基于单片机的太阳能路灯照明控制系统设计

杨文杰

（国网乌鲁木齐供电公司，新疆乌鲁木齐 830011）

基于单片机的太阳能路灯照明控制系统设计

杨文杰

（国网乌鲁木齐供电公司，新疆乌鲁木齐 830011）

就目前的情况看，太阳能是非常干净、没有任何污染、可以持续使用的能源之一，取之不尽，用之不竭。在目前各种化石能源逐渐减少的现在，太阳能资源是替代其他化石资源的重要能源之一。将太阳能作为路灯能源的来源，白天的时候太阳能电池板可以为蓄电池充电，晚上的时候蓄电池可以为路灯提供电能，在建设的过程中，不需要敷设复杂的管线，灯具可以进行任意的调整，并且没有任何污染，安全环保。基于单片机的太阳能路灯照明系统的工作情况相对稳定，运行效果良好。

单片机；太阳能路灯；照明控制系统

随着我国城市化发展的不断加快，城市建设的规模越来越大，路灯是城市建设过程中最基础的部分，为城市照明以及美化城市的过程中有着非常重要的作用。目前，大部分城市在建设路灯的过程中，都是采用人力进行的，建设成本较高，能源消耗较大，与目前可持续发展的战略相冲突。一款建设成本较低、节约能源性能较好的路灯控制系统，已经成为城市建设发展过程中必须品。

1 太阳能路灯系统

太阳能路灯控制系统主要是由太阳能电池板、蓄电池、灯具、控制箱、灯杆等组成的。太阳能路灯系统的核心控制系统如图1所示。

图1 太阳能路灯系统的核心组成

这样的太阳能系统是由太阳能电池方阵（含电池的支架）、路灯控制箱（内部设置有蓄电池组、路灯控制器等）、LED路灯照明灯头、路灯灯杆等几部分组成的。灯头主要是使用1W功率的LED白光集成在电路板上，并按照一定间距进行排列的平面发光源。LED技术有21世纪新光源的称号，是在白炽灯、日光灯、高压气体之后的新一代的光源，LED灯具有节能、无污染、使用时间长、没有频闪、安全、控制性能良好、直流供电等多种优点。路灯控制箱的箱体主要是采用不锈钢的材料布置的，既美观又实用，路灯控制箱内布置的铅酸蓄电池与相应的充放电控制元件，其中在设计充放电控制器的时候，需要考虑好控制器的功能以及花费的成本，功能上控制器需要具有光控、时间控制、过放保护控制、过充电保护控制以及接反电保护控制等性能，具有良好的性价比。

2 系统硬件电路设计

在对单片机太阳能路灯照明进行控制设计的过程中，主控制器采用AT89C52单片机，主要是经过总线与系统中各模板进行连接。设置系统工作时间，因为时间不同，工作状态也不相同。采用光敏感电阻器对路灯所处环境的光亮程度进行检测，并经过转换芯片将收集的信息进行转换，之后发送给单片机。单片机对这写信息进行相应的处理后，再经过继电器对路灯的工作状态进行控制。通常情况下，路灯的工作时间分布情况为：每日0时-次日6时是路灯节能的时间，路灯需要处在半电压的情况下工作；而9时-0时则是处在全电压的情况下工作，其他的时间需要根据实际环境的光线情况对泸路灯的亮暗情况进行控制。

2.1 键盘电路设计

键盘S1，S2，S3分别接在单片机P2.4，P2.5，P2.6上，其中S1设置为模式选择键，主要用来控制数码管现实的模式（蓄电池的电压情况、太阳能电池板的电压、负载工作时间）。S2，S3则分别显示控制负载工作时间的增减情况，每次的增减时间为15min。

2.2 电源电路模块设计

太阳能路灯控制系统正常工作的时候电压为5V，主要采用12V/24V的铅酸蓄电池进行供电，当蓄电池的电压不稳定的时候，需要提供相应的电压进行稳定控制，该系统采用LM7805三端稳压器，当输入的电压在5～24V之间的时候，可以保证输出的电压稳定在+5V左右。LM7805三端稳压器组成稳定的电源只需要少部分的元件，这样使用更加方便，系统的工作情况更加稳定。

2.3 蓄电池电压采样电路设计

在整个太阳能单片机照明系统中，蓄电池是非常重要的设备，白天的时候蓄电池可以将电池板采集的太阳光转换成电能存储起来，等到天色暗下去的时候再将其转换成电能输送到照明设备上。智能控制系统所使用的电源也是由蓄电池提供的。蓄电池采样电路主要使用的是V/F转换器LM331。LM331转换器是美国NS公司生产的具有高性价比的集成芯片，可以当做精密频率的电压转换器。

LM331使用的是新的温度补偿能隙基准电路，在太阳能单片机照明系统工作的时候，在温度范围以内或者是降到4.0V电源电压的时候都会输出准确的数据，此外，LM331转换器的动态范围相对交宽，可以达到100dB；LM331转换器的线性非常好，最大的非线性失真低于0.01％，工作状态下的LM331转换器工作频率降到0.1Hz的时候还有非常好的线性；LM331转换器的变换精度较高，数字分辨率可以高达12位；外接电路也相对简单，只需要介入几个外部元件就可以方便转换器进行电路转换，并且很容易确保转换的精度。蓄电池电压的采样电路如图2所示。

图2 采样电路

2.4 环境光线检测模块

基于单片机的太阳能路灯照明控制系统设计使用的是光敏电阻与ADC0832模拟数字转换器相结合的方式进行检测，工作的原理是当照射在光敏电阻上的光线亮度发现变化的时候，光敏电阻的电阻值也会发生变化，光线变强电阻值变小，光线变弱电阻值变大，ADC0832可以将电压信号转换为数字信号，发送给单片机，保证单片机可以对环境的明暗程度的信号进行分析并作出相应的处理。

3 系统软件程序设计

3.1 白天充电子程序

白天太阳能电池板会收集相应的太阳光，转换器会将其转换成化学电能储存起来，单片机可以通过蓄电池对路灯设置充电策略，这样可以有效地控制电能的使用，有效地提高蓄电池的使用寿命。单片机设置的充电方式有三种：（1）快速充电阶段，充电电路的输出等于路灯使用的电流源。路灯的电流源输出情况与蓄电池的工作情况有着非常密切的联系，在整个充电的过程中，输出的电源流会对整个蓄电池的电压进行自动监测，如果电压达到转换条件的时候，会自动转换成下一个充电方式；（2）过充阶段。这个时候设计的充电电路会对蓄电池设置一个更高的电压，如果蓄电池的电压持续达到设置的于要求时2，电路会自行认为蓄电池已经充满，这时会转换到浮充阶段。（3）浮充阶段。该阶段主要是对蓄电池设计一个准确的浮充电压，确保路灯在晚上时可以正常工作。

3.2 夜间放电子程序

夜间放电子程序主要对蓄电池进行放电保护，防止过放。12V系统蓄电池负载切断电压是1 111.9V（可调），24V系统切断电压是22.823 8V（可调）。夜间放电子程序的另一个主要功能是控制开灯时间。

4 结束语

本文主要AT89C52单片机设计了一个太阳能单片机照明系统，实现了路灯可以按照时间以及光源双重的控制方式，经过试验，太阳能AT89C52单片机照明系统工作情况稳定、安全，相较于其他的控制系统更加智能化，可以大幅度的节省电能，降低施工成本，满足节能的要求。

[1]辛智广，于春荣，王树彬.LED路灯智能控制系统设计方案[J].科技传播，2016，（5）：178.

[2]吴正茂.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.

[3]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.

Design of Solar Street Lighting Control System Based on Single Chip Microcomputer

Yang Wen-jie

On the current situation，solar energy is very clean，there is no pollution，one can continue to use the energy，inexhaustible.At present，a variety of fossil energy is gradually reduced，solar energy resources is an alternative to other fossil resources，one of the important sources of energy.The solar energy as a source of street energy during the day when the solar panels can charge the battery at night when the battery can provide power for the street，in the construction process，do not need to lay a complex pipeline，lamps can be adjusted arbitrarily，And there is no pollution，safety and environmental protection.Based on the single-chip solar street lighting lighting system work is relatively stable，the operation is good.

MCU；solar street light；lighting control system

TM923

A

1003-6490（2016）08-0092-02

2016-08-10

杨文杰（1978—），甘肃武威人，男，工程师，主要从事电力系统自动化及通信的设计运维工作。