發(fā)布時(shí)間：2018/7/9 14:25:09 來源：本站
太陽能作為一種新型能源，以其資源豐富、清潔環(huán)保、受地域限制小等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用［1］。太陽能路燈就是太陽能應(yīng)用的典型產(chǎn)品，以太陽光為能源，白天充電晚上使用，無需復(fù)雜的管線鋪設(shè)，安全無污染，受到了人們的喜愛和政府的高度重視。
本文介紹了基于C8051F700的太陽能路燈控制器設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的科學(xué)管理，路燈智能控制的功能；同時(shí)具有過流保護(hù)和防反充保護(hù)等功能。
圖1 太陽能路燈系統(tǒng)組成
圖2 控制器硬件結(jié)構(gòu)
圖3 充電電路
太陽能路燈系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：太陽能電池板、蓄電池、控制器、LED路燈。如圖1所示。
太陽能電池板提供能源，蓄電池存儲(chǔ)能源，控制器在整個(gè)系統(tǒng)中負(fù)載協(xié)調(diào)太陽能電池板、蓄電池、LED路燈之間的工作，使整個(gè)太陽能光伏系統(tǒng)高效、安全的運(yùn)行。
太陽能路燈控制器最重要的功能表現(xiàn)在如下三個(gè)方面：控制太陽能電池板對(duì)蓄電池充電，控制蓄電池對(duì)路燈放電，邏輯控制及必要的保護(hù)功能。
3.1 控制器結(jié)構(gòu)
控制器硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
本文設(shè)計(jì)的控制器以C8051F700單片機(jī)為核心，外圍電路包括太陽能電池板電壓采樣電路、蓄電池電壓采樣電路、負(fù)載電流采樣電路、PWM功率驅(qū)動(dòng)模塊、輸出保護(hù)功率驅(qū)動(dòng)電路、電源模塊、鍵盤及LED顯示模塊等幾部分。
太陽能電池板與蓄電池之間的連接，以及蓄電池與LED路燈之間的連接，都是通過控制器中的MOSTFET的關(guān)斷實(shí)現(xiàn)，圖1可見。MOSTFET［2］具有驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)頻率高的特點(diǎn)，可通過單片機(jī)的
圖4 電源電路
圖5 控制器軟件流程
············
I/O口輸出PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制功能。
3.2 充放電管理
控制器的充放電管理主要是通過電池板電壓采樣值及蓄電池電壓采樣值來判斷。其中太陽能電池板有兩個(gè)作用：一是給蓄電池充電；二是作為光敏原件，可以判斷天黑還是天亮，能使太陽能路燈具備天黑時(shí)自動(dòng)點(diǎn)亮，天亮?xí)r自動(dòng)熄滅的功能［3］。
當(dāng)太陽能電池板電壓高于設(shè)定閥值時(shí)判斷為白天，反之判斷為夜晚。并根據(jù)蓄電池電壓判斷太陽能電池板是否對(duì)蓄電池充電，以及蓄電池是否對(duì)負(fù)載放電。充電電路如圖3所示。
3.2.1 充電控制
當(dāng)控制器根據(jù)采集到的太陽能電池板電壓判斷為白天時(shí)，并參照蓄電池電壓的大小，判斷給蓄電池的充電方式，利用I/Q口送高低電平來控制MOSFET的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而完成太陽能電池板對(duì)蓄電池的充電。
對(duì)蓄電池充電采取PWM控制方式。當(dāng)蓄電池發(fā)生過放動(dòng)作時(shí)，首先充電到蓄電池的提升電壓，并保持一段時(shí)間，然后降至直充電壓，并保持一段時(shí)間，以激活蓄電池，避免硫化結(jié)晶，最后降至浮充電壓，并以浮充電壓保持充電。當(dāng)蓄電池沒有發(fā)生過放動(dòng)作時(shí)，不采用提升充電方式，只采用直充和浮充兩種方式進(jìn)行充電。這種控制方式可以使蓄電池達(dá)到更好的充電效果，并延長是蓄電池的使用壽命。
3.2.2 放電控制
當(dāng)控制器判斷為夜晚時(shí)，且蓄電池電壓在正常工作范圍內(nèi)，則通過控制MOSFET的導(dǎo)通使蓄電池對(duì)LED燈放電，蓄電池電壓逐漸下降，一旦蓄電池電壓下降到過放電壓，控制器將關(guān)斷MOSFET，對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)，并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈。
3.3 電源電路
系統(tǒng)電源電路如圖4所示�？刂破麟娫唇�(jīng)由蓄電池正極并通過防反充二極管D1引入。三極管驅(qū)動(dòng)電壓與單片機(jī)芯片工作電壓不一致。其中VAA作為三極管驅(qū)動(dòng)電壓，VAA是蓄電池電壓經(jīng)D1后，再經(jīng)過穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用，而單片機(jī)所需電壓是VAA之后再通過ASM1117的穩(wěn)壓作用，提供單片機(jī)所需的3.3V正常工作電壓，電路簡單可靠。
3.4 保護(hù)功能
為了保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定以及使用壽命的延長，控制器的設(shè)計(jì)中增加了防雷保護(hù)、蓄電池防反充保護(hù)、蓄電池極性反接保護(hù)，并具有過充、過放、過載保護(hù)等措施，對(duì)系統(tǒng)可靠性的提升具有重要作用。
控制器軟件流程如圖5所示。
控制器是太陽能路燈系統(tǒng)的重要組成部分，性能直接影響系統(tǒng)可靠性，其硬件設(shè)計(jì)和軟件編程尤為重要。本文設(shè)計(jì)太陽能路燈控制器，提高了太陽能電池板的使用效率，延長的蓄電池的使用壽命。
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