摘要：针对目前城市、乡镇中的市电照明路灯的缺点，本文以长春地区为例，设计了一款基于太阳能电池板和蓄电池供电，以单片机为控制核心的独立太阳能LED路灯运行系统，通过对太阳光光线强度的实时采集及分析，控制单片机驱动LED路灯的亮度根据太阳光光线强度的变化而变化，实现对太阳能LED路灯的智能控制。
关键词：光伏发电；独立电源；单片机；太阳能路灯
1 引言
能源危机，使得可再生能源的利用与研究得到越来越多的重视。目前，我国城市、乡镇中的路灯主要以市电照明灯为主，消耗电能大，安装复杂，且需要定期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，一旦由于施工质量、供电异常、水电气管道改造的冲突等还会方面带来诸多的安全隐患。太阳能LED路灯采用LED灯具，以太阳光为主要供应能源，安全环保无污染，且“取之不尽，用之不竭”，不需要挖沟铺设复杂的管线，安装相对简便，不用专人控制，只需一次性投资，因此在山区、乡镇以及不便于架设输电线路的地方得到越来越广泛的应用。针对市电照明路灯的弊端以及太阳能路灯的优点，本文以单片机为控制核心，采用太阳能电池板和蓄电池独立供电，设计了一款独立太阳能LED路灯运行系统，安全环保，节能无污染，实现了对路灯的良好控制。
2 系统方案
太阳能LED路灯系统方案原理框图见图1。
图1 系统方案
由方案可见，系统主要包括单片机控制模块、独立装置电源模块、LED路灯模块等三个部分构成，其各部分功能如下：
（1）单片机控制模块：是系统的核心，由ST89C52最小系统、光强信号采集、键盘显示等构成，实现对独立装置电源模块和LED路灯模块的控制，实现对光强信号的采集分析，系统工作状态及蓄电池输出电压的实时显示等。
（2）独立装置电源部分：单片机系统及太阳能LED路灯的供电主体，由太阳能电池板、蓄电池和蓄电池充放电控制电路构成，当太阳光光线强较强时，由单片机控制太阳能电池板给蓄电池充电，并监视蓄电池输出电压，防止过冲；当太阳光光线强度较弱时，由单片机控制蓄电池给LED路灯供电，启动LED路灯工作。其中：
①太阳能电池板的选择
太阳能光伏电池板是系统的核心部分，其作用是将太阳的辐射能转换为电能，并蓄电池中存储起来。由于地理位置特点，东北地区日照充足，年平均日照时间可达4.8小时，为保证蓄电池正常工作，系统经计算采用18V多晶硅太阳能电池板。其选择如下：
设计要求：长春及周边地区，负载输入电压12V，功耗30W，每天工作时数7h，保证连续阴雨天数5天。太阳能电池板的选择过程如下：
其中：
：太阳能光伏电池板的输出功率。
：工作电流。
：每天工作时数。
：太阳能LED路灯组件损耗。
：太阳能板工作电压18V。
：经查，长春地区日照系数为4.8。
：蓄电池的充电接受效率，取0.75。
由计算得知，太阳能电池板功率84W，实际选择18V多晶硅太阳能光伏电池板，功率100W.
表1 我国部分不同地区日照系数表
②蓄电池的选择
蓄电池的性能好坏直接影响系统的运行好坏和使用寿命，目前采用的太阳能路灯蓄电池有密封铅酸蓄电池、普通铅酸蓄电池，胶体蓄电池，锂铁蓄电池和碱性镍镉蓄电池等，电压一般为12V或24V。系统选用胶体蓄电池，其特点是免维护和高环保，在安全性、蓄电量、放电性能和使用寿命等方面有极大的优势。蓄电池容量的选择原则：第一，在能满足夜晚照明的前提下，把太阳能电池板吸收的能量尽量存储在蓄电池中；第二，存储的能量能够满足连续阴雨天夜晚照明的需要。系统中蓄电池的选择如下：
设计条件：长春及周边地区，负载输入电压12V，负载功耗30W，每天工作时数7h，保证连续阴雨天夜晚照明天数5天。蓄电池的选择过程如下：
其中：
：蓄电池容量。
：工作电流，为负载功率除以工作电压。
：每天工作时数。
：连续阴雨天数。
：放电深度，铅酸电池的放电深度取0.7。
由计算得知，蓄电池容量为150Ah，实际选择12v150ah太阳能专用胶体蓄电池.
（1）LED路灯部分：由独立装置电源供电，由单片机驱动的LED路灯系统。
图3 系统软件设计流程图
3 系统软件设计
系统软件采用C51语言、模块化结构，根据系统的控制要求，系统软件程序包含键盘显示子程序、太阳光光线强度检测判断分析子程序、蓄电池充放电控制子程序、LED路灯工作子程序等，设计系统的软件控制流程如图3所示。
系统程序工作如下：
单片机首先采集光强检测电路发出的信号并进行判断分析来判断是白天还是黑夜。
若是白天，太阳光光线充足，光强检测电路输出信号较大，经单片机采集分析后，启动蓄电池充电，并在显示器上显示当前的工作状态，同时，采集并监视蓄电池输出电压，当蓄电池输出电压大于12.8v时，切断充电回路，防止发生蓄电池过充而损坏。
若接近黑天，太阳光光线不足，光强检测电路输出信号较小，甚至接近于零，经单片机采集分析后，启动LED路灯工作。系统中LED路灯由PWM信号驱动，光线越暗，经单片机采集的数据越小，则单片机输出的PWM信号脉宽越宽，LED路灯的亮度越亮，反之，LED路灯的亮度越小，使得LED路灯的亮度随光强信号的强弱而变动，可以极大的节省电能。
系统工作中，整个装置无需外接电源，保证了太阳能LED路灯装置工作的独立性，在单片机控制下，可根据不同时期不同光照的条件，对太阳能LED路灯进行智能控制，操作简单，节能环保。
4 结束语
太阳能 LED 路灯系统基于光伏发电，能够独立运行，节能环保、 发光效率高，随着科技的进步，节能减排的进一步提倡，太阳能 LED 路灯具有广阔的发展前景。
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作者简介：
王贺光（1999-），男，汉族，新疆昌吉市，本科，专业：电气工程及其自动化。
论文作者:王贺光,何生坤,张霄
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/9
标签：路灯论文; 蓄电池论文; 太阳能论文; 单片机论文; 系统论文; 电池板论文; 工作论文; 《基层建设》2019年第25期论文;