太阳能路灯控制系统的设计方案

国家职业资格全省（或市）统一鉴定家用电子产品维修工论文(国家职业资格II级)论文题目：太阳能路灯控制系统的设计方案姓名：身份证号：准考证号：所在省市：所在单位：1太阳能路灯控制系统的设计方案姓名某某学院摘要：随着可持续发展的深入，太阳能已成为解决能源问题的一大途径，由此开发太阳能路灯意义重大。本文介绍了采用单片机作为主控制器的智能太阳能路灯系统，实现了对密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能，延长了系统的使用寿命。通过热释电红外、微波双鉴传感器技术及以无线通讯技术，实现了波探智能化切换，达到了节能减排的效果。关键词：单片机太阳能传感器1、引言随着科学技术的快速发展，世界能源危机日益严重，利用常规能源已不能适应世界经济快速增长的需要，开发和利用新能源越来越引起重视。太阳能自身的安全可靠、无噪声、无污染和可再生性的特点，加之现今科学技术的逐渐成熟，利用光伏发电成为解决能源问题的一大途经。智能太阳能路灯是利用太阳能组件的光生伏特效应，将光能转换为电能，并存储在蓄电池中供负载使用，它是集太阳能光伏技术、蓄电池技术、照明光源技术于一体的新兴技术。太阳能路灯控制器是应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，使整个太阳能光伏系统高效，安全的运作。2、智能太阳能路灯系统总体方案智能太阳能路灯系统是由太阳能电池板、蓄电池、LED灯和控制器组成（如图1所示）。利用太阳能原理发电的系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组成。如输出电源为交流220V或110V,还需要配置逆变器。各部分的作用为：太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的最重要的部分。其作用是将太阳光转换为电，或送到蓄电池中存储起来，推动负载工作；太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充、过放保护。在温差较大时，合格的控制器2还具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都是控制器的一部分选择；蓄电池：一般为铅酸电池，小型或微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是当有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要时再释放出来。逆变器：在很多地方，都需要提供220V、110V的交流电源。太阳能一般输出的都是12V、24V、48V的直流电。为了能向220V的交流电器提供电能，必须将太阳能系统所发出的直流电转化为交流电，所以需要使用交－直逆变器。白天太阳能电池板接受太阳的光能转化成电能输出，经过充电电路储存在蓄电池中；晚上当光线变暗时，控制器使副灯点亮，进行指示性照明。当控制器监测到有人经过时控制器同时点亮主灯和副灯，同时和相邻前后的灯通讯，控制邻灯主灯和副灯同时点亮，保证行人在该路段的照明。控制器检测到蓄电池充电或放电超出一定范围时，控制器切断充放电回路，保证电池不被损坏。遇到连续阴雨天季节可切换成市电照明，避免蓄电池长期亏电。图1智能太阳能路灯系统总体方案33、控制系统硬件电路图设计系统硬件是基于P89PLC935单片机作为主控制器的基础，设计出符合功能要求的各个子模块，原理见图2。图2智能太阳能路灯控制系电路原理图3.1控制器控制器选用P89LPC935单片机，它是一款单片封装的微控制器，适合于本系统要求的高集成度、底成本的场合，可以满足多方面的性能要求，LPC935采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2－4个时钟周期，6倍于标准80C51，同时，LPC935集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目，它的8KBROM能满足本系统程序存储器的要求，不需用扩展EPROM。该单片机内置的2个4路输入的8位A/D转换器，不需再单独选用A/D转换器，简化了外围硬件电路，P89LPC935内部的看门狗电路及低电压掉电检测可在电源故障和受到强电磁干扰时使系统可123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Feb-2012SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\jichan.ddbDrawnBy:12345678910111213141516UC3906P0.0P1.0P1.1GNDRESETXATAL18XATAL29P2.4P2.3P2.2RXDTXDP2.1VCCLPC935热式红外微波双鉴传感器信号VCCCSDIDOGNDPWRTXENPTR2000主灯副灯200R?47k47k光敏电阻R110K+-A10k18736k1k806kLM35812MHZC32020C20.1u33u0.1uVDD0.01uTIP42C2000p4靠复位，提高了系统的安全可靠性。3.2环境照度的检测本系统采用光敏开关检测环境照度。环境照度检测是整个路灯的总开关，只有在夜晚，环境照度较低的情况下，主副灯、人体感应单元及相应的控制电路开始工作，白天均不工作。白天时光敏电阻阻值小，比较器LM358负端电压高于正端电压，比较器输出低电平，单片机接收到低电平，屏蔽各种通讯和感应信号，夜晚光敏电阻阻值大，比较器负端电压小于正端，输出高电平，单片机控制接收感应信号和通讯信号。3.3人体感应单元本系统采用被动式热释电红外、微波双鉴传感器作为人体感应单元。由于人体都有恒定的体温，一般在36.5℃，所以会发出特定波长，一般是10μm左右的红外线。人体发射的10um左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到热释电元件上，热释电元件接受到人体红外辐射温度发生变化时失去电荷平衡，向外释放电荷，经后续电路检测处理并产生报警信号［2］，但是，热气流，暖风也会造成被动式热释电红外探头发出错误信号，造成和相邻灯之间的误通讯。为了避免误通讯，同时采用微波传感技术，借助微波多普勒效应探测移动目标。使用热释电红外、微波双鉴传感器克服了单一技术的缺陷，解决了误通讯的问题，此传感器的模拟信号直接连接P0.0（内置A/D），不需要外接A/D转换电路。3.4通信单元通信单元用于和相邻路灯通信，以控制邻灯主灯点亮，保证行人在相邻灯间的亮度。本系统采用PTR2000无限嵌入式模块。PTR2000是基于nRF401基础上的无线数据传输模块，该模块包括工作频道的设置、接受、发送，通过设置TXEN、CS、PWR3个引脚设定工作模式，DO、DI分别和单片机RXD、TXD连接，通过串口和单片机进行数据传输，由单片机进行数据采集和处理。发送数据时，PTR2000将单片机要发送的信号调制成射频信号发送到相邻灯，同时将相邻灯发送来的射频信号调制成单片机识别的TTL信号。3.5蓄电池充放电电路5蓄电池优良的特性和长的使用寿命在一定程度上取决于正确的充放电，错误的充电使蓄电池寿命缩短、性能变差，因此对蓄电池的过冲过放要采用保护电路，确保蓄电池的正常充放电。本系统采用蓄电池专用模块UC3906，它含有独立的电压控制电路和限流放大器，可以控制UC3906内部驱动器的输出，从而达到控制充电电流大小的目的。驱动器的输出电流可达25mA，可直接驱动外接串流调整管，从而调整充电器的输出电压和输出电流，UC3906内部的电压和电流检测比较器用于检测电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的相应输出信号。具体电路如图2中所示。5、控制系统软件设计控制软件程序采用C语言编写，采用模块化结构（流程图见图3）。硬件上电复位后，首先对LPC935单片机初始化，将P1.0，P1.1设置为推挽模式，提高驱动能力，P0.0设为高阻状态屏蔽感应信号，其余各端口设置为准双向口，然后根据系统要求将与PWR连接的P2.3设置为低电平，使之处于低功耗状态，此时不接受和发送数据。当光照亮度不够时，系统采集到P2.2口为高电平，将P1.1置位，副灯点亮进行指示性照明，同时把P0.0设置为准双向口，解除感应信号屏蔽，将PWR置位TXEN清零，使PTR2000处于接收状态接收相邻灯的通讯信号。当有人通过时P0.0收到相应的信号后，P1.0置位，主灯点亮，同时将PWR和TXEN置位，使得PTR处于发送状态并给相邻灯发送信号，相邻灯接收到信号后主灯点亮，保证了行人通过此段路的照明，延时30秒后主灯自动熄灭，达到了无人通过时只有副灯进行指示性照明的效果，实现了智能化。6图3智能太阳能路灯系统流程图开始初始化端口配置P2.3清零设置为待机状态P0.0是否有信号P1.0、P2.4置位（主灯点亮并发送信号给邻灯）P1.1、P2.3置位P2.4清零（接收）延时30秒P2.3、P1.0清零（主灯熄灭）P2.2是否置位（光照度）否否是是7系统程序ORG0000HK:CLRP2.3JBP2.2,KJBP1.1,KJBP2.3,KCLRP2.4JNBP0.0:KSETBP1.0LCALLDY30SCLRP1.0SETBP2.4LCALLDY30SCLRP2.4CLRP2.3CLRP1.0SJMPKDY30S:MOVR1,#60K3:MOVR2,#250K2:MOVR3,#250K:NOPNOPDJNZR3,K1DJNZR2,K2DJNZR1,K3RET86、结束语随着化石类能源的日益减少以及温室气体的过度排放所导致的全球变暖问题越来越受到重视，太阳能作为取之不尽、用之不竭的清洁能源，成为众多可再生能源的重要代表。太阳能一LED路灯不仅能利用清洁免费的太阳能以及高效环保的LED给道路带来照明，而且可以减少温室气体排放，实现真正的绿色照明。参考文献（1）王兆奇《电工基础》机械工业出版社2000（2）刘仁宇《模拟电子技术》机械工业出版社2000（3）王倢婷《传感器及应用》中国劳动社会保障出版社2007（4）朱春萍《数字电路基础》中国劳动社会保障出版社2008（5）朱春萍《MCS-51单片机应用技术》中国劳动社会保障出版社2008（6）李秀忠《单片机应用技术(汇编语言)》中国劳动社会保障出版社2006（7）朱永金、成友才《单片机应用技术（C语言）》中国劳动社会保障出版社2007