浅谈智能式LED太阳能路灯控制器的设计

发布来源：发布时间：2018/01/30点击量：3609

浅谈智能式LED太阳能路灯控制器的设计

黄梓龙

（广东金源照明科技股份有限公司，广东 潮州 521000）

摘  要：在当今社会，能源问题一直是世界核心话题之一，因为能源是人类赖以生存的物质基础，但是随着社会的进步与发展，能源的消耗极其严重，致使全球范围内遭遇能源危机。所以，如何高效利用能源及发现新能源成为世界课题之一。针对路灯照明领域的能源利用问题，讨论一种智能式LED太阳能路灯控制器的设计问题。

关键词：智能式；LED太阳能路灯；控制器；处理器

中图分类号：TM923.5              文献标识码：A        DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2018.03.128

    智能式LED太阳能路灯使用太阳能光伏电池提供电能，而其照明系统由太阳能电池板、控制器等6个板块构成，特殊之处是系统采用了市电互补方式，可以弥补太阳能组件的不足，即供电系统在太阳能发电不足的情况下自动切换到市电供电，这对LED太阳能路灯的推广使用有着极其重要的意义。为了实现更好的服务质量，设计一种专门的控制器是很有必要的。这种特殊的控制器可以根据环境温度自动调节充电电压，通过对重要参数的采集，进入专门的系统进行运算决策，这样就可实现温度补偿修正的精确控制。这种控制器应用于路灯领域，不仅有利于减少不必要的投资，还可以达到很好的节能减排效果。

众所周知，太阳能作为一种取之不尽的绿色能源，被广泛应用于各个领域，路灯照明领域更是少不了它的参与。而LED灯因其耗能小、寿命长、环保等优点，走进了千家万户。两者因为某些特殊的关联而匹配到一起，既提高了LED灯的使用率，还可以节省部分资源，因此受到的关注越来越多。但是由于设计的特殊性，这种灯显得极其不稳定，如果不采取相应的一些措施，不但起不到应有的作用，反而还会增加额外的成本，所以设计专门的智能式LED太阳能路灯控制器是极其迫切的。

1  LED太阳能路灯系统的组成

一般情况下，采用LED太阳能路灯系统，只要白天有阳光，当天就能用太阳能发电同时给蓄电池充电，等到晚上时，蓄电池就可以通过放电将LED灯点亮。而这样人性化的系统主要是由太阳能电池、路灯控制器、蓄电池、市电供电、电源和LED路灯5部分构成。其中，控制器就相当于人的大脑，控制着整个路灯系统的活动，例如控制着蓄电池的充电和放电、LED灯的亮灭、市电供电的自动切换等；除此之外，还可以通过对太阳能电压大小的采集来判断白天和黑夜。太阳能电池负责将太阳能转换为电能，给蓄电池充电；蓄电池储存电能，以供晚上或阴天时用电等。它们各司其职，互相独立又紧密配合，精确地完成任务。

2  路灯控制器设计要求

根据LED太阳能路灯系统的特点及特殊的环境要求，再参考其他控制器的设计优缺点，综合考虑，对路灯控制器的设计提出以下几点技术要求。

2.1  体积小

这是因为LED太阳能路灯系统安装的位置有些特殊，需要在小空间内安装。如果路灯控制器体积过大，则不利于日常维护。

2.2  操作简单，安装方便

因为路灯是人们日常生活的必需品，非专业技术人员就可以自行安装和维护，而且在环境恶劣的情况下也可操作，所以控制器与系统各个环节之间的连接端口要简单、可靠。

2.3  总成本低

由于LED太阳能路灯不是一项短期工程，所以从长远运行的角度来看，即使它的前期耗费较高，通过有效节能及提高充放电效率等，也可以大大缩减系统总成本。

2.4  稳定性高

通常情况下，路灯控制器是安装在室外的，所以时常会遭遇各种环境问题的考验，因此就要求控制器能够长期而稳定地工作，同时也要求电路要有保护功能。

2.5  寿命长

一个系统的各个组织都应有相差不大的寿命，这样才有利于系统工作。由于太阳能电池板、蓄电池及LED灯等不见得寿命都较长，所以作为系统核心的控制器，其寿命需要与其他配件匹配。

3  路灯控制器的设计原则

路灯控制器的设计原则如下：①控制器的基本功能能够保证系统完成充放电控制，实现精确的LED驱动功能等，有效延长系统的使用寿命；②控制器的可靠性可以保证系统承受住极端环境因素的侵袭，避免系统受到损坏，实现长期稳定运行；③控制器的智能性能够保证系统根据采集到的各种数据来自动调整运行状态，以便实现智能控制及最大程度的节能；④控制器的人机功能可以保证实现对系统的全面监控等功能。

4  路灯控制器硬件及软件设计

4.1  路灯控制器电源输入部分和输出部分

路灯控制器的电源输入部分主要包括4个环节，即市电输入、蓄电池输入、太阳能电池输入、充放电及供电切换电路。通过正确的操作，就可以实现太阳能电池对蓄电池的充电控制和放电控制，还可以向一些电路提供电源。而路灯控制器的输出部分包括短路保护电路和软开关等主要构成部分，在处理器的控制下，实现短路保护、稳压输出及特殊的通断服务等活动。

4.2  路灯控制器数据采集显示控制部分

数据采集显示控制部分主要由控制按键、LED显示电路、温度采集和均衡电路等构成。控制按键可以使控制器进入测试状态，菜单选择键可以选择特定的工作模式，参数选择键可以设置特定模式下的运行参数。

4.3  处理器部分

处理器在整个系统中相当于电脑的应用软件，需要对已收集的数据进行正确的分析整理，进而作出正确的判断，实现对照明系统多种活动的控制，最终实现对蓄电池的充放电控制、对控制器的保护控制等。例如，当太阳能电池无法正常供电时，市电可以通过特定的切换措施，自动、单独地给负载供电，由此减少市电对蓄电池等部件的损害。

4.4  路灯控制器软件设计

控制器在完成基本操作后，识别特定的参数，进而进入白天、黑夜的辨别程序，再根据判断结果进行程序处理。值得注意的是，在这个过程中，可以实现白天和黑夜智能判断，参与这个环节的重要因素是太阳能电池的相关参数。除此之外，还可以通过预留的光敏传感器的信号来判断。控制器还具有测试功能，当按下测试按键后，就会进入测试状态，中断服务程序。

5  结束语

太阳能技术的应用，为解决世界能源危机带来了新的希望，而LED灯与太阳能的完美结合为人们的照明及节能减排行动打开了新的探索之门，这将是一个潜力无穷的发展方向。本文设计的LED路灯控制器具有多种功能，弥补了之前设计中的诸多不足，可用于路灯改造，而这将节省一大笔投资，节能效果极其显著。

参考文献：

［1］肖海明，陈立，章小印.智能式LED太阳能路灯控制器的设计［J］.现代电子技术，2015，38（1）：153-156.

［2］李桂玲.智能型太阳能LED路灯控制器的研究［D］.西安：西安石油大学，2015.

［3］刘金秋，郑运强.大功率LED路灯智能控制器设计［J］.科技创新与生产力，2015（8）：91-93.

〔编辑：刘晓芳〕

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本文已公开发表在《科技与创新》杂志2018年第3期