太陽能LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、 太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計 摘要：在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，利用太陽能實現(xiàn)實時性路燈節(jié)能控制工作具有重要的研究意義，滿足節(jié)能環(huán)保和自動化控制的應(yīng)用需求，進一步推動了行業(yè)的可持續(xù)進步。本文分析了太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的組成部分，并從整體設(shè)計框架、軟件設(shè)計、硬件設(shè)計三個方面分析了具體的設(shè)計方案，并對蓄電池充放電予以探討，最后制定了相匹配的測試方案，以保證太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)能發(fā)揮實際作用。關(guān)鍵詞：太陽能；led路燈；節(jié)能控制系統(tǒng)；設(shè)計方案；充放電能源短缺已經(jīng)成為困擾世界各個國家的難題，為了提升能源的利用率，要配合能源應(yīng)用要求落實環(huán)保、節(jié)能、高效的設(shè)計方案，落實控制器的多元

2、處理，確保太陽能能為電池能量轉(zhuǎn)換工作的最大化提供保障，優(yōu)化轉(zhuǎn)化率的同時延長對應(yīng)設(shè)備的使用壽命。一、太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)概述太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，要充分發(fā)揮具體應(yīng)用優(yōu)勢，在滿足照明需求的同時，也能順應(yīng)節(jié)能降耗的發(fā)展需求，建構(gòu)合理且規(guī)范的系統(tǒng)操作模式，并且利用節(jié)能方式大大提升資源的應(yīng)用效率。（一）組成太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)主要包括太陽能電池板、鉛酸蓄電池組、led指示燈以及驅(qū)動電路等基礎(chǔ)設(shè)備，不同的元件發(fā)揮其應(yīng)用價值，從而確保系統(tǒng)運行的完整性。1）太陽能電池板。主要的功能就是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，從而維持路燈節(jié)能控制系統(tǒng)能量供給。2）鉛酸蓄電池組，能

3、集中將太陽能的電能儲存起來，確保能建立有效的能量富集模式，并且為夜間led燈源供電提供能量。3）驅(qū)動電路，主要是將鉛酸蓄電池輸出的實時性電壓進行升壓處理，然后輸送到led燈具1。4）控制設(shè)備，要借助為鉛酸蓄電池充電的方式保證負(fù)載放電時間以及應(yīng)用強度、led燈具亮度都能滿足具體要求，并且建立過充保護機制和過放保護機制，從而維持整體設(shè)備運行的規(guī)范性。（二）節(jié)能方式太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中最大的優(yōu)勢就是能在滿足應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上節(jié)省能源，建立更加和諧規(guī)范的能源處理方式，減少功率損耗。一方面，借助mppt充電處理方式能有效實現(xiàn)太陽能電池的能量輸出處理，并且配合脈沖充電就能減少極化現(xiàn)象造成

4、的能源損耗，在維持其節(jié)能效果的基礎(chǔ)上，延長了鉛酸蓄電池的使用壽命。另一方面，設(shè)備在實現(xiàn)放電的過程中，鉛酸蓄電池的具體電壓和全功率放電、半功率放電所需要的時間有關(guān)聯(lián)，因此，能建立充分匹配的能量處理模式，并且設(shè)備的控制器選取的是 ，其實際功耗較低，真正意義上打造了節(jié)能管理方案，為系統(tǒng)綜合管理控制提供了保障2。除此之外，太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)中l(wèi)ed燈具本身就具備電壓參數(shù)地且電流較小的特質(zhì)，相較于傳統(tǒng)光源，同等照明效果的情況下，能量節(jié)約會控制在80%到90%。二、太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計方案基于太陽能led路燈系統(tǒng)的節(jié)能特質(zhì)，在具體系統(tǒng)設(shè)計方案中要確保對應(yīng)的元件都能發(fā)揮其實際作用，有效

5、維持系統(tǒng)框架運行的合理性，并且維持聯(lián)合控制的標(biāo)準(zhǔn)。（一）總體框架具體框架見圖1：圖1：整體框架設(shè)計圖第一，整個太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的充電電路包括t1和t2，其中，t1表示的是充電控制場的效應(yīng)管體系、t2表示的是整個系統(tǒng)防止反沖控制場的效應(yīng)管體系。另外，借助t3放電控制場的效應(yīng)管體系就能建立完整的運行框架結(jié)構(gòu)，保證電能管理的完整性3。第二，系統(tǒng)的充電電路和放電電路對應(yīng)的通/斷都依托場效應(yīng)管完成，柵極和控制電路連接形成控制模式，匹配相應(yīng)的單片機就能借助控制電路完成信號的分辨和處理，從而判定通斷。（二）軟件設(shè)計1.識別功能軟件為了匹配太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)運行的需求，在系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

6、工作中，能建立12v和24v識別功能模塊，在識別工作結(jié)束后就能建立對應(yīng)的服務(wù)模式和流程，從而保證運行的合理性。并且，無論是太陽能富集狀態(tài)還是太陽能不足狀態(tài)，都能利用鉛酸蓄電池的實際電壓完成判定。例如，若是在實際采集工作中，采集的次數(shù)設(shè)定為5次，但是平均電壓數(shù)值在4v以下，就說明太陽能處于短缺狀態(tài)，整個系統(tǒng)就進入到夜間服務(wù)模式。而若是在4v以上，則進入到白晝服務(wù)模式4。而在白晝服務(wù)模式中，程序還要兼顧過放保護功能，依據(jù)鉛酸蓄電池電壓參數(shù)判定脈沖寬度調(diào)制（pwm）占空比，從而開啟防反充功能或者是充電功能。另外，依據(jù)軟件的實時性數(shù)據(jù)分析還能結(jié)合不同的季節(jié)判定亮度，最大化滿足節(jié)能降耗的目標(biāo)。具體識別流

7、程如下：1）識別服務(wù)模式開啟；2）太陽能電池電壓數(shù)值測定分析，并且求和，利用 獲取平均數(shù)值；3）平均數(shù)值和4v對比，判定白晝服務(wù)模式or夜間服務(wù)模式5。2.pc機上位軟件上位機的設(shè)置是為了建立更加和諧的遠(yuǎn)程監(jiān)控體系，確保人機交互界面運行的合理性和規(guī)范性，系統(tǒng)選取qt開發(fā)環(huán)境，建立平臺編程特性較好的模式，按照系統(tǒng)連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端口的處理方式，配置tcp/ip協(xié)議完成轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的接收處理，并且能結(jié)合定義協(xié)議完成數(shù)據(jù)的解析，從而評估路燈節(jié)點數(shù)據(jù)信息，針對路燈工作參數(shù)完成分析工作。需要注意的是，在系統(tǒng)開發(fā)的上位機pc軟件模式中，能有效查找終端路燈的歷史數(shù)據(jù)、電池欠壓次數(shù)以及路燈的地理位置，并且依據(jù)實際情

8、況結(jié)合定義判定全功率運行、半功率運行、停止放電等環(huán)節(jié)。3.綜控器軟件借助綜控器軟件就能對監(jiān)控的路燈系統(tǒng)進行終端節(jié)點數(shù)據(jù)的分析，從而配合zigbee技術(shù)落實無線網(wǎng)絡(luò)中心協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)的接收和分析處理，并且保證監(jiān)控范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)最優(yōu)化。本文選取的是arm架構(gòu)的微處理器作為基礎(chǔ)核心器件，能在綜合考量成本參數(shù)和運行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，建立更加合理的系統(tǒng)，減少冗余產(chǎn)生的影響，為系統(tǒng)效率和運行穩(wěn)定性優(yōu)化提供保障。與此同時，配合linux操作系統(tǒng)完成源碼處理，提升控制的實時性。（三）硬件設(shè)計在硬件設(shè)置的過程中，主要是針對電源、充電電路和放電電路，完成匹配的設(shè)計方案，保證不同模塊都能發(fā)揮其實際作用。1.電源太陽能led

9、路燈節(jié)能控制系統(tǒng)中正極均處于并聯(lián)狀態(tài)，電路對應(yīng)的節(jié)點相較于整個電路結(jié)構(gòu)的參照點都處于負(fù)值狀態(tài)，因此，為了保證電壓的穩(wěn)定性，采取 穩(wěn)壓芯片，維持整個系統(tǒng)電壓參數(shù)的合理性。與此同時，配合 主控芯片就能及時采集太陽能，并且利用電阻分壓的方式實現(xiàn)鉛酸蓄電池和太陽能電池的區(qū)分處理，并且，充電電流的要利用霍爾電流傳感器予以分析和管控。2.放電電路結(jié)合整體框架可知，t3是整個系統(tǒng)放電控制場的效應(yīng)管，控制方式就是借助三極管完成對應(yīng)驅(qū)動，并且在實際應(yīng)用中要借助光耦的方式完成主回路和控制回路的隔離處理。而在太陽落山后，為了保證電能儲備的合理性，鉛酸蓄電池的運行電壓就要超過放電壓，從而維持t3的導(dǎo)通，電流直接從鉛酸

10、蓄電池向led燈輸出，保證led燈處于放電狀態(tài)，并且電流還會經(jīng)過t3返回，形成了良性回路6。若是在實際應(yīng)用中出現(xiàn)負(fù)載短路的問題，就會造成電壓參數(shù)超出安全數(shù)值范圍，此時，過流保護電路會利用切斷功能直接斷開t3的連接功能，維持整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，避免因為負(fù)載短路產(chǎn)生的不良影響。2.充電電路在充電電路結(jié)構(gòu)中，t1是整個充電控制場的效應(yīng)管，而對應(yīng)的t2是防反充控制場的效應(yīng)管，兩個結(jié)構(gòu)配合并串聯(lián)形成統(tǒng)一的充電電路體系。其中，t1借助三極管完成系統(tǒng)驅(qū)動處理，t2則是借助光耦實現(xiàn)通斷處理，這就最大程度上維持了整個電路結(jié)構(gòu)回路模式和主回路之間的隔離狀態(tài)7。在太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)充電工作中，t1和t2

11、形成聯(lián)通狀態(tài)，電流就會從太陽能電池的正極直接流向鉛酸蓄電池，保證鉛酸蓄電池處于充電狀態(tài)，并且，借助t2和t1就實現(xiàn)了太陽能電池負(fù)極的回路結(jié)構(gòu)。值得一提的是，在整個系統(tǒng)充電工作模式中，脈沖寬度調(diào)制（pwm）的占空比具有動態(tài)可調(diào)性，調(diào)節(jié)范圍為0到100%8。三、太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)充放電太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)運行過程中，要結(jié)合其運行動態(tài)完善充放電時限，并且保證對應(yīng)方式的合理性，最大程度上提高轉(zhuǎn)換效率和應(yīng)用效率。（一）鉛酸蓄電池充電控制流程對于太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)而言，要想保證鉛酸蓄電池組運行的合理性和規(guī)范性，就要選擇適宜的充電方式，從而維持使用規(guī)范性。本文采取的是脈沖寬度調(diào)制

12、（pwm）波完成充電工作，在充電過程中要結(jié)合運行狀態(tài)判定充電時長，并且保證電阻極化現(xiàn)象能適當(dāng)減弱，從而減少濃度極差和電化學(xué)極化問題造成的影響。也就是說，適當(dāng)暫停充電狀態(tài)能最大程度上避免極化電壓對整個系統(tǒng)運行產(chǎn)生的影響，維護充電的實效性。另外，對于鉛酸蓄電池而言，電路中要完成兩個場效應(yīng)管的串聯(lián)處理，確保對應(yīng)的保護功能都能發(fā)揮作用9。例如，整個太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)中鉛酸蓄電池的電壓為12v，因為電壓參數(shù)在13.7v以下，因此，借助mppt的處理方式完成鉛酸蓄電池充電過程。而若是電壓參數(shù)在13.7以上，則要利用脈沖寬度調(diào)制（pwm）波進行充電，此時占空比接近100%。若是鉛酸蓄電池的電壓為2

13、4v，則要與27.4v相對比，在27.4v以上，利用脈沖寬度調(diào)制（pwm）波建立浮充模式10。在實際應(yīng)用工序中，最大功率參數(shù)的跟蹤情況要結(jié)合擾動觀察法完成處理，并且利用 就能對太陽能電池板的電壓參數(shù)予以采樣分析，而霍爾電流傳感器則對充電電路的電流參數(shù)展開采樣，有效獲得功率參數(shù)，此時功率參數(shù)若是比前一時刻功率有所降低，則適當(dāng)降低占空比，若是功率參數(shù)比前一時刻功率有所提升，則適當(dāng)升高或者是增大占空比。具體流程如下：1）分析開始；2）對采樣周期內(nèi)的脈沖寬度調(diào)制（pwm）波進行分析，輸入固定數(shù)值獲取占空比，設(shè)為x；3）測定光伏陳列的整個輸出電壓參數(shù)和電流參數(shù)，相乘獲得功率p（k）；4）以固定數(shù)值增加x

14、，測定后續(xù)更改的電壓數(shù)值和電流數(shù)值，相乘獲得功率p（k+1）；5）分析p（k）和p（k+1）的大小。若是p（k+1）p（k），則繼續(xù)增加x，得到目前的功率p（k+2）。若是p（k+1）6）p（k+1）就是采樣周期內(nèi)最大的輸出功率參數(shù)，此時采樣周期內(nèi)要將x（k+1）作為輸出標(biāo)準(zhǔn)。（二）led燈組放電控制流程具體流程如下：1）夜間服務(wù)處理模式開啟；2）蓄電池電壓參數(shù)在11v以上進行負(fù)載通路處理，若是不滿足鉛酸蓄電池電壓高于11v，則要進行負(fù)載斷路處理。3）負(fù)載通路中分別針對5小時模式、6小時模式、7小時模式開展對應(yīng)的工作。進入5小時模式。判定蓄電池電壓是否滿足實際應(yīng)用需求，若是滿足標(biāo)準(zhǔn)，則全功率運

15、行5個小時后滅led燈組。若是不滿足大功率運行標(biāo)準(zhǔn)，則全功率運行3個小時，后2個小時半功率運行，然后滅led燈組。進入6小時模式。判定蓄電池電壓是否滿足實際應(yīng)用需求，若是滿足標(biāo)準(zhǔn)，則全功率運行6個小時后滅led燈組。若是不滿足大功率運行標(biāo)準(zhǔn)，則全功率運行3個小時，后3個小時半功率運行，然后滅led燈組11。進入7小時模式。判定蓄電池電壓是否滿足實際應(yīng)用需求，若是滿足標(biāo)準(zhǔn)，則全功率運行7個小時后滅led燈組。若是不滿足大功率運行標(biāo)準(zhǔn)，則全功率運行3個小時，后4個小時半功率運行，然后滅led燈組。綜上所述，設(shè)計方案中采取的是led燈組額定照明標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，功率為1w，額定電流為350ma，應(yīng)用24個l

16、ed燈組串聯(lián)的方式完成設(shè)置，并且保證11組能形成并聯(lián)運行模式。在觸發(fā)按鍵后利用外部情況作為指標(biāo)，合理性判定led燈組的具體亮燈時長，放電過程中要結(jié)合電池組的電壓參數(shù)判定是采取全功率放電還是半功率放電，也就是依據(jù)時間節(jié)點分析5小時、6小時還是7小時模式，并合理均衡評估功率運行狀態(tài)。與此同時，要借助a/d檢測分析鉛酸蓄電池的電壓參數(shù)，確保能及時建立放電電路的斷開或者是通路處理，滿足能量均衡利用的要求，也能發(fā)揮過放保護的作用，維持整個太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的運行效率。四、太陽能led路燈節(jié)能控制系統(tǒng)測試在完成相應(yīng)工作后，就要結(jié)合系統(tǒng)運行要求和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)落實對應(yīng)的系統(tǒng)測試工序，以保證太陽能led路

17、燈節(jié)能控制系統(tǒng)在運行中能滿足規(guī)范操作的標(biāo)準(zhǔn)。一般是結(jié)合采樣獲取的鉛酸蓄電池電壓分為12v和24v系統(tǒng)判定標(biāo)準(zhǔn)，配合a/d采樣獲取的太陽能電池電壓參數(shù)轉(zhuǎn)換程序完成分析12。一方面，在白晝服務(wù)模式中，要結(jié)合鉛酸蓄電池的實際運行狀態(tài)評估是采取mppt充電處理還是借助涓流充電處理方式，維持運行動力的同時，減少能源的損耗。而在夜晚服務(wù)模式中，要結(jié)合外部實際中斷對接次數(shù)判定實際的放電時間，從而維持對應(yīng)節(jié)能系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和基本質(zhì)量效果。另一方面，在實際放電處理工作中，要結(jié)合鉛酸蓄電池的基本運行效率和操作規(guī)范判定對應(yīng)情況，并且匹配電壓了解是否需要建立全功率放電過程還是半功率放電過程。基于此，在整個測試過程中

18、設(shè)置多次采樣求取平均值的方式保證采樣數(shù)值更加接近真實數(shù)值。結(jié)束語：總而言之，太陽能led路燈智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用要秉持規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能要求，確保能依據(jù)控制器收集的信息及時切換其運行狀態(tài)，有效滿足基礎(chǔ)運行設(shè)計規(guī)范，并且在降低成本的同時貼合節(jié)能需求，維持節(jié)能控制工作的綜合效率，也為行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。參考文獻：1姚斌雄.分析太陽能led路燈智能控制系統(tǒng)電力控制與負(fù)載驅(qū)動j.建材發(fā)展導(dǎo)向（上）,2019,17(7):62.2程暉,閆坡.基于單片機的太陽能led路燈節(jié)能控制j.電子測試,2017(7):12-13.3許夢羊.適應(yīng)梅雨天氣的太陽能led路燈控制系統(tǒng)的研究d.溫州大學(xué),2017.4劉奇.太陽能led路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計與研究d.安徽:合肥工業(yè)大學(xué),2017.5徐洪亮.基于單片機控制的太陽能led智能路燈照明 系統(tǒng)分析j.科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2019,16(19):119,121.6陸尤欣.光伏太陽能led路燈照明系統(tǒng)設(shè)計研究j.科學(xué)與信息化,2020(21):129.7王琳,肖軍,王威.基于zigbee技術(shù)的可組網(wǎng)太陽能led路燈終端控制器的設(shè)計j