李昆侖 胡瀚文 劉兵 曾星

【摘要】基于光伏技術，采用IAP15W4K58S4單片機開發(fā)一個太陽能LED路燈控制器，白天太陽能電池板將太陽光轉化為電能存儲在蓄電池里，夜間蓄電池為整個電路供電。夜間有人在路燈感應范圍內路燈開啟，實現(xiàn)自動控制果，夜間無需持續(xù)照亮12個小時，節(jié)約能源消耗，裝置綠色環(huán)保。

【關鍵詞】STC15;路燈控制;熱釋電紅外

環(huán)保與節(jié)能是已受到全球各國關注，清潔能源中，太陽能的使用最為廣泛。傳統(tǒng)路燈是由手動開關按鈕來控制開啟或關閉，使用單片機來控制啟動，借用光照傳感模塊依據(jù)周圍環(huán)境判斷能見度調節(jié)亮度調節(jié)功能，通過紅外傳感模塊或者雷達傳感模塊來探測人體實現(xiàn)路燈開關。智能照明系統(tǒng)，對于推動智慧城市建設和促進節(jié)能環(huán)保具有重要意義。

1. 系統(tǒng)設計概述

系統(tǒng)框圖如圖1，太陽能路燈控制器由IAP15W4K58S4單片機、光敏模塊、熱釋電紅外傳感模塊、高亮LED燈模塊、太陽能發(fā)電板、鋰電池充電保護模塊、升壓穩(wěn)壓及蓄電池組成。

1.1 IAP15W4K58S4單片機

IAP15W4K58S4單片機為功能增強型8051CPU芯片，具有1T的單位時鐘/連續(xù)機器工作周期，其連續(xù)運行工作速度一般比普通8051快8～12倍，片內的EEPROM擦寫可達10萬次以上，工作時頻率為5MHz～30MHz。

1.2 光敏模塊電路

光敏模塊接口電路如圖2。光敏電阻器阻值能夠隨著光照強度變化而變化。四線制光敏模塊，利用光敏電阻在不同光照強度下呈現(xiàn)不同阻值的特點，可實現(xiàn)對周圍環(huán)境的光照強度來進行檢測。

1.3 熱釋電紅外傳感模塊

HC-SR505模塊是熱釋電紅外傳感模塊具有靈敏度高、可靠性強、體積小、低電壓模式工作的特點，在各類自動感應電器設備中應用廣泛。任何高于絕對溫度的物體都會產(chǎn)生紅外光譜，通過這個原理可以對LED燈進行自動控制。

1.4 LED燈電路

超高亮LED是一種新型LED，亮度可達普通LED燈的近百倍，外部包裝由無色透明樹脂所封裝，本身能發(fā)出一定波長的光，從而呈現(xiàn)出一定顏色，具有壽命長、耐用高、維護低、效率高、點亮速度快的特點。本設計選用白色高亮LED燈作為照明燈具使用。在本設計系統(tǒng)中，若單片機與LED燈電路連接的控制引腳輸出為低電平時高亮LED燈則亮，否則高亮LED燈不亮。

1.5 太陽能電池板

本設計選取電壓為9V多晶硅太陽能電池板作為主要發(fā)電組件。太陽能光伏發(fā)電后，利用充電模塊對鋰電池進行充電處理，用升壓控制模塊將3.7V的輸出電壓提升至5V為整個系統(tǒng)提供電。本方案設計主要選用的太陽能電池板材料是多晶硅，額定電壓/電流為9V/220mA，額定功率為2W。

1.6 鋰電池充電模塊

TP4056鋰電池充電模塊，是一款單節(jié)鋰離子電池具有恒定電流和恒定電壓特性的線性充電器。作用在太陽能轉換的電能超出蓄電池的承受標準時，自行斷開線路的傳輸，底部帶有散熱片的SOP8/MSOP8封裝與較少的外部元件數(shù)目使得TP4056成為便攜式應用的理想選擇。TP4056可配合USB電源和適配器電源工作，由于采用了內部PMOSFET架構，加上防倒充電路，不需要外部隔離二極管。熱反饋功能可自動調節(jié)充電電流，并在大功率工作或高溫度環(huán)境條件下控制芯片溫度。充電電壓固定在4.2V，當充電電流達最終浮充電壓后，電壓下降到設定值1/10，TP4056將自動終止充電循環(huán)，當輸入電壓被去掉時，TP4056自動進入一個低電流狀態(tài)，將電池漏電流降至2μA以下。TP4056在有電源時可置于停機模式，將供電電流降至55μA。TP4056其他特點包括電池溫度檢測、欠壓閉鎖、自動再充電和兩個用于指示充電、LED狀態(tài)引腳。TP4056鋰電池充電電路原理圖如圖3。

1.7 升壓模塊

本設計中所選用的dc-dc升電壓轉換模塊，可以直接實現(xiàn)3.7V鋰電池升壓至5V電壓。該器件具有0.9V低壓啟動轉換效率最高達94%，可提供600mA、5V/3.3V輸出，常應用于便攜播放器等設備中做高效升壓。升壓模塊電路如圖4。

2. 系統(tǒng)主程序流程圖

系統(tǒng)程序包括LED燈亮熄程序，光敏傳感程序，人外感應程序燈程序模塊。光敏電阻模塊感應到環(huán)境變暗輸出高電平，同時人外感應模塊也檢測到人輸出高電平，此時LED燈亮，即這兩個模塊沒有同時輸出高電平時，LED燈都時熄滅狀態(tài)。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖5。

3. 結語

基于光伏技術，采用IAP15W4K58S4單片機開發(fā)一個太陽能LED路燈控制器，白天太陽光轉化為電能存儲在蓄電池里，夜間蓄電池為整個電路供電。夜間有人在路燈感應范圍內路燈開啟，達實現(xiàn)一個自動控制，夜間無需持續(xù)照亮12個小時，節(jié)約能源消耗，裝置綠色環(huán)保，具有充電保護功能，對于推動智慧城市建設和促進節(jié)能環(huán)保具有重要意義。

參考文獻：

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作者簡介：李昆侖，廣西富川人，碩士，講師，研究方向：機器人控制，在線監(jiān)測。劉杰，湖南邵陽，研究方向：機械電子工程。許鵬程，湖南邵陽，研究方向：機械電子工程。曾星，湖南衡陽，研究方向：機械電子工程。