太陽能路燈的控制電路設計

賀廉云

摘要： 本文設計了一個基于單片機AT89S52的太陽能路燈控制電路，由光伏電池、蓄電池、負載和控制器四個部分組成。白天有陽光時光伏電池將電能儲存在蓄電池中，晚上蓄電池放電供路燈照明。在充放電控制器的作用下系統(tǒng)可自動調節(jié)充電和放電模式。太陽能路燈安全、環(huán)保、節(jié)約能源，在光伏發(fā)電應用領域具有重要的地位。

關鍵詞： 太陽能路燈；單片機；采樣

中圖分類號：TP391.8 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2015）06-

Abstract：This paper designed a solar streetlight charge-discharge controller based on single chip AT89S52， the system is composed of a photovoltaic cell， a battery， a load and a controller . During the day with ample sunshine， photovoltaic batteries generate electricity and charge the battery； at night， the battery discharge with providing electricity to the street lights. The system can adjust the charging and discharging mode automatically by the charge and discharge controller. Solar streetlight is safety， environmental protection， energy saving，which holds an important position in the application area of photovoltaic power generation.

key words：Solar Streetlight； SCM； Sampling

在各式各樣的新能源中，太陽能以其清潔、廉價的特點成為新能源當中最理想的可再生能源，開發(fā)利用太陽能具有重大戰(zhàn)略意義。我國大部分地區(qū)太陽能資源豐富，將太陽能轉化為電能可有效解決能源危機，綠色環(huán)保，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。太陽能路燈照明系統(tǒng)就是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，因其擁有無可比擬的經濟、實用以及節(jié)能等優(yōu)點，使得其可見應用越來越廣泛，并表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢與卓越潛力。

1 太陽能路燈控制器設計

路燈控制系統(tǒng)工作原理：白天光伏電池向蓄電池充電，晚上蓄電池提供電力供路燈照明。所以蓄電池將構成一個充放電循環(huán)。太陽能路燈照明控制電路包括光伏電池、蓄電池、路燈和控制器四部分。設計中采用AT89S52單片機，并將其作為智能核心模塊。外圍電路主要包括太陽能電池電壓采樣模塊、蓄電池電壓采樣模塊，鍵盤電路模塊、LED顯示模塊、充放電控制模塊等[1]。圖1是太陽能路燈控制器結構設計圖。

2 單片機智能控制模塊[2]

太陽能路燈控制器選擇ATMEL公司的8位單片機At89s52為核心的智能控制模塊，在整體上具有低功耗、性能高的特點。

2.1 單片機振蕩電路

單片機振蕩電路如圖2所示。

2.2 復位電路

復位電路如圖3所示，電路結構簡單，穩(wěn)定可靠。

3 電源電路模塊設計

系統(tǒng)正常工作電壓為 5V，系統(tǒng)采用 12V/24V 的鉛酸蓄電池供電，蓄電池電壓不穩(wěn)定，所以需要對電源進行穩(wěn)壓。本系統(tǒng)采用 LM7805三端穩(wěn)壓器，其輸入電壓在 5～24V 時均可以保證輸出為穩(wěn)定的+5V。LM7805 組成穩(wěn)壓電源只需要很少的外圍元件，使用起來非常方便，工作穩(wěn)定可靠[3]。系統(tǒng)電源電路如圖4所示。

4 采樣模塊設計

太陽能電池采樣和蓄電池采樣對于系統(tǒng)正常運行起著非常重要的作用。太陽能路燈控制器要合理對蓄電池充放電進行控制，即需對蓄電池、太陽能電池板電壓進行采樣。為此，AT89S52 單片機就要外接 A/D 轉換模塊，把電壓轉換為數(shù)字信號，系統(tǒng)選用 V/F 轉換芯片 LM331 組成數(shù)模轉換電路[4]。 在系統(tǒng)采樣設計中，為了防止因為外部因素導致 AT89S52 程序跑飛或死機，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，在 LM331 與單片機之間還需增加單通道的高速光電隔離器 6n137[5]。

圖5為太陽能電池板采樣電路圖。系統(tǒng)蓄電池采樣和太陽能電池板采樣電路相同。

5 充放電控制電路設計

本設計中單片機產生 PWM 信號，通過光電耦合器TLP250控制功率場效應管IRF5305的柵極開斷，以達到控制充電的目的。TLP250 既有直接驅動場效應管的能力，又能滿足 PWM 調制的要求，而且還對強電電路和弱電電路進行有效的隔離。

5.1 充電電路設計[6]

充電電路采用蓄電池負極與電池板負極直接連接，通過控制正極連接處的MOS 管通斷，來控制充電方式。PWM信號為高電平時，TLP250 導通，輸出為高電平，MOS 管截止，太陽能電池板與蓄電池斷開。PWM 信號為低電平，TLP250 截止，輸出為低電平， MOS 管導通，太陽能電池板與蓄電池連接。充電電路接 MBR2060，防止反充。 充電電路如圖6所示。

5.2 放電電路設計[6]

電路采用蓄電池負極與負載接地端直接連接，通過控制負載與蓄電池正極連接處的 MOS 管通斷，來控制負載工作與否。當控制信號為高電平時，TLP250 導通，蓄電池通過電阻 R6，穩(wěn)壓管 D2 形成回路，MOS 管導通，蓄電池向負載供電，負載工作?？刂菩盘枮榈碗娖綍r，TLP250 截止，穩(wěn)壓管接地，不再形成有效電壓，MOS 管截止，蓄電池不能向負載供電，負載停止工作。

6 太陽能路燈主程序流程圖

系統(tǒng)通過對光伏電池電壓的數(shù)據(jù)采集，判斷當前系統(tǒng)工作是在白天還是夜間。如果是白天，根據(jù)蓄電池電壓值的不同，控制光伏電池按預定的方式給蓄電池充電。若是夜間，則控制蓄電池放電，負載工作。系統(tǒng)主程序流程圖如圖8所示。

7 結束語

近年來我國在太陽能路燈的開發(fā)上投資很大，太陽能路燈逐漸在我國普及開來。本文設計了一種基于AT89S52的智能太陽能路燈控制器，文中介紹了太陽能路燈控制器的基本功能，進行了控制系統(tǒng)的整體設計，根據(jù)蓄電池的充放電特性完成了太陽能路燈控制器的電路設計，給出了系統(tǒng)硬件設計和程序流程圖。目前太陽能路燈系統(tǒng)仍然有一些較難解決的問題。某種程度上太陽能路燈系統(tǒng)的好壞是由其儲能環(huán)節(jié)的質量決定的，因此，通過合理控制充放電模式以得到最好的能源存儲，延長其使用壽命，提高系統(tǒng)的利用率是繼續(xù)研究的方向。

參考文獻：

[1]何朝陽，戴君，吳立琴.太陽能路燈控制器的設計[J].電力電子技術，2006（12）：70-73.

[2]陳汝全.實用微機與單片機控制技術[M].北京：電子科技大學出版社，2005：80-93.

[3]姜威.實用電子系統(tǒng)設計基礎[M].北京：北京理工大學出版社，2004：10-30.

[4]吳理博，趙爭鳴，劉建政.用于太陽能照明系統(tǒng)的智能控制器[J].清華大學學報（自然科學版），2003，43（9）：1195-1198.

[5]楊曉光，寇臣銳，汪友華.太陽能LED路燈照明控制系統(tǒng)的設計[J].電氣應用，2009，28（3）：28-30.

[6]彭路明.新型太陽能路燈控制電路的設計與實現(xiàn)[D]. 烏魯木齊：新疆大學， 2009： 15-23.