發(fā)布時間:2018/8/9 9:34:15 來源:本站
圖1 系統(tǒng)框圖
圖2 路燈系統(tǒng)供電部分設(shè)計框圖
圖3 路燈控制器部分設(shè)計框圖
圖4 主程序流程圖
圖5 蓄電池充放電控制子程序流程圖
本文設(shè)計的是一種基于風(fēng)光互補(bǔ)型的智能式LED太陽能路燈系統(tǒng),所謂智能式就是以風(fēng)光互補(bǔ)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池為主,以普通220V交流電補(bǔ)充電能為輔。此設(shè)計的系統(tǒng)主要分為四個部分,分別是:路燈系統(tǒng)供電部分、路燈控制器部分、系統(tǒng)蓄電部分、路燈輸出部分。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
路燈系統(tǒng)供電部分設(shè)計框圖如圖2所示。此部分主要有光電探測器、風(fēng)速傳感器、太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、市電供電、MOSFET(開關(guān)管)。其中光電探測器是為了探測外界環(huán)境的光照強(qiáng)度,即判定是白天還是晚上,以調(diào)整系統(tǒng)供電類型。白天時太陽能電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)給蓄電池充電,晚上或無風(fēng)等情況時LED路燈由蓄電池供電,當(dāng)蓄電池供電不足時市電供電。風(fēng)速傳感器目的是監(jiān)控風(fēng)速,將探測信號傳遞給系統(tǒng)的控制部分。太陽能電池和的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇都要考慮到蓄電池的容量以及當(dāng)?shù)氐奶鞖鈼l件。而決定風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)參數(shù)主要包括額定風(fēng)速、輸出功率及電壓[3]。
路燈控制器部分設(shè)計框圖如圖3所示。此部分主要包括ARM處理器、均衡電路、電壓電流采集電路、風(fēng)機(jī)過載保護(hù)電路、充放電及供電切換電路。ARM處理器采用LM3S9B96,是整個系統(tǒng)中的核心地位。該處理器分析處理采集模塊采集的數(shù)據(jù)后,控制充放電及供電切換電路、風(fēng)機(jī)過載保護(hù)電路電壓電流采集電路,最后由均衡電路做出調(diào)整。ARM處理器通過PWM對充放電及供電切換的電路進(jìn)行控制[3]。
該部分主要是蓄電池,蓄電池在整個系統(tǒng)中也是起著重要作用,太陽能電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出存儲在蓄電池中。當(dāng)蓄電池過充后,太陽能電池停止對其充電,風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出切換到卸載上,也停止對蓄電池的充電。蓄電池的容量和電壓是首要考慮的,此系統(tǒng)中的蓄電池的容量受天氣情況、路燈的發(fā)光時間和亮度等影響。
路燈輸出部分的設(shè)計包括LED路燈負(fù)載、卸載和軟開關(guān)。考慮到蓄電池過充時,而風(fēng)力發(fā)電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)情況下的充電流很大,瞬間的快速短路產(chǎn)生的巨大沖擊電流容易對控制部分和軟開關(guān)造成損壞,并且頻繁的控制動作會減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用壽命。這樣在蓄電池過充時,卸載逐漸加載,緩慢降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,減小沖擊電流對控制部分和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的沖擊,增加系統(tǒng)的安全性。
主程序流程圖圖4所示:
本系統(tǒng)主程序在完成自檢及初始化后,讀取工作模式、蓄電池類型、卸載類型等,然后進(jìn)入風(fēng)光互補(bǔ)選擇程序,其中包括白天、黑夜判斷程序和風(fēng)速判斷程序。白天黑夜的判斷可以通過光電探測器探測到的信號來判斷,也可以根據(jù)太陽能電池兩端的電壓來判斷。蓄電池是整個太陽能路燈系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵,而蓄電池的壽命是最主要控制因素。蓄電池充放電子程序的設(shè)計可以對蓄電池的充放電進(jìn)行智能控制,防止過充和過放。蓄電池的端電壓為U1,額定充電電壓為UH,極限放電電壓,脈沖占空比D,占空比的上下限分別為DH和DL。蓄電池充放電子程序流程圖如圖5所示。
本文介紹了一種基于風(fēng)光互補(bǔ)型的智能式LED太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計,該系統(tǒng)采用風(fēng)光互補(bǔ)和市電供電的供電方式,提升了路燈運行的水平,充分利用太陽能和風(fēng)能,降低了耗電量。有一定的市場前景,但還需要軟件的優(yōu)化。
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