智能太阳能路灯控制系统的设计

田晓翠

摘要：随着全球环境的影响，开发清洁能源越来越重要，人们在积极开发新能源的同时也在倡导节能减排的绿色环保技术。而太阳能是一种清洁的可再生能源，它的研究具有很大的价值。

关键词：太阳能;单片机;智能控制器

一、引言

在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能有其独特的优势，在任何有光的地方都可以使用，特别适用于住宅、室外照明、工业区、城市道路等地方。本设计采用单片机作为控制器的核心来实现智能化控制的太阳能路灯系统，同时，利用电压采集模块采集太阳能电池板电压，实现光控;结合时钟模块确定准确时间，可以确定一年四季，控制器可以根据季节的变化来自动控制灯照明的时间。

二、智能太阳能路灯概述

1、智能太阳能路灯的定义

智能太阳能路灯是在太阳能路灯的基础上增加了传感器，通过各种传感器可以收集来自外界的信息，然后再根据不同情况利用控制器来控制路灯的状态，从而实现智能化。

2、工作原理

太阳能路灯的工作原理是把太阳能转化为电能达到照明效果，路灯顶端是太阳能电池板，太阳能光伏组件是由多晶硅组成的，白天这些多晶硅吸收太阳能把太阳能转化为电能存储在蓄电池中，在控制系统中，太阳能电池板经过太阳光的照射，把太阳能光从而转变成电能，白天太阳能电池组件持续向蓄电池组充电，到了晚上，通过太阳能智能控制器，把电能传送给光源，从而使得太阳能路灯在夜晚达到照明的效果。太阳能电池系统主要由太陽能电池板，控制器，蓄电池，灯照明电路组成。

太阳能电池板其工作原理是将太阳光的辐射转换成电能，然后储存在蓄电池中，在天黑的时候，将蓄电池中储存的能量输出为照明电路供电。

在太阳能路灯系统中，通过太阳能电池板将辐射能转化成的电能就储存在蓄电池中，再由控制器控制使其路灯进行工作。为了延长蓄电池的使用寿命，用控制器来实现蓄电池电压进行过充过放电。该控制器还加入了光控，时控功能，实现太阳能路灯系统智能化。

三、路灯控制器的硬件设计

智能太阳能路灯系统由电源模块、控制单元及驱动单元组成，其组成框图如图3.1所示。本设计采用AT89C51单片机作为核心控制器，将太阳光采样并转换成电来驱动LED 的显示功能。利用单片机来控制路灯的亮度和照明时间，进而达到节约能源的目的。该系统可以根据天气自动调节路灯亮度，是一种新型的节能环保装置。

1、单片机

单片机是整个路灯控制器的智能核心模块，PLC单片机内部的A/D转换模块达不到系统精度要求。所以本系统采用AT89C51，该单片机成本低，功耗低，而且具有高性能CMOS 8位的微处理器和8K字节的系统存储器。

2、电源电路设计

BT1和C1为单片机以及LED 提供电源，白天有太阳照时，光伏电池产生电能，通过二极管D0将电能储存进超级电容器C1，D0可以保证超级电容器中的电流不倒流入光伏电池。此时A 点电位上升，三极管Q1基极为高电平，Q1导通，B点电位为低，致使三极管Q2关断，超级电容器储存的电能无法送到单片机，单片机无电源，处于未启动状态，路灯处于熄灭状态当夜晚降临，阳光减少，光伏电池上储存的电量开始降低，致使A 点电位降低，Q1关断，超级电容器储存的电能开始令B 点电位上升，Q2开通，单片机上电，路灯被点亮，整个路灯系统开始运行。

3、光控电路

电路中反向接入光敏二极管，在一定范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射PN结，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，流过PN结的电流随着光照强度的增加而增加，此时的反向电流称为光电流。当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。白天光照使光敏二极管导通，Q1基极为高电位，Q1导通则单片机引脚低电平有效。夜晚光敏二极管截止，Q1也截止，引脚高电平有效。

四、路灯控制器的软件设计

1、总体软件设计思想

为了节约能源，本设计分析太阳能路灯在一天内的三种运行状态：第一阶段18：00-20：00，进入黑暗时段，光线逐渐变暗，此时智能太阳能路灯开始工作，由于不是全黑暗，所以此时路灯的亮度不是最亮。第二阶段20：00-12：00，光线最暗，此时路灯亮度到达最大。第三阶段12：00-5：00，这段时间路面亮度也较低，灯的亮度不是最亮。然后再到第一阶段，不断重复这个过程。

2、单片机算法流程图

通过整体思路分析，太阳能灯的亮度调节主要靠单片机来实现。其算法如下图4.1所示：

4.1单片机算法流程图

当单片机上电时，程序自动运行，当P1输出高电平时，驱动LED1发光，此时路灯亮为第一阶段，经延时2个小时后P2与P3口同时输出高电平，LED2与LED3也开始发光，路灯亮度级别为第二阶段，依次类推直到P1，P2，P3口全部输出低电平，此时路灯彻底熄灭。

五、结论

本设计给出了智能太阳能路灯系统设计的总体思路，在此基础上分析了其硬件和软件部分。分析了系统如何实现太阳能路灯随着光亮自动调节路灯亮度，从而实现能源有效利用，不浪费。太阳能路灯利用太阳能电池板，白天接收太阳能转化为电能，通过放电控制器储存在蓄电池中，晚上照度逐渐降低，充放电控制器检测出该值进行工作，蓄电池向灯头放电。

参考文献：

[1]张虎.路灯照明节能控制方式探讨、甘肃科技、2008年、24卷、第9期、138-139页。

[2]张涛，丁光训.道路照明中用太阳能路灯的探讨、2009年、第1期、22-24。

（四川工商学院 四川省成都市 611745）