太阳能路灯追光控制平台①

王妍苏， 郝 宇， 董萌萌， 蒋 野

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江 佳木斯 154007)

0 引 言

随着新能源的发展和利用，用太阳能电池供电的路灯使用越来越广泛。太阳能电池基本都是固定在路灯杆上的，怎样保证太阳能电池板随着太阳移动，而使光电转换效率最高，还能实时远程监控太阳能路灯系统的工作是设计所要解决的问题。

图1 系统组成框图

图2 路灯模块

图3 人机交互

图4 系统工作流程图

1 控制原理

路灯模块、控制器1、无线通信模块1和太阳能电池(板)都安装在路灯杆上，工作中，固定在太阳能板四角上的光传感器采集信号，送给控制器1处理并控制太阳能电池板上下倾角和左右旋转的电动机实现太阳能板上下和左右角度调节，既达到追光的目的，又保证太阳能电池受光转换能效最高。系统中，路灯模块与控制器1相连，路灯模块中采集的数据送给控制器1，经其处理后，一路回送给路灯模块实现角度控制，另一路将数据传给无线通信模块1，再经无线信道传给无线通信模块2、控制器2，最终送到上位机显示，实现人工监控或报警提示。输入控制信号通过上位机也可反向送到路灯模块实现人工控制，系统组成如图1所示。

2 模块化设计与功能实现

(1) 路灯模块

如图2所示，路灯模块是整个系统最重要的部分，它由太阳能电池、蓄电池、控制器1、整流电路、稳压电路、逆变电路、亮度和色温调节电路、旋转倾角控制电路、数据采集电路和无线通信模块1等组成。

太阳能电池正常工作时给蓄电池充电，蓄电池通过稳压电路为路灯、控制器1和无线通信模块1供电。

当晚间无光或光弱时，太阳能电池电压低于蓄电池电压，控制器1发出控制信号，控制开关K1断开，蓄电池不充电，逆变电路将蓄电池的直流电压变为220V的交流电压，再送到亮度色温调节电路，供给LED灯发光，为夜间出行的人们照明。

若受天气影响，蓄电池电能不足，控制器1可控制开关K2接通，路灯由备用交流电源供电，蓄电池供电正常时，开关K2都是断开的。每天根据夜生活结束的时间，控制路灯亮度为正常时的一半，实现节约用电。根据四季温度不同，如冬季，调节灯的色温为暖色；夏季，调节灯的色温为冷色，给行人以不同感受。还可利用定时，实现周期照明控制，阻断光感控制。将环境温度、太阳能电池和蓄电池状况，通过远程无线通信模块1传送到上位机，人工监控。如果增大控制器1的处理能力，可采集处理图像信号，增补天眼功能，还可为北斗的地面定位装置提供平台和电源。

(2) 无线通信和人机交互

如图3所示，无线通信模块1发送的无线信号由无线通信模块2接收，经控制器2传给路灯控制中心和管理中心的上位机实现人工监控或报警，注意控制器2需要2个串口；反过来，监控人员通过上位机发出控制信号给控制器2→无线通信模块2→无线信道→控制器1→路灯模块实现远程人工控制，无线信号也可用手机接收，使用专用的APP在交互界面上人工操作，方便控制人员的灵活移动，进而控制城市的路灯网。

无线通信以4G移动通信网络为基础，选用合适的控制器就可完成数据信号和视频信号的传送。随着5G网络的建设，带宽的增加，无线通信能力还可继续提高，以实现更大传输量的视频信号传送，方便监控。

3 系统软件的设计

系统主要分路灯模块、无线通信模块、控制器等，编写控制程序流程如图4所示。

4 结 论

利用单片机智能控制技术，太阳能电池板能够追着太阳移动，最大效率将地太阳能转换成电能，物联网技术的引入，可以实时远程传输监控，使太阳能从自动化向智能化的转变和发展更进了一步。