常见问题

1 引言

太阳能作为一种新型能源，以其资源丰富、清洁环保、受地域限制小等优点，得到广泛的应用［1］。太阳能路灯就是太阳能应用的典型产品，以太阳光为能源，白天充电晚上使用，无需复杂的管线铺设，安全无污染，受到了人们的喜爱和政府的高度重视。

本文介绍了基于C8051F700的太阳能路灯控制器设计，可实现对蓄电池的科学管理，路灯智能控制的功能；同时具有过流保护和防反充保护等功能。

2 太阳能路灯系统构成

图1 太阳能路灯系统组成

图2 控制器硬件结构

图3 充电电路

太阳能路灯系统主要由以下几部分组成：太阳能电池板、蓄电池、控制器、LED路灯。如图1所示。

太阳能电池板提供能源，蓄电池存储能源，控制器在整个系统中负载协调太阳能电池板、蓄电池、LED路灯之间的工作，使整个太阳能光伏系统高效、安全的运行。

3 控制器硬件组成及工作原理

太阳能路灯控制器最重要的功能表现在如下三个方面：控制太阳能电池板对蓄电池充电，控制蓄电池对路灯放电，逻辑控制及必要的保护功能。

3.1 控制器结构

控制器硬件结构如图2所示。

本文设计的控制器以C8051F700单片机为核心，外围电路包括太阳能电池板电压采样电路、蓄电池电压采样电路、负载电流采样电路、PWM功率驱动模块、输出保护功率驱动电路、电源模块、键盘及LED显示模块等几部分。

太阳能电池板与蓄电池之间的连接，以及蓄电池与LED路灯之间的连接，都是通过控制器中的MOSTFET的关断实现，图1可见。MOSTFET［2］具有驱动功率小，开关频率高的特点，可通过单片机的

图4 电源电路

图5 控制器软件流程

············

I/O口输出PWM信号实现控制功能。

3.2 充放电管理

控制器的充放电管理主要是通过电池板电压采样值及蓄电池电压采样值来判断。其中太阳能电池板有两个作用：一是给蓄电池充电；二是作为光敏原件，可以判断天黑还是天亮，能使太阳能路灯具备天黑时自动点亮，天亮时自动熄灭的功能［3］。

当太阳能电池板电压高于设定阀值时判断为白天，反之判断为夜晚。并根据蓄电池电压判断太阳能电池板是否对蓄电池充电，以及蓄电池是否对负载放电。充电电路如图3所示。

3.2.1 充电控制

当控制器根据采集到的太阳能电池板电压判断为白天时，并参照蓄电池电压的大小，判断给蓄电池的充电方式，利用I/Q口送高低电平来控制MOSFET的导通与关断，从而完成太阳能电池板对蓄电池的充电。

对蓄电池充电采取PWM控制方式。当蓄电池发生过放动作时，首先充电到蓄电池的提升电压，并保持一段时间，然后降至直充电压，并保持一段时间，以激活蓄电池，避免硫化结晶，最后降至浮充电压，并以浮充电压保持充电。当蓄电池没有发生过放动作时，不采用提升充电方式，只采用直充和浮充两种方式进行充电。这种控制方式可以使蓄电池达到更好的充电效果，并延长是蓄电池的使用寿命。

3.2.2 放电控制

当控制器判断为夜晚时，且蓄电池电压在正常工作范围内，则通过控制MOSFET的导通使蓄电池对LED灯放电，蓄电池电压逐渐下降，一旦蓄电池电压下降到过放电压，控制器将关断MOSFET，对蓄电池进行保护，并点亮相应的指示灯。

3.3 电源电路

系统电源电路如图4所示。控制器电源经由蓄电池正极并通过防反充二极管D1引入。三极管驱动电压与单片机芯片工作电压不一致。其中VAA作为三极管驱动电压，VAA是蓄电池电压经D1后，再经过稳压管的稳压作用，而单片机所需电压是VAA之后再通过ASM1117的稳压作用，提供单片机所需的3.3V正常工作电压，电路简单可靠。

3.4 保护功能

为了保证系统性能稳定以及使用寿命的延长，控制器的设计中增加了防雷保护、蓄电池防反充保护、蓄电池极性反接保护，并具有过充、过放、过载保护等措施，对系统可靠性的提升具有重要作用。

4 软件设计

控制器软件流程如图5所示。

5 结语

控制器是太阳能路灯系统的重要组成部分，性能直接影响系统可靠性，其硬件设计和软件编程尤为重要。本文设计太阳能路灯控制器，提高了太阳能电池板的使用效率，延长的蓄电池的使用寿命。