田曉翠

摘要：隨著全球環(huán)境的影響，開發(fā)清潔能源越來越重要，人們在積極開發(fā)新能源的同時也在倡導(dǎo)節(jié)能減排的綠色環(huán)保技術(shù)。而太陽能是一種清潔的可再生能源，它的研究具有很大的價值。

關(guān)鍵詞：太陽能;單片機;智能控制器

一、引言

在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽能有其獨特的優(yōu)勢，在任何有光的地方都可以使用，特別適用于住宅、室外照明、工業(yè)區(qū)、城市道路等地方。本設(shè)計采用單片機作為控制器的核心來實現(xiàn)智能化控制的太陽能路燈系統(tǒng)，同時，利用電壓采集模塊采集太陽能電池板電壓，實現(xiàn)光控;結(jié)合時鐘模塊確定準(zhǔn)確時間，可以確定一年四季，控制器可以根據(jù)季節(jié)的變化來自動控制燈照明的時間。

二、智能太陽能路燈概述

1、智能太陽能路燈的定義

智能太陽能路燈是在太陽能路燈的基礎(chǔ)上增加了傳感器，通過各種傳感器可以收集來自外界的信息，然后再根據(jù)不同情況利用控制器來控制路燈的狀態(tài)，從而實現(xiàn)智能化。

2、工作原理

太陽能路燈的工作原理是把太陽能轉(zhuǎn)化為電能達到照明效果，路燈頂端是太陽能電池板，太陽能光伏組件是由多晶硅組成的，白天這些多晶硅吸收太陽能把太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲在蓄電池中，在控制系統(tǒng)中，太陽能電池板經(jīng)過太陽光的照射，把太陽能光從而轉(zhuǎn)變成電能，白天太陽能電池組件持續(xù)向蓄電池組充電，到了晚上，通過太陽能智能控制器，把電能傳送給光源，從而使得太陽能路燈在夜晚達到照明的效果。太陽能電池系統(tǒng)主要由太陽能電池板，控制器，蓄電池，燈照明電路組成。

太陽能電池板其工作原理是將太陽光的輻射轉(zhuǎn)換成電能，然后儲存在蓄電池中，在天黑的時候，將蓄電池中儲存的能量輸出為照明電路供電。

在太陽能路燈系統(tǒng)中，通過太陽能電池板將輻射能轉(zhuǎn)化成的電能就儲存在蓄電池中，再由控制器控制使其路燈進行工作。為了延長蓄電池的使用壽命，用控制器來實現(xiàn)蓄電池電壓進行過充過放電。該控制器還加入了光控，時控功能，實現(xiàn)太陽能路燈系統(tǒng)智能化。

三、路燈控制器的硬件設(shè)計

智能太陽能路燈系統(tǒng)由電源模塊、控制單元及驅(qū)動單元組成，其組成框圖如圖3.1所示。本設(shè)計采用AT89C51單片機作為核心控制器，將太陽光采樣并轉(zhuǎn)換成電來驅(qū)動LED 的顯示功能。利用單片機來控制路燈的亮度和照明時間，進而達到節(jié)約能源的目的。該系統(tǒng)可以根據(jù)天氣自動調(diào)節(jié)路燈亮度，是一種新型的節(jié)能環(huán)保裝置。

1、單片機

單片機是整個路燈控制器的智能核心模塊，PLC單片機內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊達不到系統(tǒng)精度要求。所以本系統(tǒng)采用AT89C51，該單片機成本低，功耗低，而且具有高性能CMOS 8位的微處理器和8K字節(jié)的系統(tǒng)存儲器。

2、電源電路設(shè)計

BT1和C1為單片機以及LED 提供電源，白天有太陽照時，光伏電池產(chǎn)生電能，通過二極管D0將電能儲存進超級電容器C1，D0可以保證超級電容器中的電流不倒流入光伏電池。此時A 點電位上升，三極管Q1基極為高電平，Q1導(dǎo)通，B點電位為低，致使三極管Q2關(guān)斷，超級電容器儲存的電能無法送到單片機，單片機無電源，處于未啟動狀態(tài)，路燈處于熄滅狀態(tài)當(dāng)夜晚降臨，陽光減少，光伏電池上儲存的電量開始降低，致使A 點電位降低，Q1關(guān)斷，超級電容器儲存的電能開始令B 點電位上升，Q2開通，單片機上電，路燈被點亮，整個路燈系統(tǒng)開始運行。

3、光控電路

電路中反向接入光敏二極管，在一定范圍內(nèi)，反向電流很小且處于飽和狀態(tài)。此時，如果無光照射PN結(jié)，反向飽和電流保持不變，在光敏二極管中稱為暗電流。當(dāng)有光照射PN結(jié)時，流過PN結(jié)的電流隨著光照強度的增加而增加，此時的反向電流稱為光電流。當(dāng)光敏二極管加上反向電壓時，管子中的反向電流隨著光照強度的改變而改變，光照強度越大，反向電流越大，大多數(shù)都工作在這種狀態(tài)。光敏二極管上不加電壓，利用P-N結(jié)在受光照時產(chǎn)生正向電壓的原理，把它用作微型光電池。白天光照使光敏二極管導(dǎo)通，Q1基極為高電位，Q1導(dǎo)通則單片機引腳低電平有效。夜晚光敏二極管截止，Q1也截止，引腳高電平有效。

四、路燈控制器的軟件設(shè)計

1、總體軟件設(shè)計思想

為了節(jié)約能源，本設(shè)計分析太陽能路燈在一天內(nèi)的三種運行狀態(tài)：第一階段18：00-20：00，進入黑暗時段，光線逐漸變暗，此時智能太陽能路燈開始工作，由于不是全黑暗，所以此時路燈的亮度不是最亮。第二階段20：00-12：00，光線最暗，此時路燈亮度到達最大。第三階段12：00-5：00，這段時間路面亮度也較低，燈的亮度不是最亮。然后再到第一階段，不斷重復(fù)這個過程。

2、單片機算法流程圖

通過整體思路分析，太陽能燈的亮度調(diào)節(jié)主要靠單片機來實現(xiàn)。其算法如下圖4.1所示：

4.1單片機算法流程圖

當(dāng)單片機上電時，程序自動運行，當(dāng)P1輸出高電平時，驅(qū)動LED1發(fā)光，此時路燈亮為第一階段，經(jīng)延時2個小時后P2與P3口同時輸出高電平，LED2與LED3也開始發(fā)光，路燈亮度級別為第二階段，依次類推直到P1，P2，P3口全部輸出低電平，此時路燈徹底熄滅。

五、結(jié)論

本設(shè)計給出了智能太陽能路燈系統(tǒng)設(shè)計的總體思路，在此基礎(chǔ)上分析了其硬件和軟件部分。分析了系統(tǒng)如何實現(xiàn)太陽能路燈隨著光亮自動調(diào)節(jié)路燈亮度，從而實現(xiàn)能源有效利用，不浪費。太陽能路燈利用太陽能電池板，白天接收太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過放電控制器儲存在蓄電池中，晚上照度逐漸降低，充放電控制器檢測出該值進行工作，蓄電池向燈頭放電。

參考文獻：

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[2]張濤，丁光訓(xùn).道路照明中用太陽能路燈的探討、2009年、第1期、22-24。

（四川工商學(xué)院 四川省成都市 611745）