基于单片机的太阳能LED路灯的设计

李卢　肖宝　秦港权　芦瑞东

【摘 要】伴随着城市道路的高速发展，人们对高新节能光电路灯照明的需求与日俱增，太阳能LED路灯作为典型的绿色照明光源，具有广阔的应用前景，要结合太阳能资源、气候条件、控制方式等因素，进行合理的太阳能LED路灯的设计，确保太阳能LED路灯节能、可靠的工作，满足人们对高性能照明的要求。

【关键词】太阳能；LED；路灯；照明；光源；光伏

随着传统能源的不断消耗，人们对新能源的应用也更加关注，尤其对于可再生、清洁的太阳能更是首当其冲。太阳能路灯作为一种太阳能的应用领域，随着城建设和交通的发展，日益受到关注，太阳能路灯的灯具采用更加环保节能的白光LED照明灯。本设计中路灯的控制部分采用了以STC12C5410AD单片机为核心，外围电路包括电压采集、负载输出控制、检测、LED显示及键盘等部分。

1 太阳能路灯系统

太阳能路灯系统属于独立的太阳能光伏发电系统，其由太阳能电池板、蓄电池、灯具、控制箱、路灯杆等组成。太阳能路灯系统的核心组成，如图1所示。

图1 太阳能路灯系统的核心组成

该系统由太阳能电池方阵（包括电池支架）、路灯控制箱（内有蓄电池组、控制器等）、LED照明灯头和路灯杆等几部分组成。灯头部分采用1W功率的LED白光集成于电路板上排列为一定间距的点阵来作为平面发光源。LED有21世纪新光源之称，是继白炽灯、日光灯、高压气体灯后的第四代光源，具有节能、光效高、寿命长、无频闪、直流供电、便于控制、安全、可靠性强等特点。路灯控制箱箱体采用不锈钢材质，美观耐用，箱内布置铅酸蓄电池和相应的充放电控制元件，其中的充放电控制器和核心的设计环节，要考虑功能和成本，功能上具备光控、时控、过放保护、过充保护和反接保护等，实现较好的性价比。

2 太阳能路灯控制器

太阳能控制器是应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、交直流负载的工作，是光伏系统中最重要的组件，维护整个太阳能光伏系统安全、可靠、高效的运作。光伏电源系统的运行参数进行实时高速采集，并按照一定的控制规律由软件程序对单路或多路光伏电池阵列进行接通和断开控制。利用光伏效应原理制成的太阳能电池白天接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器存储于蓄电池组中，夜晚当光线暗下来后，利用充放电控制器自动检测光度，控制蓄电池对灯头放电，为了保护蓄电池，避免过放电，蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器自动动作，进行切换，蓄电池放电结束。此控制器对12V和24V蓄电池能自动识别，可以对蓄电池进行科学管理，还能对蓄电池过压、欠压等运行状态有所指示，且有两路负载输出，每路负载的额定电流可达到5A，两路负载根据实际需要，可随意设置为分时点亮、同时点亮或单独定时等多种工作方式，此控制器还可对负载实现短路、过流等保护功能，具有较高的智能化和自动化水平。

3 道路照明的规划设计

3.1 倾角设计

为了让太阳能电池在一年中接收到更多的太阳辐射能，提高太阳能的利用率，一定要结合当地的维度，合理设置太阳能电池组件的最佳倾角。

3.2 抗风设计

在太阳能路灯系统设计中，抗风设计是一个需要特别重视的问题，抗风设计主要包括灯杆的抗风设计和电池组件支架的抗风设计两大块。

3.3 灯具布置

道路照明设计应根据场所和道路的特点，并结合照明要求，选择高杆照明方式或常规照明方式。常规照明灯具的布置可分为双侧交错布置、双侧对称布置、单侧布置、中心对称布置和横向悬索布置五种方式，具体选择哪一种，要结合实际选择，采用常规照明方式时，应根据道路宽度、横断面形式及照明要求进行选择。[1]

3.4 照明设计

对于现代社会，城市道路建设是城市建设的关键，夜晚色彩斑斓、交相辉映的灯光是现代城市经济发展和文明进步的象征，因此，道路照明与道路建设需同步进行。在规划设计上，需根据道路宽度和绿化隔离带情况，采用单排、双排或单、双臂照明，选用一定色调、高度、形状、灯杆的灯具与周围环境协调配置，使道路照明壮观、亮丽，真正成为城市亮点和旅游观光景点。

4 结束语

该太阳能LED路灯的控制器系统，是以STC12C5410AD单片机为核心，达到了对蓄电池及负载运行的有效管理，提高了太阳能电池板的利用率，延长了蓄电池的使用寿命，可以防止因线路问题而造成意外事件的发生，具有成本低廉、设计可靠的特点，具有较高的应用推广价值。

太阳能路灯操作简单、设备可靠、使用方便、节能环保，充分体现了太阳能利用的多种优势，特别适合于偏远地区、牧区、部分山区使用，在城市及郊区道路、广场均可配置太阳能路灯，其应用必将受到越来越多的重视。

【参考文献】

[1]唐琼，等.LED照明控制系统在道路照明的应用研究[J].中国住宅设施，2013.

[2]贾瑞匣.基于单片机的太阳能LED路灯控制器设计[J].电子测试，2013.

[3]吴正茂，等.基于STC单片机的太阳能LED路灯控制器设计[J].中国科技财富，2012.

[4]张可儿，等.基于单片机的智能太阳能路灯设计[J].电子科技，2014.

[5]谢锡明.城市道路照明相关情况简介[J].科学咨询，2012.

[6]沈玉东.江苏典型县城光环境及其管理研究[D].苏州科技学院，2011.

[责任编辑：王楠]