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（天津城市职业学院,中国 天津 300251）
【摘 要】本文介绍了基于单片机的太阳能草坪灯控制器,本系统使用mega128单片机作为控制器,利用蓄电池的充电特性采用三段式充电控制,放电过程采用恒压恒流驱动LED草坪灯.采用PWM控制DC/DC变换器中的开关元件MO论文范文ET,具有过充、过放、过载保护的功能.本系统节能环保,具有很高的推广使用价值.
【关键词】太阳能；LED；草坪灯；单片机
０ 引言
草坪灯广泛应用于广场、公园、别墅等绿化带,不仅起到了良好的照明作用也装点着人们的生活.目前常用的草坪灯光源有白炽灯、节能灯以及新型LED光源.其中LED光源发光效率高、耗电量少、安全可靠性强、有利于环保、寿命长,可连续使用10万小时,比普通白炽灯泡长100倍,这种光源必将成为未来照明的主流产品.再从草坪灯的供电上看,传统能源日益减少,而太阳能以其清洁可再生、蕴藏量巨大和普遍性受到了人们的关注[1].因此太阳能供电、LED光源是草坪灯的好组合,体现了国家倡导的循环经济理念.
本文设计了一款基于单片机的太阳能LED草坪灯控制器,该系统采用单片机mega128芯片作为主控芯片,实现根据光照情况的蓄电池充电、放电；蓄电池保护,包括防止过充、过放、反冲；过载保护、温度补偿等智能功能.
1. 系统构成
1.1 本系统能够实现以下功能：
（1）充电过程中,根据蓄电池的充电特性,采用三段式充电算法,提高蓄电池的使用寿命；
（2）根据光照情况自动开灯、关灯功能；
（3）蓄电池保护功能,包括防止过充、过放、反冲；
（4）PWM控制技术运用到充电电路中,提高充电效率；运用到LED草坪灯驱动电路中,调节LED光源亮度.
1.2 系统构成及工作过程
本系统的构成如图1所示,系统由太阳能电池板组件、蓄电池组、LED恒流驱动、LED草坪灯、单片机、检测电路以及相关保护电路构成.
其工作过程可以简述如下.单片机检测光照强度来判断白天还是黑夜.如果是白天,太阳能电池板将太阳辐射能转化为电能对蓄电池组进行充电,该充电过程中,单片机检测电池板的输出电压、充电电流、蓄电池电压和环境温度等信号,控制PWM功率驱动,实现最大功率点跟踪 (MPPT)充电和蓄电池的分阶段充电,以及相应的充电保护.如果检测到时黑夜,蓄电池对LED草坪灯放电,放电过程中,由单片机输出信号控制LED恒流驱动,LED草坪灯工作.同时单片机检测负载电流实现过载保护.
2. 控制系统设计
2.1 硬件设计
本文将对充电电路和放电电路进行重点讨论,其他时控功能、温度补偿电路不再赘述.
充电电池:10瓦太阳能电池板对蓄电池充电的参数
（1）主控芯片介绍
ATmega128为基于论文范文R RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器.由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间,ATmega128的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾.它具有128K字节的系统内可编程Flash、4K字节的EEPROM、4K字节的SRAM、53个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、两路8 位PWM和6路分辨率可编程（1 到16 位）的PWM、8路10 位ADC；非常适合本设计要求.
（2）充电电路设计及其工作过程
充电电路采用可升降压控制的SEPIC拓扑结构电路,充电电路图如图2所示.SEPIC(single ended primary inductor converter)电路是一种允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DC/DC变换器.输出电压由主控开关的占空比控制.这种电路最大的好处是输入输出同极性,尤其适合于电池供电的应用场合,允许电池电压高于或者小于所需要的输入电压.输入输出电压与占空比的关系如式（１）所示.
本设计中SEPIC电路中的开关元件采用MO论文范文ET,通过改变加在MO论文范文ET 控制栅极的脉冲宽度,即脉宽调制PWM控制,就可以改变太阳能电池板的输出电压.充电电路的脉宽调制策略采用符合蓄电池充电特性的三阶段充电：快充MPPT、过充和浮充[2],从而提高充电的效率和延长蓄电池的寿命.检测太阳能电池板和蓄电池组的电压和电流情况,判断蓄电池的状态,从而由单片机发出不同阶段控制脉冲,实现优化充电以及充电保护.
（3）驱动LED电路设计及其工作过程
蓄电池组向LED草坪灯供电是放电过程,要保证LED有稳定的发光强度,就要保证流过LED的电流恒流且其正向电压恒压.为此其控制电路采用可升降压控制的SEPIC电路,设计电路图如图3所示.开关元件采用MO论文范文ET,控制策略采用PWM控制.
图3中单片机控制输出PWM2,得到稳定的输出电压；单片机控制输出PWM3使LED实现恒流控制.检测R6处照明恒流驱动电流实现电流反馈及过载保护.
2.2 软件设计
单片机程序控制设计主要有以下几个方面：系统初始化子程序、采样检测子程序（包括检测太阳能电池板和蓄电池组的电压、电流、LED恒流驱动电流、光照检测、温度检测）、充电子程序、放电子程序、MPPT算法子程序和保护子程序.系统主程序流程图如图4所示.
3. 结论
本文介绍了基于单片机的太阳能草坪灯控制器的软、硬件设计.本系统使用mega128单片机作为控制器,利用蓄电池的充电特性采用三段式充电控制,放电过程采用恒压恒流驱动LED草坪灯.采用PWM控制SEPIC变换器中的开关元件MO论文范文ET,使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半,充电效率较非PWM高3%-6%.具有过充、过放、过载保护的功能.本系统节能环保,具有很高的推广使用价值.
【参考文献】
［１］李向欣．智能化太阳能LED照明系统设计[C]//峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集.2009：15-19.
［２］吴正茂．基于STC单片机的太阳能LED路灯控制器设计[J]．中国科技财富,2012(4)：36-38.
［责任编辑：汤静］
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充电电池引用文献:
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[3] 充电桩和智慧路灯论文写作参考范文 充电桩和智慧路灯类有关毕业论文模板范文2万字
