發(fā)布時(shí)間:2018/9/4 8:53:57 來源:本站
控制器是太陽能能路燈照明系統(tǒng)的核心部件,它的功能的好壞直接影響著太陽能路燈的使用壽命。針對(duì)目前市場上銷售的太陽能路燈控制器在蓄電池的保護(hù)上不夠充分,使用不合適的充放電控制方式易導(dǎo)致蓄電池?fù)p壞,使系統(tǒng)使用壽命降低的問題,為此2009年昌吉開關(guān)廠開始了改進(jìn)型太陽能路燈控制器的研制,經(jīng)過一年的研制,目前改進(jìn)型太陽能路燈控制器已投入市場,實(shí)踐證明改進(jìn)型太陽能路燈控制器在使用壽命、節(jié)能效果方面較以前產(chǎn)品有明顯改善。
太陽能路燈系統(tǒng)如圖一所示,它由太陽能電池、DC-DC變換器、蓄電池、控制器及驅(qū)動(dòng)電路及負(fù)載組成。
圖2控制器系統(tǒng)圖
Figure 2 Control system
圖一 太陽能路燈系統(tǒng)組成框圖
Figure 1block diagram of solar streetlight system
針對(duì)目前市場上控制器由于對(duì)于蓄電池的保護(hù)不夠充分,改進(jìn)型太陽能路燈控制器在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)充電方式采用了兩階段充電方式,即為保護(hù)蓄電池不過充,設(shè)定一恒壓充電閥值,當(dāng)蓄電池端電壓未達(dá)到這一閥值時(shí),太陽能電池工作在MPPT狀態(tài)以脈沖方式對(duì)蓄電池充電;當(dāng)蓄電池端電壓達(dá)到設(shè)定的閥值時(shí),采用浮充(恒定電壓)模式對(duì)蓄電池充電,當(dāng)蓄電池電壓與浮充電壓值相等時(shí)自動(dòng)停充;為避免蓄電池給負(fù)載供電時(shí)導(dǎo)致深度放電,縮短蓄電池的使用壽命,改進(jìn)型太陽能路燈控制器采用在線檢測蓄電池電壓來避免蓄電池發(fā)生過放現(xiàn)象,保護(hù)蓄電池,提高其使用壽命。
控制器系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示, 該系統(tǒng)以Atmega48單片機(jī)為核心。外圍電路主要由單片機(jī)工作基準(zhǔn)電壓供給電路、電壓采集電路、充電控制電路和負(fù)載輸出控制與檢測電路等部分組成。電壓采集電路包括太陽能電池板和蓄電池電壓采集, 用于對(duì)太陽光線強(qiáng)弱的識(shí)別以及蓄電池電壓的獲取。
Atmega48是基于AVR RISC、低功耗CMOS的8位單片機(jī),芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路,它具備AVR高檔單片機(jī)的性能和特點(diǎn),但由于其采用了小引腳封裝,所以其價(jià)格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)。
Atmega48單片機(jī)需要5v的供電,由于太陽能極板輸出電壓的不穩(wěn)定,設(shè)計(jì)中采用電源管理芯片LM2931對(duì)太陽板電池輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓后供給Atmega48單片機(jī)。電源電路如圖3所示。
圖3 電源電路
Figure3 PowerCircuit
控制器中主要有三路采樣信號(hào):太陽能電池輸出電壓、蓄電池端電壓和蓄電池工作電流。控制器電壓采樣信號(hào)經(jīng)高阻值精密電阻分壓得到,避免分壓電阻流過的電流對(duì)主電路和采樣電路的影響;電流采樣電路是利用霍爾電流傳感器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
圖4 電壓采樣電路
Figure 4 the voltage sampling circuit
圖4的電路包括三個(gè)部分:輸出電壓電阻分壓部分,通過這一部分得到0一3.3V的電壓;然后是一個(gè)二階濾波電路,以便減小高頻信號(hào)的干擾,得到平緩的直流電壓信號(hào),輸出端加一個(gè)穩(wěn)壓管,使輸出電壓不超過3.3v,其中跟隨器采用LM324,最后由Atmega48單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊的將采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
圖5 電流采樣電路
Figure 5Current sensing circuit
霍爾電流傳感器采用CSM025A型霍爾電流傳感器,它應(yīng)用霍爾效應(yīng)閉環(huán)原理的電流傳感器,能在電隔離條件下測量直流、交流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流,其電路如圖5所示。
溫度的檢測采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻進(jìn)行,其電路如圖6所示。
圖6 溫度檢測電路
Figure 6Temperature detection circuit
在單片機(jī)的基準(zhǔn)電壓源AREF兩端串聯(lián)熱敏電阻R11和電阻R12,單片機(jī)通過對(duì)R11和R12分壓點(diǎn)的采樣,從而對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行判斷,并進(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償。基準(zhǔn)電壓通過AREF引腳上加一個(gè)電容C5進(jìn)行解耦,以便更好的抑制噪聲。
充電電路采用功率場效應(yīng)管IPF3808S作為充電電路中的開關(guān)器件,并由單片機(jī)通過判斷蓄電池端電壓和太陽能電池電壓來決定是否充電。
在放電模塊中,同樣采用功率場效應(yīng)管IPF3808S,放電電路如圖7所示。
圖7放電電路
Figure7DischarglngControlCircu
放電過程如下:當(dāng)PB0輸出低電平時(shí),Q2截止,從而Q6導(dǎo)通,將蓄電池的負(fù)端和負(fù)載的負(fù)端接通,此時(shí)蓄電池為負(fù)載提供電源,蓄電池放電。當(dāng)PB0輸出高電平時(shí),Q2導(dǎo)通,從而Q6截止,將蓄電池的負(fù)端和負(fù)載的負(fù)端斷開,蓄電池停止對(duì)負(fù)載的供電。至于PB0何時(shí)輸出高電平,何時(shí)輸出低電平,通過單片機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)。
控制器在白天(光照強(qiáng)),控制太陽能電池向蓄電池充電,在晚上(光照弱),控制蓄電池向負(fù)載供電,所以可簡單的將系統(tǒng)的工作模式設(shè)定為強(qiáng)光照模式和弱光照模式,通過檢測太陽能電池輸出電壓確定系統(tǒng)工作在強(qiáng)光照模式還是弱光照模式,若太陽能電池輸出電壓大于3V,則系統(tǒng)進(jìn)入強(qiáng)光照模式;反之,則進(jìn)入弱光照模式,再根據(jù)蓄電池的荷電狀態(tài)確定系統(tǒng)具體的工作狀態(tài)。系統(tǒng)的工作模式和工作狀態(tài)如表1所示。
系統(tǒng)根據(jù)太陽能電池的輸出電壓對(duì)工作模式進(jìn)行判別,如果VPv≥3V,系統(tǒng)進(jìn)入強(qiáng)光照模式;如果VPv<3V,系統(tǒng)進(jìn)入弱光照模式。
在強(qiáng)光照工作模式下,控制器首先檢測蓄電池端電壓,判定蓄電池的工作狀態(tài),以確定蓄電池的充電方式,從而執(zhí)行相應(yīng)的流程操作。在任一工作狀態(tài)下,系統(tǒng)還要周期性的檢測太陽能電池端電壓,以判斷是否進(jìn)行工作模式的轉(zhuǎn)換;在某一工作狀態(tài)的進(jìn)程中,還要周期性的檢測蓄電池端電壓,以判斷是否進(jìn)行工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。強(qiáng)光照模式下的流程圖如圖8所示。
圖8 強(qiáng)光控制流程
Figure 8bright light control
進(jìn)入弱光照工作模式后,控制器首先檢測蓄電池端電壓,判定蓄電池的工作狀態(tài),以確定蓄電池能否為負(fù)載供電,從而執(zhí)行相應(yīng)的流程操作。在任一工作狀態(tài)下,系統(tǒng)還要周期性的檢測太陽能電池端電壓,以判斷是否進(jìn)行工作模式的轉(zhuǎn)換;在某一工作狀態(tài)的進(jìn)程中,還要周期性的檢測蓄電池端電壓,以判斷是否進(jìn)行工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。弱光照模式下的流程圖如圖9所示。
圖9弱光控制流程圖
Figure 9Low-light control
改進(jìn)型太陽能路燈控制器對(duì)充電方式采用了兩階段充電方式,為避免蓄電池深度放電,縮短蓄電池的使用壽命,采用在線檢測蓄電池電壓來避免蓄電池發(fā)生過放現(xiàn)象,經(jīng)實(shí)踐證明該控制器能有效地保護(hù)蓄電池,提高其使用壽命。
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