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太阳能路灯控制器的设计

核心提示：本文所设计的太阳能路灯控制器,可适用12V或24V工作的光伏系统,可以直接驱

动直流节能灯或通过逆变器驱动无极灯等灯具作为照明光源使用,也可以驱动一些直流低压

负载供城市亮化使用。

太阳能路灯以太阳光为能源,白天充电、晚上使用,无需铺设复杂、昂贵的管线,可任意调

整灯具的布局,安全节能无污染,充电及开/关过程采用光控自动控制,无需人工操作,工作稳定

可靠,节省电费,免维护,太阳能路灯的实用性已充分得到人们的认可。本文介绍的基于单片机

的太阳能路灯控制器的设计,对12V和24V蓄电池可以自动识别,能实现对蓄电池的科学管理,

能指示蓄电池过压、欠压等运行状态,具有两路负载输出,每路负载额定电流可以达到5A,两

路负载可以随意设置为同时点亮、分时点亮,单独定时等工作模式,同时对负载的过流、短路

具有保护功能;具有较高的自动化和智能化程度。

硬件电路组成及工作原理系统硬件结构框图太阳能路灯智能控制器以STC12C5410AD

单片机为核心,外围电路主要由电压采集电路、负载输出控制与检测电路、LED显示电路及

键盘电路等几部分组成的,结构框图如图1所示。电压采集电路包括:太阳能电池板和蓄电池

电压采集,用于太阳光线强弱的识别以及蓄电池电压的获取。单片机的P3口的两位作为键盘

输入口,用于工作模式等参数的设置。

下面详细介绍系统中STC12C5410AD、电压采集与电池管理、负载输出控制与检测电

路的设计与实现。

STC12C5410AD单片机STC12C5410AD是STC12系列的单片机,采用RISC型CPU内

核,兼容普通8051指令集,而且还有新的特点:片内含有Flash程序存储器10k,DataFlash数据

存储器2k,RAM数据存储器512字节,同时内部还有看门狗(WDT);片内集成MAX810专用复

位电路,集成了8通道10位分辨率的ADC以及4通道的PWM;具有可编程的8级中断源4

种优先级,具有系统可编程(ISP)和应用可编程(IAP)等特点,片内资源丰富、集成度高、使用方

便。STC12C5410AD对系统的工作进行实施调度,实现外部输入参数的设置、对蓄电池及负

载进行管理,工作状态的指示等。为充分使用片内资源,本文所设置的参数写入DataFlash数

据存储器内。键盘电路P3.4(T0)接F1键,该键用

于设置状态的识别及参数设置;P3.5(T1)接F2键,该键用于自检及“加1”功能,根据程序

流程,分别实现不同功能。电压采集与电池管理太阳能电池板电压采集,用于太阳光线强弱的

判断,因而可以作为白天、黄昏的识别信号。同时本系统支持太阳能板反接、反充保护。

蓄电池电压采集,用于蓄电池工作电压的识别。利用微控制器的PWM功能,对蓄电池进

行充电管理。蓄电池开路保护:万一蓄电池开路,若在太阳能电池正常充电时,控制器将关断负

载,以保证负载不被损伤,若在夜间或太阳能电池不充电时,控制器由于自身得不到电力,不会

有任何动作。

过充保护:充电电压高于保护电压(15V)时,自动关断对蓄电池的充电;此后当电压掉至维

护电压(13.2V)时,蓄电池进入浮充状态,当低于维护电压(13.2V)后浮充关闭,进入均充状态。当

蓄电池电压低于保护电压(11V)时,控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过

PWM充电电路(智能三阶段充电),可使太阳能电池板发挥最大功效,提高系统充电效率。本系

统支持蓄电池的反接、过充、过放。

负载输出控制与检测电路本系统设计了两路负载输出,每路的输出均有独立的控制和检

测,具有完善的过流、短路保护措施。负载输出控制与检测电路如图2所示。

负载过流及短路保护:设计了两级保护。第一级采用了R7(0.01Ω康铜丝)以及运放

LM358、比较器LM393等器件组成的过流、短路检测电路配合单片机的A/D转换及外部中

断响应来实现,这里使用了硬件+软件的方式,LM358的输出送P1.7(A/D转换)口,用作过流信

号识别,当电流超过额定电流20%并维持30s以上时,确认为过流;短路电流整定为10A,响应时

间为毫秒数量级。第二级采用了电子保险丝保护,当流经电子保险丝的电流骤然增加时,温度

随之上升,其电阻大大增加,工作电流大幅降低,达到保护电路目的,响应时间