發(fā)布時(shí)間：2018/10/8 9:23:08 來源：本站
1.1 光伏太陽能LED路燈的組成
光伏太陽能LED路燈由光伏太陽能電池組件、光控單元、智能控制器、蓄電池、發(fā)光負(fù)載等組成，如圖1所示。
圖1 光伏太陽能LED路燈組成
技術(shù)特性包含以下幾個(gè)方面：發(fā)光效率在20lm/W以上，節(jié)能效果顯著；光電智能控制器集保護(hù)、光敏自控、時(shí)控裝置于一體，以提高其性價(jià)比、延長其使用壽命；智能控制器中預(yù)先存儲(chǔ)了全球不同緯度地區(qū)的全年日照時(shí)間數(shù)據(jù)，方便用戶按照其實(shí)際所在位置進(jìn)行輸入設(shè)置，保證系統(tǒng)能夠自動(dòng)跟蹤光照情況；在較大范圍內(nèi)應(yīng)用時(shí)，幾乎不存在啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)差。
1.2 光伏太陽能LED路燈的工作原理
太陽能光伏發(fā)電利用太陽能電池組件依據(jù)光生伏特效應(yīng)將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能輸出，并將電能儲(chǔ)存于蓄電池，由智能控制器控制其充電過程。夜晚當(dāng)控制器檢測到照度降低至10lux以下，同時(shí)組件開路電壓將至4.5V時(shí)，啟動(dòng)蓄電池放電給燈頭滿足照明需要。
2.1 控制器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
控制器硬件系統(tǒng)組成如圖2所示，該系統(tǒng)利用STC12C5410AD單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，外圍電路用以實(shí)現(xiàn)太陽能電池板開路電壓采集、蓄電池電壓采集及充放電控制、負(fù)載過流與短路保護(hù)。
圖2 控制器硬件系統(tǒng)
STC12C5410AD系列單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)法8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，4路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換；具有可編程的8級(jí)中斷源4種優(yōu)先級(jí)，片內(nèi)資源豐富、集成度高、使用方便。
太陽能電池板電壓檢測用于光照強(qiáng)度的識(shí)別判斷，保護(hù)電路能夠?qū)崿F(xiàn)電池板反充、反接保護(hù)。P3.5引腳接鍵盤F2鍵用于自檢和完成“當(dāng)前值加1”功能。蓄電池電壓檢測完成當(dāng)前蓄電池工作電壓的識(shí)別功能，充放電保護(hù)用于防止蓄電池過充、過放。若蓄電池充電電壓高于設(shè)定的保護(hù)閾值15V時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷充電回路；若蓄電池電壓降低至維護(hù)電壓13.2V時(shí)，進(jìn)入浮充過程；若蓄電池電壓繼續(xù)下降至11V至13.2V之間，則進(jìn)入勻充狀態(tài)；直至蓄電池電壓降到11V以下時(shí)，控制器自動(dòng)切斷發(fā)光負(fù)載供電回路。根據(jù)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）原理，單片機(jī)給出PWM信號(hào)調(diào)節(jié)電池板輸出電壓。
系統(tǒng)具有完善的負(fù)載輸出控制與過流、短路保護(hù)功能。過流與短路保護(hù)包含兩級(jí)保護(hù)：前級(jí)保護(hù)采用軟、硬件結(jié)合的方式，由電阻、運(yùn)算放大器及比較器配合單片機(jī)外部中斷和A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)；后級(jí)保護(hù)利用電子保險(xiǎn)絲在流經(jīng)電流超過整定值時(shí)，其溫度上升、阻值增大的特性達(dá)到電路保護(hù)目的。
此外，在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)還應(yīng)注意：將感應(yīng)雷保護(hù)置于電池板引線的入口；防止太陽能電池板反接應(yīng)采用快速恢復(fù)二極管；保護(hù)電路取樣電阻的阻值選擇應(yīng)充分考慮工作電流、功率和熱穩(wěn)定性要求。
2.2 控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
控制器硬件系統(tǒng)對應(yīng)的軟件程序包含主程序、中斷子程序、充放電管理子程序、鍵盤處理子程序等。以KeilC編譯器的Windows集成開發(fā)環(huán)境μvision2作為軟件開發(fā)平臺(tái)，采用C51高級(jí)語言編寫軟件程序。限于篇幅，僅給出電壓檢測子程序流程圖，如圖3所示。
鶴壁市國立光電股份有限公司對于本設(shè)計(jì)的實(shí)際改造項(xiàng)目給予了大力協(xié)助與支持，在鶴壁市淇濱區(qū)仕佳光電子工業(yè)園區(qū)沿河路上已裝設(shè)了采用本設(shè)計(jì)的光伏太陽能LED路燈。圖4為實(shí)際拍攝的應(yīng)用圖片。
圖3 電壓檢測子程序流程圖
圖4 本設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用圖片
本文給出了光伏太陽能LED路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其在實(shí)際應(yīng)用中的情況表明該路燈整體結(jié)構(gòu)簡約、美觀，各環(huán)節(jié)之間匹配性好，運(yùn)行狀況良好，社會(huì)認(rèn)可度較高。但對于光伏太陽能LED路燈的初投資問題仍需要在日后的研究中給予更多的關(guān)注。
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