劉玉東

摘 要：太陽能LED燈的發(fā)展使照明設備的效率得到了迅速的提升，與傳統(tǒng)的照明燈具相比，具備很多的優(yōu)勢，運用越來越廣泛。本文分析了太陽能LED燈的智能控制系統(tǒng)的設計原理及設備需要注意的問題。

關鍵詞：太陽能路燈；智能控制系統(tǒng)；設計；LED燈

太陽能路燈的使用可以節(jié)約路燈的電纜材料的使用，結(jié)合LED的使用可以大大的增加使用壽命，亮度強，減少安全隱患，環(huán)保性高，充分利用自然資源進行發(fā)電照明，是現(xiàn)在盡力提倡的一種路燈技術(shù)。

1 智能控制系統(tǒng)運行原理

太陽能路燈控制系統(tǒng)在運行的過程中，判定恒流負載輸出主要是利用采集太陽能光伏板的電壓。一旦系統(tǒng)檢測到太陽能板電壓較高，且高出蓄電池額定電壓的時候，MPPT充電模式就會自動開啟，這時STC單片機通過采樣到的太陽能板電壓和電流值通過變步長的電導增量法計算最大功率點，通過PWM信號的占空比調(diào)節(jié)太陽能板充電電壓大小達到最佳充電功率點。在充電的時候?qū)π铍姵剡M行實施檢測，防止其電壓發(fā)生過充電現(xiàn)象。太陽能板的電壓降低到規(guī)定值時，系統(tǒng)則會自動停止沖電，進入分段式恒流負載輸出控制模式。此時主要根據(jù)不同的太陽能板電壓值，通過Boost放電電路控制PWM信號的占空比方式控制負載輸出電路輸出不同的電流值。

2 太陽能LED系統(tǒng)設計方案

太陽能路燈的系統(tǒng)具備很多優(yōu)點，和普通的路燈相比更加節(jié)能環(huán)保，且持久性強，LED燈的特點更加豐富，它通過不同的化合物半導體材料的作用來產(chǎn)生光能，能夠隨著外界光線的強弱來自動控制光源，不管是在什么樣的天氣下，都可以正常的工作，且照明持續(xù)時間較長，光照的顏色也可以有多種選擇，太陽能智能控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)ψ陨淼碾妷汉统潆娺M行自行判斷，還可以根據(jù)太陽光照的方向進行調(diào)節(jié)，自動選擇功率。

3 智能控制系統(tǒng)設計流程

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

在收集太陽光照能量時，太陽能路燈系統(tǒng)將收集的能由光能轉(zhuǎn)化成電能，將電能儲存在太陽能蓄電池內(nèi)，形成蓄電狀態(tài)，如果太陽光照比較弱時，太陽能路燈系統(tǒng)會使自身蓄電池所儲存的電能進行發(fā)電，使其在各種情況下都能正常工作。

3.2 系統(tǒng)部件功能

太陽能路燈系統(tǒng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)包括有蓄電池，控制器和LED燈等部分，在太陽能路燈工作的時候，各部分發(fā)揮其作用，使太陽能從收集能量到發(fā)電照明這一過程正常完成，這不僅要求系統(tǒng)的各部分部件都要有很高的標準，還要保證發(fā)電的效率，所以成本消耗很高，在使用電池板等部分時，需要將太陽能的光能收集起來轉(zhuǎn)化成電能保存到蓄電池中，這要求收集光能的效率和蓄電池的儲存量都要很高，同時，太陽能路燈的抗風系統(tǒng)要有很好的傳導性，能夠?qū)㈦娔軅魉偷絃ED部分，使LED獲得電能照明，所以這是很關鍵的一個部分。系統(tǒng)的正常運作對太陽路燈的自我保護裝置有著很高的要求，能夠在蓄電池電壓過高時發(fā)揮作用，開啟保護狀態(tài)，防止電池的電量過大導致?lián)p壞，所以蓄電池的質(zhì)量要有所保證，能夠儲存足夠多的電能來為以后所用。

3.3 硬件系統(tǒng)設計

設計內(nèi)容：（1）在設計太陽路燈智能控制系統(tǒng)時，硬件方面的設計可采用單片機作為控制系統(tǒng)的核心。單片機屬于一種處理器，優(yōu)點是能耗較低，可將其進行編程以flash的方式存儲；（2）選擇高密度非易失性存儲器，這樣才能更好的保證系統(tǒng)的使用性能以及工作效率；（3）太陽能智能控制系統(tǒng)主要的供電能是太陽能，24V的蓄電池電壓在穩(wěn)壓之后產(chǎn)生5V的固定電壓成為控制主電源，高頻電容旁路將高頻信號接地；（4）太陽能系統(tǒng)如果出現(xiàn)過度充電、放電現(xiàn)象，為保護蓄電池必須要馬上斷開電路；（5）在設計太陽能自動跟蹤部分的時候“光敏電阻的”設計是主要內(nèi)容，整個控制工作完全是通過光敏電阻來實現(xiàn)的。根據(jù)光線強弱的變化實現(xiàn)自動跟蹤，使得太陽光度強弱的變化完全通過數(shù)據(jù)顯示出來。

3.4 軟件系統(tǒng)設計

設計軟件系統(tǒng)時，KeilC是主要的編制工作。系統(tǒng)時間為每秒一次，比較好系統(tǒng)設定時間與實際時間的差異，二者時間相同的時候，則要通過程序輸出的控制信號來控制整個系統(tǒng)的電路元件。

4 智能系統(tǒng)測試

4.1 自動跟蹤模塊測試

以30min為基本單位，在某個固定位置使用太陽路燈智能控制系統(tǒng)對太陽的高度和光源方位進行跟蹤。實施測試之前需要設置好初始位置和初始時間，同時對電機的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動力量進行實時監(jiān)測并詳細記錄，做好系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)角與太陽實際角度的對比工作。根據(jù)實際測試結(jié)果可以看出，使用太陽能路燈智能控制系統(tǒng)可以對太陽光的方向和高度進行精準的跟蹤，同時根據(jù)實際需要自行調(diào)節(jié)，測試過程中所有的誤差均在規(guī)定范圍之內(nèi)。

4.2 過充過放模塊測試

選定一處位置對蓄電池進行外接負載的過充過放模塊測試。測量并分析太陽電池板電壓與電池電壓的線性關系，同時對白天時候蓄電池的電壓以及黑夜蓄電池電壓的維持狀態(tài)等進行實施監(jiān)測和記錄。測試結(jié)果顯示太陽能路燈智能控制系統(tǒng)中蓄電池的充放電功能良好，系統(tǒng)運行控制一切正常。

5 系統(tǒng)需要注意的問題

當出現(xiàn)光控開關不能正常工作的情況時，要注意光敏傳感器加晶體管耦合放大問題，提高LED燈的電壓；采用閃爍的發(fā)光方式能夠節(jié)約電能，減小輸出電流，增加系統(tǒng)的工作時間，還能夠加強太陽能的燈照效果；當太陽光較弱時可以減少LED燈的接入數(shù)量，控制發(fā)光的時間，這樣可以節(jié)省系統(tǒng)的消耗，增加使用壽命；分壓的進行太陽能燈的控制，根據(jù)不同時間不同的照明程度下對電壓的分配采取不同的方式，控制輸出的功率，減少能量的多余消耗。太陽能電池組件在工作時需要整體覆蓋光照，多個太陽能電池共同作用，防止任何一個部分被遮擋導致光照強烈使其他部件發(fā)生損壞，要檢查太陽能電池上有沒有掉落的物體，并且傾斜放置最佳。

6 太陽能LED燈的與傳統(tǒng)燈的比較

太陽能LED燈的使用與傳統(tǒng)的節(jié)能燈相比沒有發(fā)生漏電的風險，蓄電池代替了電線的安裝，LED燈的使用壽命比較長。LED燈排除了傳統(tǒng)燈具含有的汞等物質(zhì)的存在，對人體沒有危害，也沒有電磁干擾的現(xiàn)象發(fā)生，回收可再利用，體現(xiàn)了環(huán)保綠色的理念，LED燈的安裝不需要耗費大量的成本，和傳統(tǒng)節(jié)能燈具相比要節(jié)省工程的費用，由于LED的安裝范圍小且照明強，減少了燈的安裝量。LED燈的設計可以有多種選擇，取代了傳統(tǒng)燈的單一光照顏色，增強了光照的需求多樣性和美觀性?？茖W家進行估計，在未來的幾年中，太陽能LED燈會逐漸取代傳統(tǒng)的燈具，可以節(jié)約電能而通過太陽能的利用來進行發(fā)電照明，保護環(huán)境，節(jié)省自然資源，減少消耗成本，增加照明設備的壽命。

7 總結(jié)

太陽能LED燈與傳統(tǒng)路燈相比更加具有優(yōu)勢，但還需要更多的研究和完善來為生活提供更多便捷，在以后能夠發(fā)揮更過優(yōu)良性能。

參考文獻

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