流變換器（DC-DC Converter），處于DC-DC光伏路燈照明系統(tǒng)中，IGBT是Speic電路內(nèi)的開(kāi)關(guān)器件，其驅(qū)動(dòng)電路型號(hào)）足TLP250。相對(duì)于傳統(tǒng)的Boost升壓電路和Buck電路而言，Sepic電路的電壓輸出具有較為廣泛的范圍，可用公式表示為：V0=D/1-D×V_i。

4.1.3蓄電池充電電路設(shè)計(jì)

光伏路燈照明系統(tǒng)的充電電路設(shè)計(jì)采用VRLA蓄電池，該蓄電池的充電芯片為UC3906，是保證VRLA蓄電池完成最佳充電的關(guān)鍵，可滿足系統(tǒng)充電的全部檢測(cè)功能和控制功能?；鶞?zhǔn)電壓的精確性是UC3906芯片的重要特征，隨著環(huán)境和溫度的變化，基準(zhǔn)電壓也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，且變化規(guī)律遵循VRLA蓄電池電壓運(yùn)作過(guò)程中的溫度特性，以確保VRLA蓄電池可在較大溫度差內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳充電狀態(tài)。在太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)中，VRLA蓄電池的具體充電過(guò)程為：接通輸入電KVin后，進(jìn)行Q2導(dǎo)通，處于恒流充電階段時(shí)系統(tǒng)內(nèi)存在最大工作電流，當(dāng)VRLA蓄電池端內(nèi)有95%過(guò)充電壓時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入過(guò)充電狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)的充電電流開(kāi)始下降，當(dāng)降至VRLA蓄電池的截止電流時(shí)，蓄電池進(jìn)入浮充轉(zhuǎn)臺(tái)，電平從電壓比較器輸出后，VRLA蓄電池指示燈亮起，表示電量充足。

4.2軟件設(shè)計(jì)

基于Arrmegal28L微處理器太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)采用了GCC編譯環(huán)境，采用高級(jí)編程語(yǔ)言L設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)思想，具有移植性高的特點(diǎn)。系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)模板參數(shù)出入一致，相互關(guān)聯(lián)，利于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和修改，減少不必要的時(shí)間，縮短了程序設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)周期。信號(hào)采樣模塊、最大功率跟蹤算法模塊、初始化模塊、LED路燈驅(qū)動(dòng)模塊、主程序、VRLA蓄電池充放電模塊是組成系統(tǒng)的六大模塊，具體程序設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

經(jīng)測(cè)試證明，該控制器具有良好的啟動(dòng)性能，蓄電池的充電過(guò)程能夠達(dá)到預(yù)期的要求。當(dāng)蓄電池電壓過(guò)低時(shí)，能夠自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)管，斷開(kāi)放電回路實(shí)現(xiàn)了蓄電池的過(guò)放保護(hù)，而且可以針對(duì)不同的蓄電池設(shè)定參數(shù)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。