基于51的太阳能LED 路灯的设计与实现

朱 黎，陈雨佳

（陕西工业职业技术学院 陕西 咸阳 712000）

随着科学技术的迅速发展，世界能源危机日益严重，利用常规能源已不能适应世界经济快速增长的需要，开发和利用新能源越来越引起各国的重视。太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”安全可靠、无噪声、无污染和可再生的能源越来越受到重视[1]。

加之现今光伏技术的逐渐成熟，利用光伏发电成为解决能源问题的一大途经。随着可持续发展的不断深入，人们在积极开发各类可再生新能源的同时也在倡导节能减排的绿色环保技术而在照明领域，寿命长节能安全绿色环保色彩丰富微型化的LED固态照明也已被公认为世界一种节能环保的重要途径[2]，太阳能LED路灯同时整合了这两者的优势。

1 系统的整体方案设计

本论文主要研究方向是太阳能LED路灯的研究，其核心部件为蓄电池控制器和路灯控制器。蓄电池控制器是控制太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给负载供电的自动控制设备，能自动防止蓄电池过充电和过放电，有效的保护蓄电池，延长使用年限。路灯控制器是整个系统的核心部分，能够按照需求对路灯的亮灭状态进行自动控制，采用光线控制、红外控制及定时控制相结合的方式实现最优管理。

1.1 系统的整体结构

系统由太阳能电池组件部分、LED光源、蓄电池控制器[3]、路灯控制器、蓄电池、红外传感器[4]、光线传感器等几部分构成。太阳能电池板的设计对系统的抗风设计非常有利。

图1 系统结构Fig.1 System structure

1.2 系统的功能目标

1)白天太阳能电池给蓄电池充电，夜晚蓄电池自动供电照明。

2)对LED照明的光强进行控制，声、光控电路可以根据不同外界条件控制照明。

3)可通过手持遥控器控制路灯，并且能够获取路灯状态信息，完成故障检测。

4)能够显示并设置系统的供电时间。

2 硬件的整体设计

太阳能LED能路灯系统由太阳能电池板、蓄电池控制器、蓄电池、路灯控制器、显示器等部分组成。由太阳能电池板采集太阳光能转换为电能通过蓄电池控制器储存到蓄电池中，蓄电池控制器对蓄电池进行监控，防止蓄电池过充和过放。路灯控制器由AT89S52主控电路、红外检测电路[4-5]、光线检测电路、按键、DS1302时钟电路、LED恒流源驱动电路、LCD12864显示电路等组成。

2.1 红外检测电路

红外检测电路以LM339为核心元件，用红外对管检测物体状态，用电位器调节红外对管检测物体的灵敏度。红外发射管发出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物时，红外反射回来被接收管接收，经过LM339比较器处理后输出一个低电位信号到单片机[6]；当检测方向没有障碍物时，输出一个高电位信号到单片机。

图2 红外检测电路Fig.2 Infrared detection circuit

2.2 LED恒流源驱动及调光电路

LED恒流源驱动电路采用连续电感电流导通模式的降压恒流源驱动器PT4115，采用高端电流采样设置LED平均电流，通过DIM引脚可以接受模拟调光和很宽范围的PWM调光。当DIM的电压低于0.3 V时，率开关关断，PT4115进入极低工作电流的待机状态。DIM端连接单片机P3.2脚，对路灯的开关和亮度进行控制。

3 软件设计

本系统软件采用模块化程序设计的方法，主要由主控制程序、开机界面子程序、键盘服务子程序、定时子程序、光控开关灯子程序等部分组成。

图3 LED恒流源驱动及调光电路Fig.3 The LED constant current source driving and dimming circuit

软件的主要设计思想是：根据时间来选择模式,系统有时钟信息，判断白天和黑夜，白天用光控模式，根据外界光线明暗来控制路灯，只有在白天光线很暗时开启路灯。晚上用自动调节模式，能根据交通情况来自动开启路灯（灯始终随着人的移动来方向来开启，经过的地方路灯及时关闭）。分别设定灯的开启和关闭时间。时间设定的优先级最高，只要时间在设定范围内，路灯一直亮，范围外按白天光控模式，晚上自动调节模式控制。工作时，可以显示系统时间，每个灯的定时时间，灯的亮灭状态，工作模式。在工作界面按确认键可以进入菜单来设置参数。

图4 系统软件设计流程图Fig.4 System flow chart of software design

4 系统测试

通过对蓄电池控制器各项参数的调整，以下是模拟充电得到的参数：当模拟蓄电池的电压低于10.8 V，蓄电池停止对负载供电，同时黄灯亮；当模拟蓄电池的电压在11～14.4 V之间，对蓄电池充电，同时红、绿灯亮；当模拟蓄电池的电压高于14.4 V，停止对蓄电池充电，同时绿灯亮。

5 结论

蓄电池控制器是系统的核心部件之一，针对蓄电池充电的特殊要求，本文巧妙地采用对蓄电池电压进行采样，和基准电压进行比较，自动对充放电状态控制，省却了专用的充电管理芯片高昂的费用，降低成本。由路灯控制器有单片机控制，根据环境明暗程度、开关灯时间、过往行人情况综合处理，控制LED路灯的亮灭方式，进行优化管理，节省能源，使系统能稳定有效地运行。防止蓄电池过度充放电，更好地保护了蓄电池，延长了整个太阳能路灯系统的使用年限。因而，本文设计的太阳能LED路系统具有较高的实用价值，对太阳能路灯的推广起到了促进作用，是有益的尝试。

[1]曹莹.基于Atmega48太阳能路灯控制器研究[J].电子设计工程，2012，20（22）：179-182.CAO Ying.Atmega48 solar street lamp controller based research [J].Electronic Design Engineering,2012，20（22）：179-182.

[2]李余兴，马建仓，叶祥.太阳能LED路灯的研制[J].电子设计工程，2012，20（1）：113-115.LI Yu-xing,MA Jian-cang,YE Xiang.The development of solar LED street light [J].Electronic Design Engineering,2012，20（1）：113-115.

[3]徐曼珍.阀控式密封蓄电池及其在通信中的应用[M].北京：人民邮电出版版社,1998.

[4]丁伟.太阳能发电自动跟踪控制系统研究与实现[D].南京：南京航空航天大学，2010.

[5]周杏鹏.传感器与检测技术[M].北京：清华大学出版社2010.

[6]蔡振江.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社,2011.