太陽能物聯(lián)網(wǎng)路燈控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉 洋，周 進(jìn)

（南京普天大唐信息電子有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

太陽能路燈因其節(jié)約能源、安裝方便、維護(hù)簡單等優(yōu)勢被大量應(yīng)用。伴隨著智能城市概念的推廣，太陽能路燈領(lǐng)域也正在進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。物聯(lián)網(wǎng)太陽能控制器相較于普通太陽能控制器可以減少管理人員日常巡燈，可以依據(jù)天氣調(diào)整照明亮度，可以實(shí)時(shí)獲知運(yùn)行參數(shù)。太陽能物聯(lián)網(wǎng)控制器可以檢測太陽能板和蓄電池的電壓，通過數(shù)據(jù)分析把各個(gè)部件的運(yùn)行情況上報(bào)至后臺(tái)。管理人員依據(jù)后臺(tái)數(shù)據(jù)可以精準(zhǔn)維修有故障的控制器。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

系統(tǒng)包含兩塊主板，一塊主板為傳統(tǒng)的太陽能控制器，另一個(gè)為通信主板。兩塊主板上的核心主控芯片均為stm32f030c8t6。通信主板上采用中移物聯(lián)的ML302模塊，負(fù)責(zé)太陽能控制的主板的主要電路有BUCK和BOOST，兩塊主板之間通過串口通信線連接。

太陽能物聯(lián)網(wǎng)控制器協(xié)調(diào)太陽能板、蓄電池及LED負(fù)載的工作，是光伏系統(tǒng)重要的組成部件，如圖1所示[1]。運(yùn)行過程中，太陽能物聯(lián)網(wǎng)控制器采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并將采集數(shù)據(jù)通過通信主板向后臺(tái)發(fā)送。當(dāng)管理人員需要操控光伏系統(tǒng)時(shí)，可以通過后臺(tái)向太陽能物聯(lián)網(wǎng)控制器發(fā)送控制指令，而控制器在得到指令后執(zhí)行相應(yīng)的操作。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)中有指示燈，可以依據(jù)指示燈判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)遇到陰雨天氣時(shí)，后臺(tái)可以向太陽能物聯(lián)網(wǎng)控制器發(fā)送節(jié)能命令。太陽能物聯(lián)網(wǎng)控制器收到節(jié)能命令后，整個(gè)光伏系統(tǒng)會(huì)工作在節(jié)能模式下，從而更加高效地使用能源。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包含兩塊主板。太陽能控制器主板上有MCU、PWM充電電路、BOOST放電電路、充電檢測電路、LDO、以及外部通信電路等。通信主板上有MCU、DC-DC、LDO、電平轉(zhuǎn)化、開關(guān)電路以及通信模組等。其中，充電電路如圖2所示，充電電流檢測電路如圖3所示。

3 軟件設(shè)計(jì)簡述

太陽能控制器主板上面的軟件主要由初始模塊、空閑模塊、充電模塊、放電模塊、公用模塊、中斷模塊和學(xué)習(xí)模塊7個(gè)部分構(gòu)成，如圖4所示。學(xué)習(xí)模塊主要是獲取控制器運(yùn)行的一些基本參數(shù)，空閑模塊運(yùn)行的條件是控制器既不滿足放電也不滿足充電，充電模塊運(yùn)行的條件是太陽板電壓高于電池電壓，放電模塊運(yùn)行的條件是太陽板電壓低于開燈電壓，中斷模塊則主要處理一些需要實(shí)時(shí)處理的數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)相關(guān)的通信功能[2]。

太陽能控制器主板上主程序的主要邏輯是上電后進(jìn)行系統(tǒng)初始化。根據(jù)當(dāng)前的控制器狀態(tài)或指令，執(zhí)行空閑、放電、充電以及休眠等函數(shù)。設(shè)計(jì)每天復(fù)位2次，復(fù)位前寫入或清除欠壓字與測試字。充電后復(fù)位1次，放電后復(fù)位1次，防止控制器進(jìn)入異常工作狀態(tài)，確保控制器穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 充電電路

圖3 充電電流檢測電路

圖4 通信主板軟件框架圖

太陽能控制器主板上空閑程序的主要邏輯是初始上電或復(fù)位后進(jìn)入空閑狀態(tài)，檢測電池電壓與太陽板電壓，判斷控制器是否滿足充電或放電狀態(tài)，滿足任意一種狀態(tài)則退出空閑狀態(tài)并執(zhí)行相應(yīng)程序。

太陽能控制器主板上學(xué)習(xí)程序的主要邏輯是控制器在生產(chǎn)階段內(nèi)部EEPROM數(shù)據(jù)為空，沒有型號(hào)、配置參數(shù)等信息，在學(xué)習(xí)階段需將型號(hào)與配置參數(shù)等信息配置完成。不同的控制器在硬件上會(huì)存在差異，同時(shí)電流或電壓的采樣可能會(huì)與理論值存在一定的偏差。為了避免存在電壓或放電電流與實(shí)際值存在較大偏差，獲取與保存電壓與放電電流的基準(zhǔn)值，同時(shí)清除故障次數(shù)、欠壓字、欠壓次數(shù)地址等數(shù)據(jù)。

通信主板上面的軟件主要有定時(shí)查詢模塊、定時(shí)上報(bào)模塊、異常處理模塊、指示燈模塊和計(jì)時(shí)模塊。定時(shí)查詢模塊每30 s向控制器發(fā)送一次狀態(tài)查詢指令，定時(shí)上報(bào)模塊依設(shè)定時(shí)間按時(shí)上報(bào)狀態(tài)參數(shù)給后臺(tái)。異常處理模塊是聯(lián)網(wǎng)失敗或者模組狀態(tài)未知進(jìn)行關(guān)機(jī)處理。指示燈模塊用來表示模組處于何種狀態(tài)。計(jì)時(shí)模塊根據(jù)從服務(wù)器獲取的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)針對(duì)定時(shí)查詢參數(shù)、上報(bào)參數(shù)、心跳等動(dòng)作進(jìn)行計(jì)時(shí)。

通信主板上主程序的主要邏輯是上電后模組進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，模組正常聯(lián)網(wǎng)后處理輸入及輸出緩沖池內(nèi)容。模組異常情況下，計(jì)時(shí)20 min復(fù)位重啟。

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了太陽能物聯(lián)網(wǎng)控制器，傳統(tǒng)的太陽能控制器與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合使太陽能系統(tǒng)可以更加高效和節(jié)能，太陽能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以有效減少管理人員的巡查工作。