太阳能路灯的控制电路设计

贺廉云

摘要： 本文设计了一个基于单片机AT89S52的太阳能路灯控制电路，由光伏电池、蓄电池、负载和控制器四个部分组成。白天有阳光时光伏电池将电能储存在蓄电池中，晚上蓄电池放电供路灯照明。在充放电控制器的作用下系统可自动调节充电和放电模式。太阳能路灯安全、环保、节约能源，在光伏发电应用领域具有重要的地位。

关键词： 太阳能路灯；单片机；采样

中图分类号：TP391.8 文献标识码：A 文章编号：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

在各式各样的新能源中，太阳能以其清洁、廉价的特点成为新能源当中最理想的可再生能源，开发利用太阳能具有重大战略意义。我国大部分地区太阳能资源丰富，将太阳能转化为电能可有效解决能源危机，绿色环保，实现可持续发展。太阳能路灯照明系统就是独立光伏发电系统，因其拥有无可比拟的经济、实用以及节能等优点，使得其可见应用越来越广泛，并表现出显著优势与卓越潜力。

1 太阳能路灯控制器设计

路灯控制系统工作原理：白天光伏电池向蓄电池充电，晚上蓄电池提供电力供路灯照明。所以蓄电池将构成一个充放电循环。太阳能路灯照明控制电路包括光伏电池、蓄电池、路灯和控制器四部分。设计中采用AT89S52单片机，并将其作为智能核心模块。外围电路主要包括太阳能电池电压采样模块、蓄电池电压采样模块，键盘电路模块、LED显示模块、充放电控制模块等[1]。图1是太阳能路灯控制器结构设计图。

2 单片机智能控制模块[2]

太阳能路灯控制器选择ATMEL公司的8位单片机At89s52为核心的智能控制模块，在整体上具有低功耗、性能高的特点。

2.1 单片机振荡电路

单片机振荡电路如图2所示。

2.2 复位电路

复位电路如图3所示，电路结构简单，稳定可靠。

3 电源电路模块设计

系统正常工作电压为 5V，系统采用 12V/24V 的铅酸蓄电池供电，蓄电池电压不稳定，所以需要对电源进行稳压。本系统采用 LM7805三端稳压器，其输入电压在 5～24V 时均可以保证输出为稳定的+5V。LM7805 组成稳压电源只需要很少的外围元件，使用起来非常方便，工作稳定可靠[3]。系统电源电路如图4所示。

4 采样模块设计

太阳能电池采样和蓄电池采样对于系统正常运行起着非常重要的作用。太阳能路灯控制器要合理对蓄电池充放电进行控制，即需对蓄电池、太阳能电池板电压进行采样。为此，AT89S52 单片机就要外接 A/D 转换模块，把电压转换为数字信号，系统选用 V/F 转换芯片 LM331 组成数模转换电路[4]。 在系统采样设计中，为了防止因为外部因素导致 AT89S52 程序跑飞或死机，提高系统稳定性，在 LM331 与单片机之间还需增加单通道的高速光电隔离器 6n137[5]。

图5为太阳能电池板采样电路图。系统蓄电池采样和太阳能电池板采样电路相同。

5 充放电控制电路设计

本设计中单片机产生 PWM 信号，通过光电耦合器TLP250控制功率场效应管IRF5305的栅极开断，以达到控制充电的目的。TLP250 既有直接驱动场效应管的能力，又能满足 PWM 调制的要求，而且还对强电电路和弱电电路进行有效的隔离。

5.1 充电电路设计[6]

充电电路采用蓄电池负极与电池板负极直接连接，通过控制正极连接处的MOS 管通断，来控制充电方式。PWM信号为高电平时，TLP250 导通，输出为高电平，MOS 管截止，太阳能电池板与蓄电池断开。PWM 信号为低电平，TLP250 截止，输出为低电平， MOS 管导通，太阳能电池板与蓄电池连接。充电电路接 MBR2060，防止反充。 充电电路如图6所示。

5.2 放电电路设计[6]

电路采用蓄电池负极与负载接地端直接连接，通过控制负载与蓄电池正极连接处的 MOS 管通断，来控制负载工作与否。当控制信号为高电平时，TLP250 导通，蓄电池通过电阻 R6，稳压管 D2 形成回路，MOS 管导通，蓄电池向负载供电，负载工作。控制信号为低电平时，TLP250 截止，稳压管接地，不再形成有效电压，MOS 管截止，蓄电池不能向负载供电，负载停止工作。

6 太阳能路灯主程序流程图

系统通过对光伏电池电压的数据采集，判断当前系统工作是在白天还是夜间。如果是白天，根据蓄电池电压值的不同，控制光伏电池按预定的方式给蓄电池充电。若是夜间，则控制蓄电池放电，负载工作。系统主程序流程图如图8所示。

7 结束语

近年来我国在太阳能路灯的开发上投资很大，太阳能路灯逐渐在我国普及开来。本文设计了一种基于AT89S52的智能太阳能路灯控制器，文中介绍了太阳能路灯控制器的基本功能，进行了控制系统的整体设计，根据蓄电池的充放电特性完成了太阳能路灯控制器的电路设计，给出了系统硬件设计和程序流程图。目前太阳能路灯系统仍然有一些较难解决的问题。某种程度上太阳能路灯系统的好坏是由其储能环节的质量决定的，因此，通过合理控制充放电模式以得到最好的能源存储，延长其使用寿命，提高系统的利用率是继续研究的方向。

参考文献：

[1]何朝阳，戴君，吴立琴.太阳能路灯控制器的设计[J].电力电子技术，2006（12）：70-73.

[2]陈汝全.实用微机与单片机控制技术[M].北京：电子科技大学出版社，2005：80-93.

[3]姜威.实用电子系统设计基础[M].北京：北京理工大学出版社，2004：10-30.

[4]吴理博，赵争鸣，刘建政.用于太阳能照明系统的智能控制器[J].清华大学学报（自然科學版），2003，43（9）：1195-1198.

[5]杨晓光，寇臣锐，汪友华.太阳能LED路灯照明控制系统的设计[J].电气应用，2009，28（3）：28-30.

[6]彭路明.新型太阳能路灯控制电路的设计与实现[D]. 乌鲁木齐：新疆大学， 2009： 15-23.