智能LED太陽(yáng)能路燈控制器的設(shè)計(jì)

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2015-12-26

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太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)采用市電互補(bǔ)方式,，對(duì)推廣太陽(yáng)能LED路燈的應(yīng)用有著現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。為了實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能LED路燈的市電互補(bǔ)控制,，設(shè)計(jì)了一種市電互補(bǔ)LED太陽(yáng)能路燈控制器,。該控制器以ARM處理器為核心，通過(guò)對(duì)蓄電池電壓,、太陽(yáng)能電池電壓,、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行采樣，進(jìn)入ARM運(yùn)算決策,，可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償修正的高準(zhǔn)確控制,，恒光，且具備蓄電池選擇功能及市電供電自動(dòng)切換功能,。該控制器應(yīng)用于路燈改造,，既可以減少一次性投資，又可以取得顯著的節(jié)能減排效果,。

太陽(yáng)能作為一種“取之不盡,、用之不竭”的綠色、清潔能源,，正迅速得到廣泛應(yīng)用,。LED具有體積小、堅(jiān)固耐用,、耗電量低,、使用奉命長(zhǎng)、環(huán)保,、光色性能好等特點(diǎn),。太陽(yáng)能電池輸出的是直流電，而LED也是直流驅(qū)動(dòng)光源,，兩者易于匹配,，可獲得很高的利用率,，又降低成本，所以LED太陽(yáng)能路燈越來(lái)越受到人們的重視,。

由于太陽(yáng)能受天氣因素的制約比較大,，太陽(yáng)光照射分布密度小，受光時(shí)間,、強(qiáng)度大小具有隨機(jī)性間歇性,，ROSH認(rèn)證，要保證太陽(yáng)能電池輸出電壓的穩(wěn)定,，就需要用蓄電池來(lái)儲(chǔ)存電能,，在白天有陽(yáng)光時(shí)對(duì)蓄電池充電，晚上蓄電池給負(fù)載放電,。若考慮連續(xù)陰雨天氣,，對(duì)蓄電池容量要求就更大，太陽(yáng)能電池組容量就越大,，成本也就越高,。太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)采用市電互補(bǔ)方式可較好地解決這個(gè)矛盾，對(duì)推廣太陽(yáng)能LED路燈的應(yīng)用有著現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義,。

市電互補(bǔ)LED太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的組成

所謂市電互補(bǔ)LED太陽(yáng)能路燈系統(tǒng),，就是以太陽(yáng)能電池發(fā)電為主，以普通220V交流電補(bǔ)充電能為輔的LED路燈照明系統(tǒng),，采用此系統(tǒng),，光伏電池組和蓄電池容量可以設(shè)計(jì)得小一些，基本上是當(dāng)天白天有陽(yáng)光,，當(dāng)天就用太陽(yáng)能發(fā)電同時(shí)給蓄電池充電,，到天黑時(shí)蓄電池放電把負(fù)載LED點(diǎn)亮。在我國(guó)大部分地區(qū),，全年基本上都有2/3以上的晴好天氣,，這樣該系統(tǒng)全年就有2/3以上的時(shí)間用太陽(yáng)能照亮路燈，剩余時(shí)間用市電補(bǔ)充能量,，既減小了太陽(yáng)能光伏照明系統(tǒng)的一次性投資，又有著顯著的節(jié)能減排效果,，是太陽(yáng)能LED路燈照明在現(xiàn)階段推廣和普及的有效方法,。

LED太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)如圖1所示，由太陽(yáng)能電池,、路燈控制器,、蓄電池、市電供電,、開(kāi)關(guān)電源和LED路燈等五部分組成,。其中,，路燈控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心， led戶外照明,，用于對(duì)蓄電池的充放電控制,、LED路燈的亮滅控制、市電供電的自動(dòng)切換控制及相關(guān)保護(hù)控制等,；太陽(yáng)能電池用于把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能,，設(shè)計(jì)，并且路燈控制器通過(guò)采集太陽(yáng)能電池電壓的大小來(lái)判斷是白天還是黑夜,；蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備,，白天時(shí)太陽(yáng)能電池給蓄電池充電，晚上或陰雨天時(shí)LED路燈由蓄電池來(lái)供電,，設(shè)計(jì),，并且路燈控制器可以采集蓄電池電壓，當(dāng)蓄電池供電不足時(shí)切換至市電供電,。

圖1市電互補(bǔ)LED太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)

路燈控制器硬件設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能路燈控制器的硬件框圖如圖2所示,，它主要由電源輸入、數(shù)據(jù)采集顯示控制,、ARM處理器,、輸出部分組成�,？刂破饕訟RM處理器為核心,，通過(guò)ARM微處理器對(duì)蓄電池電壓、太陽(yáng)能電池電壓,、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行采集,，ARM運(yùn)算決策，選擇符合蓄電池特性的溫度補(bǔ)償參數(shù),，實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確控制,，同時(shí)，采用智能高效的PWM模糊充電方式對(duì)蓄電池進(jìn)行充電,，保證蓄電池工作在最佳狀態(tài),。控制器帶有按鍵,、顯示電路,，可以方便地設(shè)置運(yùn)行模式和運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)顯示電路也可直觀地顯示當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài),。

圖2太陽(yáng)能路燈控制器的硬件框圖

2.1電源輸入部分

電源輸入部分包括對(duì)市電輸入,、蓄電池輸入、太陽(yáng)能電池輸入起保護(hù)作用的反接保護(hù)電路和充放電及供電切換電路,。充放電及供電切換電路實(shí)現(xiàn)市電供電和蓄電池供電的切換,，以及實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電控制,、蓄電池的放電控制，同時(shí),，向輸出部分的MOSFET穩(wěn)壓及短路保護(hù)電路提供電源,。

2.2數(shù)據(jù)采集顯示控制部分

數(shù)據(jù)采集顯示控制部分包括控制按鍵、LED顯示電路,，電壓電流采集,、溫度采集，感光采集和均衡電路,�,？刂瓢存I包括測(cè)試按鍵、菜單選擇鍵和參數(shù)選擇鍵,。測(cè)試按鍵可使控制器進(jìn)入測(cè)試狀態(tài),；菜單選擇鍵用來(lái)選擇工作模式，每按一下菜單選擇按鍵,，模式值將會(huì)變換一次,，同時(shí)也會(huì)顯示該模式下的對(duì)應(yīng)參數(shù)，此時(shí),，按下參數(shù)選擇按鍵則可設(shè)置該模式下的運(yùn)行參數(shù),；系統(tǒng)的運(yùn)行模式和參數(shù)等重要數(shù)據(jù)均保存在芯片內(nèi)部，掉電后不丟失,，使調(diào)節(jié)更加方便,，系統(tǒng)工作更可靠。LED顯示電路包括5個(gè)發(fā)光二極管的狀態(tài)顯示和2個(gè)數(shù)碼管的運(yùn)行參數(shù)顯示,，5個(gè)LED發(fā)光二極管用來(lái)顯示太陽(yáng)能電池,、蓄電池、市電,、負(fù)載1,、負(fù)載2的工作狀態(tài)，2個(gè)數(shù)碼管在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)分別顯示模式和該模式下的參數(shù),，在沒(méi)有進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)顯示溫度,。電壓采集、電流采集,、溫度采集,、感光采集分別完成對(duì)蓄電池和太陽(yáng)能電池電壓、放電電流,、溫度狀態(tài)、光照情況的采集,，并將這些信號(hào)供ARM處理器運(yùn)算處理,，電壓電流采集電路受ARM處理器的控制,，從而控制均衡電路是否工作。

2.3ARM處理器部分

ARM處理器采用飛利浦公司ARM芯片LPC2134,，該芯片是高端的32位實(shí)時(shí)處理器,，在整個(gè)系統(tǒng)中處于核心地位。對(duì)采集模塊采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,，做出相應(yīng)決策,，控制充放電及供電切換電路、電壓電流采集電路,、MOSFET穩(wěn)壓及短路保護(hù)電路和軟開(kāi)關(guān),，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充放電控制、對(duì)控制器的保護(hù)控制,、對(duì)輸出負(fù)載的通斷控制,。當(dāng)太陽(yáng)能電池不能正常向負(fù)載供電時(shí)，市電通過(guò)控制器上的充放電及供電切換電路,、穩(wěn)壓及短路保護(hù)電路和軟開(kāi)關(guān),，可自動(dòng)單獨(dú)給負(fù)載供電而非市電直接加到蓄電池上面的接入方式， led商業(yè)照明,，建筑照明,，可減小市電對(duì)蓄電池和市電電源造成的損壞，能有效減少市電電源功率配置,。整個(gè)切換過(guò)程實(shí)現(xiàn)軟切換,，不會(huì)對(duì)負(fù)載和蓄電池造成沖擊，負(fù)載工作不受影響,。

2.4輸出部分

輸出部分包括MOSFET穩(wěn)壓及短路保護(hù)電路和軟開(kāi)關(guān),。在ARM處理器的控制下，MOSFET穩(wěn)壓及短路保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)和穩(wěn)壓輸出,，軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)雙路輸出獨(dú)立的通斷控制,。

路燈控制器軟件設(shè)計(jì)

本控制器在完成自檢及初始化程序后，建筑照明,，讀取各種設(shè)定的參數(shù),，如工作模式、蓄電池類(lèi)型等,，然后進(jìn)入白天,、黑夜判斷程序，根據(jù)所判斷的情況分別進(jìn)入白天處理程序或黑夜處理程序,。白天黑夜的判斷可以通過(guò)讀取太陽(yáng)能電池兩端的電壓來(lái)判斷,，也可以通過(guò)采集控制器預(yù)留的光敏傳感器接口信號(hào)來(lái)判斷，根據(jù)太陽(yáng)能電池的電壓來(lái)判斷的白天、黑夜判斷程序如圖3所示,。

圖3白天,、黑夜判斷程序流程