摘要：现代化建设对于能源的需求量逐年上升，只有加强节约型社会的建设，才能避免经济发展受到能源紧缺问题的限制，增强我国的国际竞争力。智能式LED太阳能路灯的应用，能够对太阳能加以充分利用，降低火力发电等造成的资源浪费问题。同时，太阳能具有洁净、无污染的特点，也缓解了对自然环境造成的压力。控制器的设计，是保障智能式LED太阳能路灯使用性能的关键点，对于设计人员的技术性与专业性要求较高。本文将通过分析智能式LED太阳能路灯系统的组成，探索智能式LED太阳能路灯控制器设计思路。
关键词：智能式；LED太阳能路灯；控制器；设计
太阳能光伏电池的开发与应用，极大地改善了我国的能源结构，有利于缓解社会能源紧缺局面的同时，控制环境污染问题，满足我国经济可持续发展的要求。路灯照明系统的建设，能够为人们的夜间出行提供保障，传统发电模式对于能源资源的需求量较大。而智能式LED太阳能路灯的应用，能够充分发挥控制器、太阳能电池板等构件的性能，增强路灯照明系统运行的可靠性。控制器是该系统的核心构件，是在智能式LED太阳能路灯推广中的关键。充电电压能够以环境温度值为依据进行自动调节，在控制方面更加精准与可靠，能够降低照明系统的建设成本，同时有效控制能源消耗。LED灯的性能较为优越，但是也存在稳定性不足的问题，在控制器设计中应该从硬件与软件两方面入手。
一、智能式LED太阳能路灯系统组成
普通220V交流电补充电能与太阳能电池发电结合，是市电互补LED太阳能路灯系统的基本特征，在实际使用中以后者发电方式为主。在白天阳光充足的情况下，蓄电池得到充电，从而在黑夜点亮LED路灯，能够起到良好的节能减排作用，保护自然生态系统。市电供电、太阳能电池、LED路灯、路灯控制器和蓄电池、开关电源等，是智能式LED太阳能路灯系统的主要组成，控制器是整个系统的核心构件，在保护控制、路灯亮灭控制和切换控制中发挥着至关重要的作用【1】。
二、智能式LED太阳能路灯控制器的设计要求与原则
在设计智能式LED太阳能路灯控制器时，应该保障其具备较小的体积，以便于安装与维护。还需要具备良好的环境适应能力，便于安装与操作。智能式LED太阳能路灯系统的前期成本投入较大，但是由于其节能效果较好，因此在设计中应该对总成本进行考虑，使其在长久使用中发挥其技能减排、控制运行成本的价值与优势【2】。此外，还应该重视其稳定性的提升，降低环境因素对系统造成的影响，延长控制器使用寿命，能够与其他构件形成协同作用。在设计工作中，首先应该确保其具有良好的充放电控制功能，有效驱动LED，增强系统运行可靠性。与此同时，还应该遵循智能性原则，提升系统运行的自动化。为了能够保障全面监控系统，应该加强对控制器人机功能的设计。
三、智能式LED太阳能路灯控制器的设计方法
（一）硬件设计
1.电源输入部分
充放电及供电切换电路、反接保护电路，是电源输入部分的主要构成，其中反接保护电路主要是保护蓄电池输入、市电输入与太阳能电池输入。在蓄电池供电与市电供电切换中，主要是由充放电及供电切换电路控制，也能够在蓄电池的放点控制与充电控制中发挥作用。短路保护电路与MOSFET稳压电源也由该切换电路负责提供。
2.数据采集显示控制部分
电压电流采集、感光采集、控制按键、均衡电路、LED显示电路和温度采集，是数据采集显示控制部分的主要组成。其中，菜单选择键、测试按键和参数选择键属于控制按键。控制器转换为测试状态时，主要由测试按键控制。工作模式的切换则由菜单选择键控制，模式值会根据菜单选择键按下次数的不同而发生变化，能对相关参数进行显示，进而帮助工作人员完成运行参数的设置。芯片负责保存系统运行参数，能够增强数据的可靠性，便于控制器的智能化调节，增强照明系统运行的可靠性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2个数码管的运行参数显示与5个发光二极管的状态显示，是LED显示电路的主要组成【3】。对于模式及其参数或者温度的显示，由2个数码管控制；蓄电池、负载2、负载1、太阳能电池和市电工作状态的显示，则由5个发光二极管控制。在采集太阳能电池与蓄电池的温度状态、电压、光照情况、放电电流时，分别由温度采集、电压采集、感光采集和电流采集控制，ARM处理器针对上述信号进行处理并控制电压电流采集电路，实现均衡电路的调节。
3.ARM处理器部分
运用高端32位实时处理器，增强照明系统的运行可靠性。分析采集模块的相关数据，对放电及供电切换电路、软开关、电压电流采集电路、短路保护电路和MOSFET稳压保护电路进行控制，从而控制输出负载的通断、控制器保护与蓄电池充放电【4】。负载在不能得到太阳能电池的供电时，主要是由市电对其进行单独供电，在此过程中需要借助于稳压、软开关、充放电及供电切换电路、短路保护电路，能够避免市电电源与蓄电池遭到市电的严重破坏，对市电电源功率配置加以合理控制。由于该过程是以软切换的形式进行的，因此蓄电池和负载受到的冲击较小，防止对负载正常工作产生的影响。
4.输出部分
短路保护电路、MOSFET稳压保护电路和软开关，是输出部分的主要组成。在稳压输出和短路保护中，主要由短路保护电路和MOSFET稳压保护电路控制，而双路输出独立的通断控制，则由软开关负责。
（二）软件设计
完成控制器的自检与初始化后，需要对蓄电池类型和工作模式等参数进行读取，在黑夜和白天判断程序中，分别进入两种处理程序当中，这是智能式LED太阳能路灯控制器软件设计的总体思路。对于太阳能电池两端电压的读取，是判断黑夜和白天的主要依据，此外还可以借助于采集控制器预留的光敏传感器接口信号。如果判断为白天，那么系统进入白天处理程序，对LED路灯进行关闭后，测试按键的中断被打开，对环境温度、蓄电池电压和太阳能电池电压等进行采集。蓄电池过充保护电压、浮充点电压的计算，需要以温度补偿系数与环境温度为依据【5】。充电程序执行与否，应该以蓄电池电压和太阳能电池电压值决定，浮充、直充和过充保护的模式选择，则由蓄电池电压决定。如果判断为黑夜，那么系统进入黑夜处理程序，对开灯延时时间进行判断，并对环境温度和蓄电池电压进行采集，蓄电池的过放保护电压设置则由温度补偿系数和环境温度共同决定。市电供电的切换、过放保护和蓄电池放电的开启等，以蓄电池电压为依据。判断关灯时间，实现对路灯关灯的控制。
四、结语
智能式LED太阳能路灯的应用已经十分广泛，为了增强整个照明系统的可靠性，应该加强对控制器的设计。在该设计当中，蓄电池的选择功能更加强大，在使用中实现了温度补偿，能够促进蓄电池使用寿命的延长。市电互补自动切换功能的实现，也增强了智能式LED太阳能路灯的可控性，是降低路灯成本与运行投入的关键，在大规模使用中能够起到良好的节能效果。
参考文献：
[1]董云峰.太阳能路灯控制器设计[J].科技创新与生产力，2018（03）：53-55。
[2]黄梓龙.浅谈智能式LED太阳能路灯控制器的设计[J].科技与创新，2018（03）：128-129。
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[4]朱伯明，褚才良，陈海军，陈亮，杨润光，杨凯.基于风光互补型的智能式LED太阳能路灯系统设计[J].数字技术与应用，2015（04）：143-144。
[5]肖海明，陈立，章小印.智能式LED太阳能路灯控制器的设计[J].现代电子技术，2015，38（01）：153-156。
作者简介：
李启贵（1985-），男，湖南永顺人，助理工程师，主要从事硅晶材料的生产技术工作和光伏产品的研究开发与运用。
论文作者:李启贵
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：路灯论文; 太阳能论文; 控制器论文; 蓄电池论文; 电路论文; 市电论文; 电压论文; 《电力设备》2019年第6期论文;