基于路灯二次开发的新能源共享充电桩

杨颖琦　冯凯　刘千瑞　胡建强

摘 要：随着社会经济的发展，移动终端成为人们出行必备之物，而在景区、步行街等户外场所，移动终端存在充电难的问题，同时传统路灯能源消耗量较大。基于此，本项目拟设计一种以单片机为核心控制器，以太阳能作为供电能源，具有无线充电功能的新型节能路灯系统。该系统包括电源模块、状态监控模块、LED市政路灯、直流无线充电桩模块和通信模块。本项目的系统是基于市政路灯的二次开发，可避免单独占用土地资源，且利用太阳能作为部分电力来源，具有节能、环保的特点。

关键词：共享经济；单片机；新能源；共享充电；绿色发展

中图分类号：TM910.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）35-0015-02

Abstract： With the development of social economy， mobile terminals have become the necessary things for people to travel. However， in outdoor places such as scenic spots and pedestrian streets， mobile terminals are difficult to charge， and the energy consumption of traditional street lamps is also large. Based on this， this project plans to design a new energy-saving street lamp system， which uses single-chip microcomputer as the core controller， solar energy as the power supply and wireless charging function. The system includes power module， state monitoring module， LED municipal street lights， DC wireless charging pile module and communication module. The system of this project is based on the secondary development of municipal street lamps， which can avoid occupying the land resources alone， and use solar energy as part of the power source， with the characteristics of energy saving and environmental protection.

Keywords： sharing economy； single chip microcomputer； new energy； shared charging； green development

1 基于路灯二次开发的新能源共享充电系统

本文中的新能源共享充电桩，是以单片机为核心，基于以太阳能、市能为能源的新型节能路灯，搭建的新能源共享充电系统。系统模块图如图1所示。

该系统是基于嵌入式技术，研制一种以单片机为核心的基于路灯二次开发的新能源共享充电桩。系统通过太阳能电池板收集能源，辅以市电作为能源，为路灯供电的同时可对移动设备进行充电。太阳能板收集的能源储存在蓄电池中，控制器通过对蓄电池电压的采集，判断蓄电池电量，蓄电池电量不足时使用市电供电。本系统还集成了无线模块，实现智能人机交互，用户将移动终端与系统连接后可实现对充电进行控制，付费等操作。该系统由电源模块、状态监控模块、LED市政路灯、直流无线充电桩和无线通信模块五个模块组成。所述电源模块包含充电桩供电模块、辅助电源模块和保护模块，可提供稳定的电流输出；所述状态监控模块可对路灯状态、充电桩状态、无线通信状态和蓄电池状态进行监控，为系统的稳定运行提供了可靠的保障；所述LED市政路灯由LED灯、LED驱动模块和LED控制模块组成，使用LED灯能够有效的节约能源；所述直流无线充电桩可为手机、平板电脑等各种移动终端充电，同时提供有线和无线两种充电方式，方便快捷；所述通信模块包括了发送模块和接收模块，使移动终端能够和主控芯片进行通信，给予用户良好的使用体验。

2 系统硬件设计

本设计是以单片机为核心控制器，并拥有着较为完善的外部应用接口，可利用太阳能作为主要能源辅以市电为LED市政路灯供电并实现移动终端的共享充电。硬件原理图如图2所示。

太阳光经转化效率为30%的太阳能电池板转化为电能，转化而来的电能经AD/AD直流输出稳压模板稳定输出6V电压给蓄电池充电，将太阳能储存在蓄电池中，当蓄电池内电压大于蓄电池额定电压时开启过充保护模块。蓄电池经两路信号与控制器相连，一路经AD/AD直流输出稳压模块稳定输出3.3V为控制器供能，控制器通过与无线通信模块的实时信号交互，实现控制蓄电池电压信号是否放大输出给无线充电模块供电；一路经电压采集模块将实时采集到的蓄电池电压转化为数字信号输入控制器内，通过电压判断蓄电池是否满足驱动LED市政路灯来控制程控开关，继而控制路灯驱动模块，从而使继电器进行选择蓄电池还是经整流稳压的市电为LED市政路灯供电。指示模块直接与控制器相连，受控制器的实时控制，实现信号灯的亮与灭从而判断系统的实时状态。

3 系统软件结构

系统开机后，先将程序初始化。然后进行蓄电池电压采集、无线通信信号采集、光强度采集。通过蓄电池电压采集判断蓄电池当前电量是否达到上限值，若当前电量未达到上限值，则过充保护模块关闭，太阳能电池板将光能转化为电能持续给蓄电池充电，同时通过指示模块使指示灯1灭。若当前电量达到上限值，则开启过充保护模块，太阳能电池板停止给蓄电池充电，同时通过指示模块使指示灯1亮。

通过无线通信信号采集判断是否有移动终端信号接入系统，若没有信号接入，通过指示模块使指示灯2灭。若有信号接入，通过指示模块使指示灯2亮，并且通过蓄电池电压采集判断蓄电池电量是否满足充电要求，即蓄电池当前剩余电量是否大于设定下限值，如果当前电量小于下限值，则使用市电作为电源给移动终端充电，并且通过指示模块使指示灯4灭；如果当前电量大于或等于下限值，则使用蓄电池给移动终端充电并且通过指示模块使指示灯4亮。

通过光线强度信号采集判断当前光线强度是否达到设定值，若当前光线强度达到设定值，则关闭路灯或者保持路灯处于熄灭状态，同时通过指示模块使指示灯3灭。若当前光强度未到达设定值，则打开路灯或者使路灯保持打开状态，同时通过指示模块使指示灯3亮，并且通过蓄电池电压采集判断蓄电池当前电量是否大于下限值，如果当前电量小于下限值，则使用市电作为电源给路灯供电，并且通过指示模块使指示灯4灭；如果当前电量大于或等于下限值，則使用蓄电池给路灯供电，并且通过指示模块使指示灯4亮。

4 结束语

本设计是基于单片机设计的一个基于路灯二次开发的新能源共享充电系统，在实现照明作用的同时可将多余能源用于共享充电，相较于机场、火车站或一些商圈内的共享充电桩，本设计更清洁环保，且是基于路灯的二次开发，实现一灯多用，不占用额外的空间。从能源角度出发，本设计具有清洁环保的优点；从占地面积的角度出发，本设计是基于路灯的二次开发，不需再占用额外的空间；从市政对公共设施的财政投入角度出发，本设计赚取的费用可用于路灯的维护，具有一定的商业价值。

参考文献：

[1]叶奇明.无线充电技术在无线传感器网络中的应用现状[J].广东石油化工学院学报，2015（01）.

[2]陈炳才，么华卓，杨明川，等.一种基于LEACH协议改进的簇间多跳路由协议[J].传感技术学报，2014（03）.