太阳能LED路灯智能控制系统的设计

刘玉东

摘 要：太阳能LED灯的发展使照明设备的效率得到了迅速的提升，与传统的照明灯具相比，具备很多的优势，运用越来越广泛。本文分析了太阳能LED灯的智能控制系统的设计原理及设备需要注意的问题。

关键词：太阳能路灯；智能控制系统；设计；LED灯

太阳能路灯的使用可以节约路灯的电缆材料的使用，结合LED的使用可以大大的增加使用寿命，亮度强，减少安全隐患，环保性高，充分利用自然资源进行发电照明，是现在尽力提倡的一种路灯技术。

1 智能控制系统运行原理

太阳能路灯控制系统在运行的过程中，判定恒流负载输出主要是利用采集太阳能光伏板的电压。一旦系统检测到太阳能板电压较高，且高出蓄电池额定电压的时候，MPPT充电模式就会自动开启，这时STC单片机通过采样到的太阳能板电压和电流值通过变步长的电导增量法计算最大功率点，通过PWM信号的占空比调节太阳能板充电电压大小达到最佳充电功率点。在充电的时候对蓄电池进行实施检测，防止其电压发生过充电现象。太阳能板的电压降低到规定值时，系统则会自动停止冲电，进入分段式恒流负载输出控制模式。此时主要根据不同的太阳能板电压值，通过Boost放电电路控制PWM信号的占空比方式控制负载输出电路输出不同的电流值。

2 太阳能LED系统设计方案

太阳能路灯的系统具备很多优点，和普通的路灯相比更加节能环保，且持久性强，LED灯的特点更加丰富，它通过不同的化合物半导体材料的作用来产生光能，能够随着外界光线的强弱来自动控制光源，不管是在什么样的天气下，都可以正常的工作，且照明持续时间较长，光照的颜色也可以有多种选择，太阳能智能控制系统不仅能够对自身的电压和充电进行自行判断，还可以根据太阳光照的方向进行调节，自动选择功率。

3 智能控制系统设计流程

3.1 系统结构设计

在收集太阳光照能量时，太阳能路灯系统将收集的能由光能转化成电能，将电能储存在太阳能蓄电池内，形成蓄电状态，如果太阳光照比较弱时，太阳能路灯系统会使自身蓄电池所储存的电能进行发电，使其在各种情况下都能正常工作。

3.2 系统部件功能

太阳能路灯系统的发电结构包括有蓄电池，控制器和LED灯等部分，在太阳能路灯工作的时候，各部分发挥其作用，使太阳能从收集能量到发电照明这一过程正常完成，这不仅要求系统的各部分部件都要有很高的标准，还要保证发电的效率，所以成本消耗很高，在使用电池板等部分时，需要将太阳能的光能收集起来转化成电能保存到蓄电池中，这要求收集光能的效率和蓄电池的储存量都要很高，同时，太阳能路灯的抗风系统要有很好的传导性，能够将电能传送到LED部分，使LED获得电能照明，所以这是很关键的一个部分。系统的正常运作对太阳路灯的自我保护装置有着很高的要求，能够在蓄电池电压过高时发挥作用，开启保护状态，防止电池的电量过大导致损坏，所以蓄电池的质量要有所保证，能够储存足够多的电能来为以后所用。

3.3 硬件系统设计

设计内容：（1）在设计太阳路灯智能控制系统时，硬件方面的设计可采用单片机作为控制系统的核心。单片机属于一种处理器，优点是能耗较低，可将其进行编程以flash的方式存储；（2）选择高密度非易失性存储器，这样才能更好的保证系统的使用性能以及工作效率；（3）太阳能智能控制系统主要的供电能是太阳能，24V的蓄电池电压在稳压之后产生5V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；（4）太阳能系统如果出现过度充电、放电现象，为保护蓄电池必须要马上断开电路；（5）在设计太阳能自动跟踪部分的时候“光敏电阻的”设计是主要内容，整个控制工作完全是通过光敏电阻来实现的。根据光线强弱的变化实现自动跟踪，使得太阳光度强弱的变化完全通过数据显示出来。

3.4 软件系统设计

设计软件系统时，KeilC是主要的编制工作。系统时间为每秒一次，比较好系统设定时间与实际时间的差异，二者时间相同的时候，则要通过程序输出的控制信号来控制整个系统的电路元件。

4 智能系统测试

4.1 自动跟踪模块测试

以30min为基本单位，在某个固定位置使用太阳路灯智能控制系统对太阳的高度和光源方位进行跟踪。实施测试之前需要设置好初始位置和初始时间，同时对电机的转动方向、转动速度、转动力量进行实时监测并详细记录，做好系统偏转角与太阳实际角度的对比工作。根据实际测试结果可以看出，使用太阳能路灯智能控制系统可以对太阳光的方向和高度进行精准的跟踪，同时根据实际需要自行调节，测试过程中所有的误差均在规定范围之内。

4.2 过充过放模块测试

选定一处位置对蓄电池进行外接负载的过充过放模块测试。测量并分析太阳电池板电压与电池电压的线性关系，同时对白天时候蓄电池的电压以及黑夜蓄电池电压的维持状态等进行实施监测和记录。测试结果显示太阳能路灯智能控制系统中蓄电池的充放电功能良好，系统运行控制一切正常。

5 系统需要注意的问题

当出现光控开关不能正常工作的情况时，要注意光敏传感器加晶体管耦合放大问题，提高LED灯的电压；采用闪烁的发光方式能够节约电能，减小输出电流，增加系统的工作时间，还能够加强太阳能的灯照效果；当太阳光较弱时可以减少LED灯的接入数量，控制发光的时间，这样可以节省系统的消耗，增加使用寿命；分压的进行太阳能灯的控制，根据不同时间不同的照明程度下对电压的分配采取不同的方式，控制输出的功率，减少能量的多余消耗。太阳能电池组件在工作时需要整体覆盖光照，多个太阳能电池共同作用，防止任何一个部分被遮挡导致光照强烈使其他部件发生损坏，要检查太阳能电池上有没有掉落的物体，并且倾斜放置最佳。

6 太阳能LED灯的与传统灯的比较

太阳能LED灯的使用与传统的节能灯相比没有发生漏电的风险，蓄电池代替了电线的安装，LED灯的使用寿命比较长。LED灯排除了传统灯具含有的汞等物质的存在，对人体没有危害，也没有电磁干扰的现象发生，回收可再利用，体现了环保绿色的理念，LED灯的安装不需要耗费大量的成本，和传统节能灯具相比要节省工程的费用，由于LED的安装范围小且照明强，减少了灯的安装量。LED灯的设计可以有多种选择，取代了传统灯的单一光照颜色，增强了光照的需求多样性和美观性。科学家进行估计，在未来的几年中，太阳能LED灯会逐渐取代传统的灯具，可以节约电能而通过太阳能的利用来进行发电照明，保护环境，节省自然资源，减少消耗成本，增加照明设备的寿命。

7 总结

太阳能LED灯与传统路灯相比更加具有优势，但还需要更多的研究和完善来为生活提供更多便捷，在以后能够发挥更过优良性能。

参考文献

[1]黄周.太阳能LED路灯智能控制系统的设计[D].湖北工业大学，

2017.

[2]屈贤.双电源太阳能LED路灯智能控制系统设计[J].农业装备与车辆工程，2016，54（8）：50-54.

[3]屈贤.市电互补的太阳能LED路灯控制器设计[J].农业装备与車辆工程，2017，55（1）：90-92.