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摘要：为了便于太阳能路灯系统的故障快速判断、验证其系统设计的合理性，为此设计了一种带有状态数据存储功能的控制器。基于单片机和专用软件的智能控制器除具有一般光伏路灯控制器的常规控制保护功能外，新增加了路灯状态数据存储功能。
关键词：数据存储 串口通讯 STC
随着传统能源的日益紧缺和环境污染的日益加重，太阳能作为一种新型可再生能源，以其资源丰富、清洁环保、受地域限制小等优点，已经得到了广泛的应用，尤其太阳能发电领域在短短的数年间发展成为成熟的朝阳产业。
太阳能路灯系统以其具有安装简便、工作稳定可靠、不敷设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点，在太阳能发领域得到广泛的应用。太阳能控制器作为太阳能路灯系统中的一个核心部件，研究太阳能控制器具有重要的现实意义。
1 太阳能路灯系统结构
智能太阳能路灯系统如图1所示。整个系统主要由太阳能组件、蓄电池、控制器、负载组成，控制器在整个系统当中处于核心的地位，它的性能和价格直接的影响着太阳能路灯系统的寿命以及系统的后期维护成本。本文专为太阳能路灯系统的智能控制设计了一款高性能、更具人性化、更加完善的控制器。
图1 太阳能路灯系统
2 控制器功能与结构
太阳能路灯控制器系统通过单片机对太阳能电池的充电电压、充电电流、蓄电池端电压、放电电流、环境温度等参数进行采样，实现符合蓄电池特性的放电率，温度补偿修正的高效、高准确率控制，并采用高效的PWM模式对蓄电池充电，保证蓄电池工作在最佳状态，延长蓄电池的使用寿命，并且能将相关的充放电数据保存[1]。
控制器具有防雷击、蓄电池防反充、蓄电池防反接、过载、负载短路等保护措施，并且具有充放电、蓄电池状态、负载工作及各种故障显示、显示时间等指示，此外控制器还具有按键设置功能及数据存储功能，存储的数据可通过串口通讯在电脑上导出查看同时也可通过串口通讯时时监测充放电数据[2]。
所设计的一种实现数据存储功能的光伏路灯控制器结构图如图2所示。
图2 控制器结构
因本系统要求对太阳能路灯工作进行控制，即12V/24V系统电压自动适应，控制太阳能电池对蓄电池充电，控制蓄电池对负载放电，工作在单时段、双时段和固定模式，具有数据存储功能，能通过串口接口方便的将数据读到电脑上。同时要求控制器本身功耗要较小。在经过考虑以上要求和考虑程序存储器写入方式、电源范围、工作频率、市场价格、兼容型、加密功能、抗干扰性、烧写寿命更长等因素后选择了STC公司的芯片作为本系统的中央控制器。此芯片是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8—12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），抗强干扰，Flash程序存储器28K[3]。
如图2，单片机通过充放电检测模块对充电的电压、电流及蓄电池电压、负载输出电流进行采样[3]，通过A/D转化把模拟信号转换成数字信号并且在芯片内部对数字信号进行运算，时时判别是否符合充电或放电条件，若满足充电条件在充电时调整充电的状态，于此同时在充放电的过程中把相关的数据存储在Flash程序存储器内。温度采集模块及按键设置模块同样是将采样的数据通过A/D转换把模拟信号转换成数字信号并且在芯片内部对数字信号进行运算。对温度的采样是为了补偿充电电压（温度的变化会影响蓄电池的充电特性）[4]。按键设置模块是为了设置放电的模式和时间，设置的数值在数码管上会显示。
本控制器区别于以往的传统控制器是它不仅具备了传统控制器的各种基本功能还增加了串口通讯和数据存储的功能，这使得光伏路灯维修更加的简单方便，只要你通过电脑就可以将已往的充放电数据在串口软件上调出，这样一看数据便可知道路灯系统是哪一个部件出现了故障，而且由于具有数据储存功能，设计人员在查看数据时便可验证自己设计的路灯方案是否合理，对于积累设计经验、做光伏路灯有关的科学实验是有极大的帮助的。数据存储的基本原理是所存储的数据经过各模块的采集汇集到单片机，单片机经过运算，将需存储的数据以二进制代码储存于Flash程序存储器。
3 系统软件设计
单片机巡回检测太阳能电池输入的电压、电流值，判别是否天黑，白天则为蓄电池充电，黑夜则按照设定的输出时间开启输出。充电的同时进行温度检测，对充电电压进行补偿，使电压值在一个标准的修正值。对每天所进行的充放电数据捕捉并且存储于片内存储器内，流程图如图3。
4.3 充、放电回路的压降试验
4.3.1 充电回路压降
测试电路如图5，调节控制器充电回路电流至额定值，用电压表测量控制器充电回路的电压降应符合设计要求。
4.3.2 放电回路压降
测试电路如图4，调节控制器放电回路电流至额定值，用电压表测量控制器放电回路的电压降应符合设计要求。
4.4 耐冲击电压试验
测试电路如图5，去掉VR，在控制器光伏阵列输入端施加2倍额定电压，每隔5秒钟通电1次，循环20次后，检查控制器，应不损坏。
4.5 耐冲击电流试验
测试电路如图5，将直流电源接在控制器光伏阵列输入端，可调电阻接在蓄电池端，调节电阻使充电回路电流达到太阳电池组件标称短路电流1.25倍，控制器应不损坏。
4.6 保护功能试验
4.6.1 反向放电保护
调节接在蓄电池端的直流电源电压，检查有无逆电流流过充电回路。
4.6.2 极性反接保护
将直流电源的输出端分别反向接入控制器的光伏阵列输入端和蓄电池输入端，检查控制器或直流电源是否损坏。
4.6.3 过载保护
将负载电流增至额定值的120%，控制器应自动保护。
5 结语
控制器经过相关测试，达到了设计要求，本智能太阳能路灯控制器增加了串口通讯和数据存储功能，便于路灯系统故障的查找以及校验系统设计配置的准确性，使得光伏路灯控制器功能更加完善，整个太阳能路灯系统也将更加稳定。
参考文献：
1. 肖洪兵. 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社，2002.8
2. 王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术（第2版）.北京：化学工业出版社，2009，9
论文作者:傅洪波1,李云2,王剑2,普平贵1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
标签：控制器论文; 路灯论文; 蓄电池论文; 太阳能论文; 电压论文; 系统论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第19期论文;