王云

萊西市亮化管理處 山東青島 266600

太陽能作為一種清潔能源已經(jīng)在人們的生活中得到廣泛應(yīng)用，太陽能路燈就是其中的一種，不管是在繁華的城市道路兩邊，還是偏遠(yuǎn)的山村小路都有其蹤影。太陽能路燈的原理:太陽能板負(fù)責(zé)把太陽能轉(zhuǎn)換為電能，通過充電裝置把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能存儲到蓄電池中，電能控制裝置控制電路的通、斷，從而控制路燈的亮、滅，最終完成太陽能到光能的轉(zhuǎn)換。

1 系統(tǒng)整體方案

系統(tǒng)分為兩大模塊，太陽能路燈系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)作為主控芯片，STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。德州儀器公司的CC2530芯片作為主控芯片應(yīng)用于空氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，該芯片建立在適應(yīng)2.4GHzIEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議上，芯片內(nèi)部含有RF收發(fā)器，8KB靜態(tài)隨機(jī)存儲器，256KB的閃存塊和18個中斷源的中斷控制器，具有21個通用I/O引腳，5通道DMA，32KHz睡眠計時器等豐富的外設(shè)接口。

本系統(tǒng)由終端節(jié)點（傳感器節(jié)點）、協(xié)調(diào)器、上位機(jī)、太陽能電池板、電池以及路燈6部分組成。太陽能電池板吸收太陽光并將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能為路燈及整個系統(tǒng)供電，終端節(jié)點搭載DHT11溫濕度傳感器采集空氣環(huán)境的溫濕度以及GP2Y1014AUpm2.5傳感器采集空氣環(huán)境的pm2.5濃度，終端節(jié)點負(fù)責(zé)收集傳感器所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)并通過ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)以及接收終端節(jié)點發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過串口傳輸方式發(fā)送給上位機(jī)，最后上位機(jī)將終端節(jié)點所采集的空氣環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的顯示[1]。

2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計

2.1 電源模塊

電源模塊由太陽能電池板、升壓電路和電池組成。太陽能電池板發(fā)電的原理是當(dāng)太陽能電池板組件受到陽光照射時，太陽能電池板組件會產(chǎn)生直流電壓。太陽能電池板組件產(chǎn)生的電壓作為整個系統(tǒng)的電源輸入，但是太陽能電池組件產(chǎn)生的電壓容易受到太陽光的影響，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定。調(diào)壓電路用于使輸出電壓穩(wěn)定，為系統(tǒng)供電和給蓄電池充電。當(dāng)太陽能電池組件沒有輸入電壓時，電池為路燈和空氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)供電。

2.2 充放電控制模塊

為了保護(hù)蓄電池，延長蓄電池的使用壽命，必須控制蓄電池的過充、過放電。過充電控制電路通過檢測電池電量來判斷太陽能電池組件在對電池充電時是否處于過充電狀態(tài)。如果蓄電池處于過充電狀態(tài)，充電電路會及時斷開。當(dāng)電池處于過放電控制狀態(tài)時，判斷電池是否處于過放電狀態(tài)。如果蓄電池處于過放電狀態(tài)，將及時斷開開路。

2.3 光探測模塊

光檢測模塊選擇光敏電阻，也就是光敏電阻或光管。它通常由硫化鎘、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍組成。當(dāng)這些材料受到一定波長的光照射時，其電阻值會立即降低。利用光敏電阻阻值隨光強(qiáng)變化的特性，可以檢測出周圍環(huán)境中光強(qiáng)的變化。將光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過將輸出電平與比較器設(shè)定的電壓進(jìn)行比較來完成光強(qiáng)檢測。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 太陽能路燈模塊

之后，當(dāng)電池充滿電時，如果電池沒有充滿電，系統(tǒng)會檢測電池是否充滿電，當(dāng)電池電量低時，放電控制模塊會保護(hù)電池不過度放電，并關(guān)閉路燈。

3.2 終端節(jié)點模塊

終端節(jié)點上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后終端節(jié)點開始掃描，找出通信距離內(nèi)是否有協(xié)調(diào)器以及由協(xié)調(diào)器構(gòu)建的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。如果在通信距離內(nèi)有協(xié)調(diào)器構(gòu)建的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點申請加入Zigbee網(wǎng)絡(luò)，并獲得協(xié)調(diào)器分配的網(wǎng)絡(luò)短地址。如果連接不成功，則繼續(xù)申請加入網(wǎng)絡(luò)。終端節(jié)點成功進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，終端節(jié)點讀取傳感器數(shù)據(jù)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將讀取的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，然后終端節(jié)點周期性地將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器[2]。

3.3 協(xié)調(diào)員模塊

協(xié)調(diào)器上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后協(xié)調(diào)器開始掃描并選擇合適的信道，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符、擴(kuò)展地址、短地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)并啟動網(wǎng)絡(luò)。新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)成功建立后，協(xié)調(diào)器允許其他終端節(jié)點加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)并與之建立綁定。當(dāng)其他終端節(jié)點申請加入網(wǎng)絡(luò)時，它建立綁定并分配網(wǎng)絡(luò)地址。終端節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)接收終端節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，并通過串口傳輸將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)設(shè)計完成后進(jìn)行組裝調(diào)試，系統(tǒng)上電后太陽能路燈模塊通過檢測光照強(qiáng)度判斷是否需要開啟路燈，空氣環(huán)境監(jiān)測模塊的協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)并等待終端節(jié)點入網(wǎng)，終端節(jié)點入網(wǎng)后周期性的發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)，在上位機(jī)利用串口助手軟件查看環(huán)境數(shù)據(jù)。系統(tǒng)測試結(jié)果表明太陽能路燈在光照強(qiáng)度弱時能自動開啟路燈，光照強(qiáng)度強(qiáng)時能自動關(guān)閉路燈，傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確以及上位機(jī)顯示數(shù)據(jù)和終端節(jié)點所處環(huán)境數(shù)據(jù)基本一致，有較高可信度。

5 結(jié)語

在傳統(tǒng)太陽能路燈的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級改造，制作了太陽能自適應(yīng)節(jié)能裝置，該裝置安裝方便，只需要串接于電池和路燈之間即可。系統(tǒng)能夠根據(jù)未來天氣情況，結(jié)合蓄電池的剩余電量，對路燈的點亮?xí)r段及亮度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。