浅析太阳能路灯智能控制系统设计

陈志刚

摘 要：笔者依托绿色的“太阳能”能源，对太阳能路灯智能控制系统进行了研究，对其软硬件组成进行阐述，并进行了必要的测试过程。首先太阳能板通过光敏电阻进行太阳光的跟踪，从而保证阴雨天系统也能在短日照的情况下将蓄电池充满；其次将时控和光控的方法相结合，一方面减少时控法的频繁改变时间设置；另一方面提升光控法的抗干扰能力；再次，在省电目的的驱使下，当检测到深夜行人较少时会对路灯进行特定时间的自动熄灭，对行人较多的时间设置路灯的自动开启；最后对电池的充电问题进行设计，通过过充过放电的保护来提升电池的使用寿命。通过实践检验发现，系统能够实现光自动跟踪方面的低误差，且蓄电池的充放电情况也能够满足相应的要求，有一定的研究和应用价值。

关键词：太阳能 路灯 智能控制系统 设计

中图分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0071-01

太阳能作为近些年越来越凸显的绿色能源，在环境问题越来越凸显的今天，正在更多的受到人们的关注和研究。尤其是在近些年，随着能源的逐渐紧缺和环境问题的影响日趋严重，人们开始将目光投向节能领域和可再生能源方面。太阳能是目前人类已经发现并且能够很好掌控的一种“可再生”能源，其“取之不尽用之不竭”的特点让人们非常喜爱。路灯系统是人们日常生活中不可缺少的重要系统，但同时也是常见的能源消耗点。太阳能路灯一定程度上具有了LED固态照明和太阳能光伏发电两种技术的精髓，将光源和能源进行了整合，相对于传统的照明工具来说，不仅省去了电缆的铺设和配电线路的预处理，而且也不需要投入人力对系统进行控制，只需要一次性的投入便可以获得低维护成本和高长效收益的不错效果，并且不存在对环境的威胁，因此，对太阳能路灯智能控制系统的研究具有重要的意义。

1 设计方案

通过将LED路灯与其他传统路灯的各项数据进行比较，能够找到太阳能路灯系统的特性，从而得到实际中需要实现的功能，如：灯的亮度随着光线的强弱而变化，极强和极弱时自动关闭和开启；在阴雨天三天以内保证路等正常照明；蓄电池容量和充放电状态等能够控制；对太阳角度进行自动跟踪；对电池板功率进行计算并选用。

2 系统设计

2.1 系统总体结构

在光照情况下，太阳能路灯系统的电池组件会自动手机太阳光的能量，将这些光能转化为电能并进行存储，对蓄电池进行蓄电过程，而在无光照情况下，太阳能路灯系统会自动转为对通过路灯控制处理器对蓄电池进行放电控制，让路灯照明。各部分电路根据其功能不同有着不同的设计实现方法。具体系统图（如图1）。

2.2 系统基本组成和功能

整个系统的基本组成部分包括灯杆、蓄电池、LED灯头、控制器、太阳电池组件和支架等。其中太阳能电池板和组件要求有一定的工作效率，能够承担整个系统的核心部分的功能，同时也是成本和价值最高的组件。太阳能电池板将太阳的辐射能转化为有用的电能，并将电能传递给蓄电池让其进行贮存。系统的抗风设计是非常有必要的，该组件的LED灯是通过蓄电池进行供电的。太阳能控制器主要是用来对蓄电池进行保护，防止过度充放电。蓄电池则主要用于贮存多于电能以备需要时使用。

3 详细设计

3.1 硬件系统设计

太阳能智能路灯系统可以采用单片机作为控制系统的核心，单片机是一种低能耗的处理器，可在系统中编程flash存储。使用高密度非易失性存储器能够很大程度上提升系统的工作效率。系统通过太阳能进行供电，24 V的蓄电池电压在稳压之后产生5 V的固定电压成为控制主电源，高频电容旁路将高频信号接地。系统如出于过充、过放状态则立即断开电路，以保护蓄电池。太阳能自动跟踪模块的控制通过光敏电阻来完成，在光强比较控制方式下实现自动跟踪，使数据采集部分能够及时地反应出太阳光线较小或较大的变化。在太阳能接收器上面设置阻挡物圆筒，在圆筒内外多个方向上分别放置光敏电阻，从而构成一个与电池板在同一平面的传感器，用来调整太阳能板的角度。

3.2 软件系统设计

软件系统主要采用KeilC进行编制，通过程序将设定的时间与系统当前时间进行比较，设定比较的间隔为1秒一次，当时间相同时，通过程序输出控制信号，来对驱动电路进行驱动。

4 系统测试

在整个系统设计完成之后，重点对系统的充放电控制和自动跟踪两个功能进行了测试，过程如以下两点。

4.1 过充过放模块测试

在某实验处对2节蓄电池进行外接负载的过充过放模块检测，对蓄电池电压与太阳电池板电压的线性关系进行考量、对蓄电池白天电压进行跟踪和记录、对蓄电池黑夜电压的维持状态进行记录，结果显示本系统中的蓄电池过充过放控制良好，控制正常。

4.2 自动跟踪模块测试

在某市固定位置以半小时为单位让系统对太阳的方位和高度进行跟踪。在测试前设定初始时间和初始位置、步进电机以1度的最小转动递增量变化转动方向、每次电机转动均进行记录、将系统偏转角与太阳实际角度进行对比。根据测量结果发现，本系统能够较为精准的对太阳光高度和方向进行跟踪，并进行自动的调节，误差的出现在允许范围之内。

5 结论

本文中，笔者通过对太阳能路灯只能控制系统的设计和测试发现，该系统在精确度和实用性方面能够满足要求，出现的误差在允许范围之内；在时控和光控方法的结合下，对两方法的弊端都能够产生较好的规避效果，从而实现了智能控制；在蓄电池充放电策略方面，简单的计算和运用能够实现电池寿命的最大化，具有很高的参考价值。

参考文献

[1] 刘春.基于太阳能的嵌入式路灯控制系统的研究与应用[D].南京航空航天大学，2010.

[2] 周昶，马磊，吴春泽，等.使用超级电容的太阳能路灯系统的仿真研究[J].照明工程学报，2010（3）.

[3] 陈维，沈辉，丁孔贤，等.太阳能LED路灯照明系统优化设计[J].中山大学学报：自然科学版，2005（S2）.