孔祥鹏,范海贞,蒋继霆,刘洪升,桑　健（哈尔滨理工大学荣成学院,山东　荣成　264300）

基于单片机的太阳能路灯控制系统的设计

孔祥鹏,范海贞,蒋继霆,刘洪升,桑健
（哈尔滨理工大学荣成学院,山东荣成264300）

本文介绍了一种基于单片机的跟踪式太阳能路灯控制系统，该系统以单片机为核心，采用声控、红外感应、光控等模块实现智能化控制。当太阳能光照不足时，将电路切换到市电路中给蓄电池供电。通过蓄电池过冲、过放功能，来保护电路以及延长蓄电池使用寿命。

单片机；太阳能；双极轴追光；市电切换

0　引言

目前国内外太阳能路灯主要采用固定安装方式，其全天的有效平均日照时间约为3.5小时[1]。其余日照时间因太阳光光强不足或太阳能入射角小的原因而导致发电量大幅度下降[2]。单轴追光装置输出特性是明显的非线性，极易受到外部环境的影响，同时电池板固定装置决定了一天之内受照射的平均量很低导致成本高[3]。而太阳能路灯具有广泛的地域应用，对比单轴追光，双轴追光更能提高太阳能利用率，在降低成本、加快太阳能路灯的普及和提高太阳能利用率的条件下，其具有较高的研究意义[4]。

1　路灯控制系统总体设计

本文设计的路灯控制系统如图1所示。通过声、光、红外等模块感知外界环境，传输给单片机并作出反馈，实现对电机的驱动以及路灯的智能调节，达到太阳能电池板跟踪式追光的要求。编写程序算法，使传感器与控制电路输出相应的控制信号驱动电机组配合。控制电池板的X轴的方位角和Z轴的高度角，使光线垂直射到电池板上，从而使太阳能的利用率达到最高。根据蓄电池两端的电压与最低阀值电压或与峰值电压的比较，使电路进行市电充电与太阳能涓流充电状态间的智能切换[5]。且该系统能通过断电保护来防止蓄电池过冲过放以及电流反涌烧坏电路。实验室搭建模型如图2所示。

2　硬件设计

2.1 硬件总体介绍

该系统采用光线采集模块、声控模块、红外检测模块、市电切换模块、太阳能跟踪模块等组成。其中以AT89C51单片机为控制核心，主控制器主要完成对光照强度检测、太阳方位检测、定时、计数、中断程序处理、电机动作等控制。

2.2 双轴跟踪装置机械结构

双轴太阳跟踪装置的机械结构如图3所示，以两个伺服电机分别控制转台，驱使高度角和方位角方向的旋转以达到平板时刻与太阳光线垂直的目的[6]。跟踪轴为X轴，记方位角跟踪轴为Z轴。项目试验中太阳高度角的变化会导致步进电机与方位角电机的旋转。

2.3 太阳光照强度检测模块

太阳能电池板和太阳位置偏差给出的传感信号，经信号处理单元放大处理后送到单片机中，由单片机进行处理后控制高度角直流电动机和方位角直流电动机转动，控制机构分别对太阳能电池板的俯仰与水平两个方向进行调整。

2.3 红外检测及光线采集模块

红外检测采用双稳态去抖动电路可以消除红外感应开关继电器触点的抖动信号并且避免单元控制器的误操作。光线采集模块通过光敏电阻对外部光线进行采样，将采集到的模拟号通过AT89C51芯片转换成数字信号，送单片机进行处理

2.4 市电切换模块

当单片机检测到蓄电池没有电时，这时单片机控制继电器断开蓄电池供电转而使用市电供电，当继电器的三个接口中联通蓄电池的断电时继电器中的开关会自动调换成市电。

2.5蓄电池充放电

当系统检测到环境光充足，控制器就会进入充电模式。当系统检测到周围环境光线不足时，就会进入蓄电池给LED灯供电模式。

3　软件设计

3.1 自动追光模块程序

本模块是用来采集强弱光强从而实现追光的，部分程序如下所示。

unsignedcharcodeFFW[8]={oxf1,oxf3,oxf2,oxf6,oxf4,oxfc,oxf8,oxf9};

{unsignedintk;

while(t--)

{for(k=o;k＜80;k++)

{}

}

}

main()

{while(1)

{jd=0;

if(h1==0&&h2==1)

{k=2;

motorffw();//调用库函数；

}

if(h2==0&&h1&&1)

{k=1;

motorffw();

}

}

}

3.2 声控模块程序

本模块是用来采集声音频率进而发送给单片机实现控制指令的，部分算法如下所示。

{

while(1)

if(ate==0)

{

temp=0x01;//赋值语句，将16进制数赋值给变量；

P0=temp;

delay(3000);

}

else

P0=0x00;

}

4　结语

基于单片机的跟踪式太阳能路灯控制系统，能够实现高精度跟踪效果，以单片机为控制核心，双极轴太阳轨迹跟踪和相关模块结合的控制系统将会具有更好的稳定性和可靠性。

[1]任鹏飞，耿世勇，尹亚楠.基于单片机的LED路灯控制系统设计[J].河南工程学院学报，2009(01):2-7.

[2]张晓晖，杜学东.基于单片机控制的太阳能LED智能路灯照明系统[J].电子设计工程，2003(02):10-24.

[3]杨超，单亮.智能路灯的设计与研究[J].鸡西大学学报，2008(14):1-2.

[4]杨林发.基于单片机的双蓄电池自动切换系统[J].通信电源技术，2012(06):29.

[5]徐海鹏.双轴式太阳能自动跟踪系统[D].工程设计，2010(07):21.

[6]汤世松，舒志兵.双轴伺服太阳能跟踪系统的设计[J].南京工业大学自动化学，2009(02):44-63.

孔祥鹏（1995-）,男,山东烟台人，本科，学生研究方向：通信与信号处理。

哈尔滨理工大学大学生创新创业训练计划项目（2014CX0155）