發(fā)布時間:2018/7/16 10:03:52 來源:本站
近年來,人們開始關注到再生能源,而再生能源在整個能源消耗中也占有較高的使用比例。太陽能是目前較為常見的一種再生能源,符合我國低溫光熱利用范疇,具有一定的構建價值,且與太陽能相關的技術研究也日趨成熟。太陽能路燈就是典型的太陽能光伏發(fā)電應用產(chǎn)品之一,它是以太陽能作為電能供給,用來提供夜間道路照明。因為不需要消耗電網(wǎng)電能、不需要架設輸電線路或挖溝鋪設電纜,不污染環(huán)境、安全可靠,因而在公共照明及亮化裝飾領域有著廣闊的前景。本文以單片機設計為基礎,設計出了一種太陽能路燈只能控制系統(tǒng),該系統(tǒng)可自動控制太陽能路燈的充電時間、點亮時間等功能設定。
太陽能路燈系統(tǒng)由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池組、燈具等部分組成、)若需輸出電源為交流220v 或110v,還需要配置逆變器、)太陽能路燈系統(tǒng)結構如圖1所示。
圖1 太陽能路燈系統(tǒng)的結構
太陽能路燈系統(tǒng)是利用太陽能電池的光生伏特效應原理,白天太陽能電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生一定的電動勢,通過控制器對蓄電池進行充電,將光能轉換為電能貯存起來蓄電池充電到一定程度時控制器內的自動保護系統(tǒng)動作,切斷充電電源。到夜晚或路燈周圍光照度較低時,蓄電池通過控制器給照明燈供電。當蓄電池所儲存的電能放完時,控制器要控制蓄電池不被過放電,保護蓄電池、控制器控制著蓄電池的供電,到設定的時間后切斷,保證蓄電池的正常使用,整個系統(tǒng)還具有限荷保護和防需裝置,以保護系統(tǒng)設備的過負載運行及免遭需擊,保證系統(tǒng)設備的安全。
在太陽能路燈系統(tǒng)中,太陽能控制器是整個路燈系統(tǒng)中的核心部件,它控制著整個系統(tǒng)使其合理穩(wěn)定地運行,它的性能在一定程度上決定了整個路燈系統(tǒng)的性能好壞。控制器的主要功能對蓄電池的充放電進行控制,防止=蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方,控制器還應具備溫度補償功能。
基于ATmega128L單片機太陽能路燈包括太陽能電池、路燈控制器、VRLA蓄電池和LED路燈。其中主控新芯片運用了ATmega128L單片機微處理器,以便更好的完成路燈系統(tǒng)的正常運行和智能控制。ATmega128 單片機是以AVR RISC結構為基礎的一種低功耗CMOS微處理器。該處理器內的執(zhí)行時間為單周期指令執(zhí)行,含有較強的指令集,故其數(shù)據(jù)吞吐率可達1 MIPS/ MHz,可有效減輕系統(tǒng)處理速度和功能耗損方面的矛盾。
如圖2所示,控制器首先經(jīng)電壓電流對太陽能電池進行采樣檢測,同時將電壓電流輸出,然后主控芯片ATmega128L 在MPPT算法控制下自動對Sepic電路開關器件進行控制,實現(xiàn)IGBT在系統(tǒng)內的通斷,是供電點跟蹤技術發(fā)揮最大化的作用,同時也提高了整個照明系統(tǒng)的功率點,提高太陽能路燈照明系統(tǒng)的使用效率。
圖2 系統(tǒng)結構
4.1 硬件設計
4.1.1 采樣電路設計
太陽能光伏路燈照明系統(tǒng)內的單片機采樣電路主要依靠太陽能電池和VRLA蓄電池實現(xiàn),共同采用了其電壓與電流。根據(jù)電阻器分壓原理電壓采樣可獲得電壓值采樣,再啟動電壓跟隨器隔離和運算放大器,單片機轉換濾波后的低通濾波器,為保證電流采樣的有效進行,需將較小的電阻串聯(lián)在電路負極,通信后可將電路放大,然后進入單片機轉換。
4.1.2 Sepic電路設計
speic電路是太陽能光伏路燈照明系統(tǒng)中的直流-直流變換器(DC-DC Converter),處于DC-DC光伏路燈照明系統(tǒng)中,IGBT是Speic電路內的開關器件,其驅動電路型號是TLP250。相對于傳統(tǒng)的Boost升壓電路和Buck電路而言,Sepic電路的電壓輸出具有較為廣泛的范圍,可用公式表示為:。
4.1.3 蓄電池充電電路設計
光伏路燈照明系統(tǒng)的充電電路設計采用VRLA蓄電池,該蓄電池的充電芯片為UC3906,是保證VRLA蓄電池完成最佳充電的關鍵,可滿足系統(tǒng)充電的全部檢測功能和控制功能;鶞孰妷旱木_性是UC3906芯片的重要特征,隨著環(huán)境和溫度的變化,基準電壓也會發(fā)生相應的變化,且變化規(guī)律遵循VRLA蓄電池電壓運作過程中的溫度特性,以確保VRLA蓄電池可在較大溫度差內實現(xiàn)最佳充電狀態(tài)。在太陽能路燈照明系統(tǒng)中,VRLA蓄電池的具體充電過程為:接通輸入電壓Vin后,進行Q2導通,處于恒流充電階段時系統(tǒng)內存在最大工作電流,當VRLA蓄電池端內有95%過充電壓時,系統(tǒng)進入過充電狀態(tài),整個系統(tǒng)的充電電流開始下降,當降至VRLA蓄電池的截止電流時,蓄電池進入浮充轉臺,電平從電壓比較器輸出后,VRLA蓄電池指示燈亮起,表示電量充足。
4.2 軟件設計
基于ATmega128L微處理器太陽能路燈控制系統(tǒng)采用了GCC編譯環(huán)境,采用高級編程語言L設計和模塊化設計思想,具有移植性高的特點。系統(tǒng)內的各個模板參數(shù)出入一致,相互關聯(lián),利于整個系統(tǒng)的設計和修改,減少不必要的時間,縮短了程序設計和開發(fā)周期。信號采樣模塊、最大功率跟蹤算法模塊、初始化模塊、LED路燈驅動模塊、主程序、VRLA蓄電池充放電模塊是組成系統(tǒng)的六大模塊,具體程序設計圖如圖3所示。
圖3 主程序設計
經(jīng)測試證明,該控制器具有良好的啟動性能,蓄電池的充電過程能夠達到預期的要求。當蓄電池電壓過低時,能夠自動啟動開關管,斷開放電回路實現(xiàn)了蓄電池的過放保護,而且可以針對不同的蓄電池設定參數(shù),進行溫度補償。
|
||