許亮

(棗莊學(xué)院光電工程學(xué)院，山東棗莊　277160)

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光伏發(fā)電的智能取用電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

許亮

(棗莊學(xué)院光電工程學(xué)院，山東棗莊277160)

本文設(shè)計(jì)一款智能用電控制系統(tǒng).利用電壓采集模塊對光伏板的輸出電壓進(jìn)行采樣，將采樣信號輸入單片機(jī)處理，使用電負(fù)載在光伏供電與市電網(wǎng)供電間切換；同時(shí)單片機(jī)根據(jù)紅外傳感器和光敏傳感器的傳感信號，控制繼電器的開啟與閉合達(dá)到智能照明的效果.

MCU；智能控制；傳感器①

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，節(jié)能減排，低碳環(huán)保的理念成為時(shí)代的主流，光伏技術(shù)及各種智能節(jié)能技術(shù)隨之得到廣泛的研究和應(yīng)用.本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于棗莊學(xué)院新近建成的光伏新能源實(shí)驗(yàn)中心的光伏智能用電控制系統(tǒng).本設(shè)計(jì)的基本功能為：棗莊學(xué)院新能源實(shí)驗(yàn)中心的日常用電從頂樓的光伏發(fā)電陣列取電，當(dāng)陰雨、夜間或其他光伏發(fā)電陣列無法正常工作情況時(shí)，用電控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換至標(biāo)準(zhǔn)的220V交流市電網(wǎng)取電；同時(shí)各用電房間置微型傳感器，當(dāng)室內(nèi)光線較好時(shí)，照明燈保持熄滅狀態(tài)；當(dāng)光線較暗且屋內(nèi)有人時(shí)，系統(tǒng)控制照明燈點(diǎn)亮.本系統(tǒng)同時(shí)也可應(yīng)用與其他具有光伏供電來源的工作生活建筑群.

1　用電控制系統(tǒng)工作原理及軟件流程

1.1電源切換控制系統(tǒng)

電源切換控制系統(tǒng)的工作原理結(jié)合1和2進(jìn)行說明：電壓采樣模塊對光伏發(fā)電系統(tǒng)其中一電池單板輸出電壓端口進(jìn)行實(shí)時(shí)的電壓采集，經(jīng)過放大器將該電壓成比例縮小后送入單片機(jī)采樣端口，單片機(jī)通過輸出端口在LCD顯示陣列上當(dāng)前電壓數(shù)值，并將該采樣電壓與單片機(jī)內(nèi)燒錄的預(yù)編程序中的預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較，若光伏陣列當(dāng)前采樣電壓低于預(yù)設(shè)預(yù)設(shè)電壓值，則輸出端口控制繼電器與光伏系統(tǒng)的線路斷開，單片機(jī)切換至市電網(wǎng)電路，轉(zhuǎn)為市電供電.

1.2智能照明系統(tǒng)

智能照明系統(tǒng)的工作原理結(jié)合圖3和圖4進(jìn)行說明：光線傳感器模塊為內(nèi)置于教室內(nèi)的光敏電阻，其在光線較強(qiáng)時(shí)導(dǎo)通，單片機(jī)輸入端口檢測導(dǎo)通電流后，通過輸出端口保持繼電器斷開，若光線較弱且內(nèi)置于教室的紅外傳感器感應(yīng)至人體紅外線時(shí)，單片機(jī)輸入端口接收信號并通過輸出端口控制繼電器吸合，達(dá)到智能點(diǎn)亮的效果[1，2].

圖1　電源切換模塊硬件架構(gòu)

圖2　電源切換模塊軟件流程圖

圖3　智能照明系統(tǒng)硬件架構(gòu)

圖4　智能照明系統(tǒng)軟件流程圖

2　主要硬件裝置的電路結(jié)構(gòu)

2.1單片機(jī)及電壓放大電路

圖5　單片機(jī)及放大電路

如圖5(a)所示，整個(gè)系統(tǒng)使用2塊STC12C5A60S2單片機(jī)作為電源模塊與燈控模塊作為主控芯片.其中該款單片機(jī)輸入端口可接受最高5V的電壓[3]，因此采用圖2-1(b)中LM358放大電路單元為基礎(chǔ)的分壓電路，其將采樣電壓等比例縮小，實(shí)際使用中也可根據(jù)電池板的輸出電壓值，通過改變放大電路中電阻值形成相應(yīng)倍數(shù)的縮小.

2.2繼電器

本系統(tǒng)采用24VDC/250DC型號的繼電器.圖6(a)、(b)分別為電源切換系統(tǒng)和智能照明系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路.其中電源切換控制系統(tǒng)由于需要連接兩路電路，所以常開和常閉端均連接使用，智能照明系統(tǒng)僅需將常開端接入電路即可.

2.3光傳感器及紅外傳感器

光敏傳感器使用普通的光敏電阻即可，如圖7(a)所示，其阻值隨光線強(qiáng)弱而變化，引發(fā)與之相連的單片機(jī)采樣輸入電路的電壓變化.紅外傳感器采用HP-208款，如圖7(b)所示，其1號引腳為電源信號端，3號引腳為地信號端，2號引腳為采集信號輸出端，若有紅外則輸出高電平約3.3V，否則輸出低電平約0.3V，感應(yīng)輸出高電平后，若紅外信號消失，將延時(shí)8秒到15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖絒4].將上述高、低電平信號接入單片機(jī)相應(yīng)輸入端口即可.

圖6　繼電器

圖7　光傳感器及紅外傳感器

3　結(jié)論

模型設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行實(shí)用性測試，當(dāng)光伏供電系統(tǒng)電壓不足以達(dá)到預(yù)設(shè)比較電壓時(shí)，繼電器由光伏連接跳為市電線路連接；在正常光照條件下，燈保持熄滅，光照的變暗時(shí)，當(dāng)有人在旁邊則測試燈點(diǎn)亮.

[1] 鄭國恒,周瑤,張柯.高校教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2010,5(2):123-130.

[2] 曲帥帥,王志坤.宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)[J].電子技術(shù),2014,( 9) : 31-32.

[3] 劉傳朋,楊翡.基于STC12C5A60S2單片機(jī)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程, 2015,(2):260-261.

[4] 劉傳璽,袁照平.自動(dòng)檢測技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.33-92.

[責(zé)任編輯：閆昕]

Design of An Intelligent Electrical Energy Switch and Control System

XU Liang

(School of Opto-Electronic Engineering，Zaozhuang University，Zaozhuang 277160，China)

This paper introduced an intelligent control system based on STC12C5A60S2 MCU.It can switch from the photovoltaic power supply system to electricity network. what's even more, a light sensor and a infrared sensor are integrated in the system, which can make the LED light turn on automatically when needed.

MCU; intelligent control; sensor

2016-07-23

棗莊學(xué)院“光電科學(xué)與技術(shù)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(項(xiàng)目編號：4350308)；棗莊學(xué)院教改重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：1021402).

許亮(1982-)，男，山東棗莊人，棗莊學(xué)院光電工程學(xué)院助教，理學(xué)碩士，主要從事半導(dǎo)體器件及工藝方向的研究.

TP271

A

1004-7077(2016)05-0107-04