隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,，世界能源危機(jī)日益嚴(yán)重,，利用常規(guī)能源已不能適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需要，開(kāi)發(fā)和利用新能源越來(lái)越引起各國(guó)的重視,。太陽(yáng)能" title="太陽(yáng)能">太陽(yáng)能源本身的安全可靠,、無(wú)噪聲、無(wú)污染和可再生性的特點(diǎn),，加之現(xiàn)今光伏技術(shù)的逐漸成熟,，利用光伏發(fā)電成為解決能源問(wèn)題的一大途經(jīng)。
智能太陽(yáng)能路燈" title="路燈">路燈是利用太陽(yáng)能組件的光生伏特效應(yīng),，將光能轉(zhuǎn)換為電能,，并儲(chǔ)存在蓄電池中供負(fù)載使用，它是集太陽(yáng)能光伏技術(shù),、蓄電池技術(shù),、照明光源技術(shù)于一體的新興技術(shù)。太陽(yáng)能路燈控制器是應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中,，協(xié)調(diào)太陽(yáng)能電池板,、蓄電池、負(fù)載的工作,，使整個(gè)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)高效,，安全的運(yùn)作。
1 智能太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)總體方案
智能太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的由太陽(yáng)能電池板,、蓄電池,、LED 燈（ 主燈,、副燈） 和控制器組成（ 如圖1 所示） 。白天太陽(yáng)能電池板接受太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出,，經(jīng)過(guò)充電控制電路儲(chǔ)存在蓄電池中,； 晚間當(dāng)光線照度降低時(shí)，控制器使副燈點(diǎn)亮,，進(jìn)行指示性照明,。當(dāng)控制器監(jiān)測(cè)到有人經(jīng)過(guò)時(shí)控制器同時(shí)點(diǎn)亮主燈和副燈，同時(shí)和相鄰前后的燈通訊,，控制鄰燈主燈和副燈同時(shí)點(diǎn)亮,，保證行人在該路段的照明?？刂破鳈z測(cè)到蓄電池充電或放電超出一定范圍時(shí),，控制器切斷充放電回路，保證電池不被損壞,。遇到連續(xù)陰雨天季節(jié)可切換成市電照明,，避免蓄電池長(zhǎng)期虧電。
圖1 智能太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)總體方案
2 控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)硬件電路圖設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件是基于P89PLC935 單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)作為主控制器的基礎(chǔ),，設(shè)計(jì)出符合功能要求的各個(gè)子模塊,，原理見(jiàn)圖2。
?。?1） 控制器
控制器選用P89LPC935 單片機(jī),，它是一款單片封裝的微控制器，適合于本系統(tǒng)要求的高集成度,、底成本的場(chǎng)合,，可以滿足多方面的性能要求，LPC935 采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu),，指令執(zhí)行時(shí)間只需2 － 4 個(gè)時(shí)鐘周期,，6 倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51，同時(shí),，LPC935 集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能,，這樣可大大減少元件的數(shù)目，它的8KBROM 能滿足本系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的要求,，不需用擴(kuò)展EPROM,。
該單片機(jī)內(nèi)置的2 個(gè)4 路輸入的8 位A/D 轉(zhuǎn)換器，不需再單獨(dú)選用A/D 轉(zhuǎn)換器,，簡(jiǎn)化了外圍硬件電路,，P89LPC935 內(nèi)部的看門狗電路及低電壓掉電檢測(cè)可在電源故障和受到強(qiáng)電磁干擾時(shí)使系統(tǒng)可靠復(fù)位，提高了系統(tǒng)的安全可靠性,。
?。?2） 環(huán)境照度的檢測(cè)
本系統(tǒng)采用光敏開(kāi)關(guān)檢測(cè)環(huán)境照度,。環(huán)境照度檢測(cè)是整個(gè)路燈的總開(kāi)關(guān)，只有在夜晚,，環(huán)境照度較低的情況下,，主副燈、人體感應(yīng)單元及相應(yīng)的控制電路開(kāi)始工作,，白天均不工作,。白天時(shí)光敏電阻阻值小，比較器LM358 負(fù)端電壓高于正端電壓,，比較器輸出低電平，單片機(jī)接收到低電平,，屏蔽各種通訊和感應(yīng)信號(hào),，夜晚光敏電阻阻值大，比較器負(fù)端電壓小于正端,，輸出高電平,，單片機(jī)控制接收感應(yīng)信號(hào)和通訊信號(hào)。
?。?3） 人體感應(yīng)單元
本系統(tǒng)采用被動(dòng)式熱釋電紅外,、微波雙鑒傳感器作為人體感應(yīng)單元。由于人體都有恒定的體溫,，一般在36. 5℃,，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)，一般是10μm 左右的紅外線,。人體發(fā)射的10um 左右的紅外線通過(guò)菲涅爾濾光片增強(qiáng)后聚集到熱釋電元件上,，熱釋電元件接受到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)失去電荷平衡，向外釋放電荷,，經(jīng)后續(xù)電路檢測(cè)處理并產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)［2］,，但是，熱氣流,，暖風(fēng)也會(huì)造成被動(dòng)式熱釋電紅外探頭發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào),，造成和相鄰燈之間的誤通訊。為了避免誤通訊,，同時(shí)采用微波傳感技術(shù),，借助微波多普勒效應(yīng)探測(cè)移動(dòng)目標(biāo)。使用熱釋電紅外,、微波雙鑒傳感器克服了單一技術(shù)的缺陷,，解決了誤通訊的問(wèn)題，此傳感器的模擬信號(hào)直接連接P0. 0（ 內(nèi)置A/D） ,，不需要外接A/D 轉(zhuǎn)換電路,。
?。?4） 通信單元
通信單元用于和相鄰路燈通信，以控制鄰燈主燈點(diǎn)亮,，保證行人在相鄰燈間的亮度,。本系統(tǒng)采用PTR2000 無(wú)限嵌入式模塊。PTR2000 是基于nRF401 基礎(chǔ)上的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊,，該模塊包括工作頻道的設(shè)置,、接受、發(fā)送,，通過(guò)設(shè)置TXEN,、CS、PWR 3 個(gè)引腳設(shè)定工作模式,，DO,、DI 分別和單片機(jī)RXD、TXD 連接,，通過(guò)串口和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),，PTR2000 將單片機(jī)要發(fā)送的信號(hào)調(diào)制成射頻信號(hào)發(fā)送到相鄰燈,，同時(shí)將相鄰燈發(fā)送來(lái)的射頻信號(hào)調(diào)制成單片機(jī)識(shí)別的TTL 信號(hào)。
?。?5） 蓄電池充放電電路
蓄電池優(yōu)良的特性和長(zhǎng)的使用壽命在一定程度上取決于正確的充放電,，錯(cuò)誤的充電使蓄電池壽命縮短、性能變差,，因此對(duì)蓄電池的過(guò)沖過(guò)放要采用保護(hù)電路,，確保蓄電池的正常充放電。本系統(tǒng)采用蓄電池專用模塊UC3906,，它含有獨(dú)立的電壓控制電路和限流放大器,，可以控 制UC3906 內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器的輸出，從而達(dá)到控制充電電流大小的目的,。驅(qū)動(dòng)器的輸出電流可達(dá)25mA,，可直接驅(qū)動(dòng)外接串流調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和輸出電流,，UC3906 內(nèi)部的電壓和電流檢測(cè)比較器用于檢測(cè)電池的充電狀態(tài),，并控制充電狀態(tài)邏輯電路的相應(yīng)輸出信號(hào)。具體電路如圖2 中所示,。
圖2 智能太陽(yáng)能路燈控制系統(tǒng)電路原理圖
3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
控制軟件程序采用C 語(yǔ)言編寫,，采用模塊化結(jié)構(gòu)（ 流程圖見(jiàn)圖3） 。硬件上電復(fù)位后，首先對(duì)LPC935 單片機(jī)初始化,，將P1. 0,，P1. 1 設(shè)置為推挽模式，提高驅(qū)動(dòng)能力,，P0. 0 設(shè)為高阻狀態(tài)屏蔽感應(yīng)信號(hào),，其余各端口設(shè)置為準(zhǔn)雙向口，然后根據(jù)系統(tǒng)要求將與PWR 連接的P2. 3 設(shè)置為低電平,，使之處于低功耗狀態(tài),，此時(shí)不接受和發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)光照亮度不夠時(shí),，系統(tǒng)采集到P2. 2 口為高電平,，將P1. 1 置位，副燈點(diǎn)亮進(jìn)行指示性照明,，同時(shí)把P0. 0 設(shè)置為準(zhǔn)雙向口,，解除感應(yīng)信號(hào)屏蔽，將PWR 置位TXEN 清零,，使PTR2000 處于接收狀態(tài)接收相鄰燈的通訊信號(hào)。當(dāng)有人通過(guò)時(shí)P0. 0 收到相應(yīng)的信號(hào)后,，P1. 0 置位,，主燈點(diǎn)亮，同時(shí)將PWR 和TXEN 置位,，使得PTR 處于發(fā)送狀態(tài)并給相鄰燈發(fā)送信號(hào),，相鄰燈接收到信號(hào)后主燈點(diǎn)亮，保證了行人通過(guò)此段路的照明,，延時(shí)30 秒后主燈自動(dòng)熄滅,，達(dá)到了無(wú)人通過(guò)時(shí)只有副燈進(jìn)行指示性照明的效果，實(shí)現(xiàn)了智能化,。
圖3 智能太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)流程圖
4 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹的的智能太陽(yáng)能路燈系統(tǒng),，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，白天太陽(yáng)能電池給蓄電池充電,，夜間蓄電池放電,，在夜晚，當(dāng)沒(méi)有人經(jīng)過(guò)的時(shí)候,，副燈點(diǎn)亮,，指引道路，當(dāng)有人靠經(jīng)時(shí)主副燈同時(shí)點(diǎn)亮,，同時(shí)向相鄰燈發(fā)通信信號(hào),，前后鄰燈也點(diǎn)亮。人體感應(yīng)距離為12m,，主副燈同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r路面照度到達(dá)40lux,，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求,。