太阳能路灯远程智能控制系统

吕飞

摘 要：随着如今能源的渐渐匮乏，我们迫切需要一种可再生能源的出现，而太阳能无疑是我们最关注的能源之一，它应用于各个领域。目前太阳能路灯的使用也越来越广泛，如果我们把路灯都用太阳能供给电源，那么我们就可以想象这将是难估计的为人类提供以绿色环境。所以我们提出了一个具有科学性的设计理论——太阳能路灯远程智能控制系统。本设计是基于HT46F49E为核心器件为了达到远程智能控制和能源利用最大化而设计的，本设计是通过太阳能电池板给蓄电池充电从而达到能源零消耗，并在晚上路灯点亮的过程中通过实时监控电路的工作状态及时的通过GSM发送给工作人员以达到及时的抢修。此设计去除了如今太阳能路灯的弊端——电池板充电不能达到最大化，对光源的利用也不能达到最大化，此作品能充分利用光源使白天的充电过程最大化，并对线路的远程监控，实现了智能化。应用于实际生活能大大减轻工作人员的工作量。

关键词：太阳能能供给电源;远程智能控制;利用光源

1 概述

在经济快速发展能源急需与能源缺乏的21世纪，我们不得不为能源的问题考虑，本设计为了响应节约能源的号召设计了一个零污染最大利用太阳能的路灯智能远程控制系统。在可实现的基础上，通过运用太阳能板给蓄电池充电，当到达晚上时路灯就自动点亮。

本设计中体现出的是太阳能的充电的最大化，在充电的过程中通过对光强的监测来控制太阳能电池板的旋转接受最大的光照，从而实现光源利用的最大化。再一个就是在路灯工作的过程中也对线路实施实时监控，一旦出现线路的故障就通过无线通信告知管理人员发生故障以达到及时的抢修，让道路上更加安全，在这当中抢修人员可以在发送的信息上看到哪条路线出了故障并在现场的LCD显示屏上也可以看到是哪条线路出现了故障，这样就加快了抢修了速度，减轻了抢修人员的难度。

在普通路灯原有的基础上加以改进，使得此次的设计更加的具有市场价值性，更加的智能化性，最重要的是更加的经济环保性。

2 工作原理

2.1 盛群单片机核心

基于盛群单片机HT46F49E 的控制中心。

HT46F49E是经济型A/D 单片机，内置EEPROM 的8 位FLASH 型高性能精简指令集MCU，专门为需要A/D 转换的产品而设计，集成了多通道模数转换器和1 或者2 通道PWM 输出，暂停和唤醒功能、振荡类型选择、可编程分频器等功能，使得实际应用时只需要很少的外部器件。具有A/D 、PWM、低功耗、高性能、灵活的输入/输出口和低成本等特点。

2.2 理论原理

本设计是基于盛群单片机的电子控制系统，通过太阳能电池板在有光照的条件下能输出电压电流的原理，系统是由几个部分组合起来实现的，运用了三块单片机控制整个系统的运作。

在太阳能模块通过白天光能转换为电能储存在蓄电池当中，当夜晚来临时通过光线传感器来控制路灯的自动点亮，在工作的过程中系统对路线实施实时的监控，一旦发生故障单片机就收到一个信号，此时单片机就控制远程模块来告知管理者路线出现故障的状况。

在GSM模块中运用了通信系统的功能，当主控中心的MCU收到一个路线故障的信号时就控制主控中心的GSM向另一个GSM发送故障信息，在发送本条信息的同时也向工作人员的手机发送故障信息。

通过光线传感器监测光的值用AD转换，单片机通过AD转换的值来控制电机的旋转，使太阳能电池板一直保持在照射面积最大化的条件下，从而实现了充电的最大化。系统在几个部分的组合下形成了太阳能路灯远程智能控制系统。

2.3 系统功能

在太阳能模块中主要实现的功能是充分利用可再生资源，创造更大的价值，同时在夜晚工作的时候，主控制中心对线路状况实时检测，在主控中心的 LCD屏上显示出来，同时控制GSM模块发送两条信息，通知工作人员线路出现故障的消息并及时的抢修。

GSM模块的功能是实现远程的智能控制和监控现场的工作状态，达到更方便更快捷的对突发情况做出处理，做到更快更准。充电最大化的模块即实现对太阳能利用的最大化，在光照的过程中太阳能板随着光照强的方向旋转，实时的吸收光照的最大强度。该系统具有价格低、实用性强、可靠性、功能齐全、智能化的特点。

3 作品结构

3.1 系统构架概述

本设计是基于盛群单片机的电子控制系统，太阳能模块在有光照时自动给蓄电池充电，晚上则由单片机控制蓄电池给路灯供电，在供电的过程中运用电源监测传感器来对电路进行监测，当有电路供电不足或出现故障时，通过给单片机一个信号，同时单片机又给GSM模块发送一个信息，通知电路供电不足或电路故障，当供电不足时，发送故障信息;电路故障时则通过传感器来检测出故障线路，及时通知工作人员。在整个的过程中有LCD来显示系统的工作状态。本设计主要由太陽能模块框架，光的检测模块，电路的检测模块，GSM模块以及LCD的显示模块构成，总体结构如图3.1。

3.2 硬件部分

包括太阳能充电控制器模块、太阳能路灯现场控制模块、比较控制式太阳能跟随器模块、远程终端监控模块。

3.2.1 太阳能充电控制器模块。控制器是太阳能路灯收集能源的核心部分，以HT46F49E为主控MCU，主要实现的功能有：通过对太阳能电池板电压采样，采用PWM控制占空比的方式，实现对蓄电池限压恒流充电;对蓄电池防反冲，防过冲，负载短路保护。

3.2.2 太阳能路灯现场控制模块。现场控制模块是太阳能路灯工作状态的核心控制部分，以HT46F49E为主控MCU，检测太阳能路灯的工作状态，是否发生故障，检测到故障后，显示在现场液晶上，并通过GSM模块发送至远程监控端，实现自动检错，提高工作效率。

3.2.3 比较控制式太阳能跟随器模块。利用光敏电阻在光照时阻值和光电流发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻置于太阳能电池板控制器的东西两个边缘，采集电压送LM324放大，通过A/D转换比较大小，太阳能光垂直照射，光电流相同，比较电压大小相同，电机不转动，否则电机转动，直到太阳能电池板对准太阳，以此提高对太阳能吸收效率。

3.2.4 远程终端监控模块。现场控制端对现场故障的检测通过GSM模块传送至远程终端，当现场系统检测到问题，就向总部发送相应信息，以便进行维修和处理，此部分包含了一个GSM模块作为接收，用液晶12864显示现场端的故障。

3.3 软件部分

3.3.1 主程序流程图。在系统启动时，首先执行初始化，收集数据，判断是否满足条件，若满足，则是白天进行充电，若不满足则监测电池是否有电，若有则用太阳能电池供电，若无则用电源供电，若出现故障则通过GSM发送短信给手机，在手机上判断是否为故障或电源供应不足，若为供应不足那就通过手机控制系统转为市电源供电，如图3.3.1所示。

图3.1  系统框图          图3.3.1  主程序流程图

4 测试方法

4.1 整体结构图

如图4.1为太阳能路灯整体效果图，包括路灯支架，太阳能电池板和控制盒组成。

4.2 上电测试

4.2.1 PWM脉宽调制测试。改变光照强度，任意选定一个高于充电稳定值的电压和一个低于充电稳定值的电压，8V和30V，当太阳能电池板电压较高，高于稳压充电的稳定值12V，PWM调节的占空比为低于50%的对应值，相反当电压低于设置的参考值，PWM调节占空比高于50%的对应值。

4.2.2 现场控制端与远程控制终端LCD显示部分。路灯正常工作与路灯故障时，LCD显示不同以及移动端收到故障信息。

4.2.3 太阳能跟随器测试。如图4.2.3所示，当手电筒光源模拟的太阳移动时，太阳能电池板光线跟随器工作，在电机的驱动下太阳能电池板自动追踪光源，获得更多的太阳能。

图4.1                   图4.2.3

参考文献：

[1]周智敏，纪爱华.太阳能LED照明技术与工程应用[M].人民邮电出版社，2011.

[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2009.

[3]盛群公司.HT-IDE3000使用手册（简体中文版）.

[4]盛群公司.Cost-Effective I/O型单片机使用手冊 第二版（简体中文版）.