基于单片机的太阳能LED路灯控制器设计课程设计

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1、基于单片机的太阳能基于单片机的太阳能 LEDLED 路灯控制器设计路灯控制器设计 面对地球生态环境日益恶化、资源日益短缺的现实，当今世界各国政府采取 了很多政策和措施，大力扶持和发展节能环保产业。太阳能 LED 路灯是太阳能 开发利用和照明领域节能技术的综合应用，具有环保节能的双重优势。据统计， 照明消耗约占整个电力消耗的20% 左右，降低照明用电是节省能源的重要途径。 太阳能具有清洁环保和可再生的特点，而 LED 照明是当前世界上最先进的照明 技术，是继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源，具有结构简 单、效率高、重量轻、安全性能好、无污染、免维护和寿命长、可控性能强等特 征，被

2、认为是照明领域节电降能耗的最佳实现途径。有统计数据显示，仅 LED 路 灯节能一项， 每年就能为中国节省约一座三峡大坝所发的电力。 正是由于 LED 照 明灯具所具有的节能、 环保优势， 近年来， 其全球产值年增长率保持在20% 以上， 中国也先后启动了绿色照明工程、半导体照明工程、 “十城万盏”计划等推进该 产业发展。 本文设计的太阳能 LED 路灯控制器， 先对太阳能电池输出和蓄电池电量等参 数进行检测确定系统工作状态，利用最大功率点跟踪 MPPT 算法实现电能的最大 化收集，在电能的储备完成后，利用 PWM 技术调节 LED 的亮度以进一步节能， 从而实现了整个系统的自动控制和智能能量管

3、理， 更有利于太阳能路灯的应用推 广。 关键字：关键字：STCSTC LEDLED 单片机单片机 太阳能太阳能 1 1 太阳能太阳能 LED LED 路灯系统简介路灯系统简介 1.1 1.1 太阳能太阳能 LED LED 路灯系统的组成路灯系统的组成 太阳能路灯系统由以下几个部分组成：太阳能电池板、LED 灯具(含 LED 光 源、灯杆及灯具外壳)、控制器、蓄电池组，如图1 所示。 图1 太阳能路灯系统 1.2 1.2 太阳能太阳能 LED LED 路灯系统的基本原理路灯系统的基本原理 利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池板白天接收太阳辐射能并转化为 电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中；

4、夜晚当照度逐渐降低，充放电控 制器检测到这一变化，蓄电池开始对 LED 路灯放电。蓄电池放电约10 h 后，充 放电控制器动作，蓄电池放电结束。 根据海南三亚的日照特征和城市道路照明设计标准5，本系统选用组件参 数如下：LED 路灯1 组(32 W，24 V，14 A；LED 1 W 光源；4 组并联，每组8 个串联)；太阳能电池板2 块( 每组额定输出电压18 V，工作电流为56 A，开 路电压为21 2 V，短路电流为61 A，峰值功率为80 W)；蓄电池( 12 V，200 Ah；过充电压148 V，浮充电压123 V，过放电压108 V) 。 2 2 硬件设计硬件设计 虽然太阳能 LE

5、D 路灯控制器在整个系统中是价值最小的部份， 但是它却是整 个系统的核心控制部分。一个设计先进的控制器，除了完成最基本的充放电控制 功能外，还能控制太阳能电池方阵尽可能吸收太阳能，提高效率；能防止蓄电池 过充电及深度放电，延长蓄电池的使用寿命；能根据环境，调节 LED 光源的亮 度，特别是在后半夜还能实现半功率点亮负载，从而尽可能节能等。由于光伏电 池板的输出电力有很大的不确定因素、蓄电池的充放电特性非线性，另外两者受 环境影响较大，因此设计一个性能良好的充电放电控制器对系统性能有很大影 响。本文是对控制器设计的一个有益的探索。 本文设计的控制器是采用 STC12C5410AD 单片机作为主控

6、器件， 该器件内置4 路 PWM 通道，8路10 位 ADC 通道，工作频率高达35 MHz，指令兼容51 单片机但 速度快812 倍，非常适合本设计要求。 由于两组太阳能电池采用串联连接， 输出电压为36 V，蓄电池电压为12 V，LED 路灯工作电压为24 V，因此充电电路 采用 DC /DC 降压变换电路( Buck)，放电电路采用 DC /DC 升压变换电路 ( Boost)，通过软件实现充放电的控制策略，从而最终达到提高效率、节能的目 的(如图2 所示)。本文重点论述充放电电路及其控制策略。 2 21 1 充电电路及控制策略充电电路及控制策略 充电电路由电感 L1、 功率 MOSFET 管 T1和续流二极管 D2构成降压型 Buck 电 路，如图3 所示。 通过改变加在 MOSFET 控制栅极的脉冲宽度(脉冲宽度调制 Pulse Width Modulation，PWM)就可以改变太阳能电池板的输出电压。通过检测太阳能电池板 的输出电压和电流、蓄电池的电压和电流，判断蓄电池的电荷状态，选择合适的 充电方式为蓄电池优化充电。当蓄电