60w太陽能路燈設(shè)計方案（一）

1、硬件電路設(shè)計

選擇DS1302計時器、AT24C02存儲器、4位數(shù)碼顯示器、過充過放電路、STC12C2051單片機等組成智能控制系統(tǒng)。根據(jù)各部分電路的功能不同，整體電路可分為以下幾個部分：太陽能電池板組件、過充過放電路、STC12C2051單片機、蓄電池、時控光控電路、照明負(fù)載和時間顯示電路。

1.1、電源電路設(shè)計

電源電路如圖1所示。系統(tǒng)由太陽能電池板供電，24V蓄電池電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生5V電壓，作為控制器的主電源。電容C2作為高頻旁路電容，將高頻信號旁路到地。同樣電容C1為濾波電容。

1.2、方案選擇

采用時鐘控器型的路燈控制器，要預(yù)先設(shè)定開關(guān)時間，使路燈按時亮燈、準(zhǔn)時熄燈，從而達(dá)到自動控制的目的。優(yōu)點是定時開關(guān)預(yù)先設(shè)定的開關(guān)時間不受外界干擾，除本身故障外不會產(chǎn)生誤動作。缺點是不能根據(jù)季節(jié)變化和特殊的天氣情況自動變換開關(guān)時間，需人工調(diào)整開關(guān)時間，費時費力，不利于節(jié)能。定時開關(guān)又分為機械鐘表型和電子鐘表型，機械鐘表型以石英鐘為主，走時精準(zhǔn)，但是由于機芯內(nèi)使用塑料齒輪在高溫下會變形，從而導(dǎo)致停機現(xiàn)象。

電子鐘表型定時開關(guān)使用的也較多，常用LＲ6818、LM8650、LM8561等集成塊為中心的電子鐘電路。圖2為與單片機的連接圖，其中VCC1為主電源，VCC2為后備電源。在一般情況下，SCL、I/O、ＲST與單片機連接實現(xiàn)1302的讀寫控制。

存儲器AT2402的1，2，3腳為空腳，4腳為接地端，5腳為數(shù)據(jù)端，6腳為時鐘端，7腳為寫保護(hù)端口，8腳為電源。

AT24C02在設(shè)計中的作用是掉電存儲器，是為防止電源突然斷開時，用戶信息不會丟失，存儲當(dāng)前設(shè)定的信息。AT24C02是Atmel公司的2kB的電可擦除存儲芯片，由于AT24C02的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線SCL（移位脈沖）和SDA（數(shù)據(jù)/地址）與單片機傳送數(shù)據(jù)。電壓最低可達(dá)2.5V，額定電流為1mA，靜態(tài)電流10μA（5.5V），芯片內(nèi)的資料可在斷電的情況下保存相當(dāng)長的時間，而且采用8腳的DIP封裝，使用方便。其與單片機的連接如圖3所示。

太陽能路燈與普通路燈控制電路功能基本相同，均是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈以及對蓄電池的充電管理。國內(nèi)外常用的控制器有單獨的光控制型、時鐘控器型、經(jīng)緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優(yōu)缺點。

60w太陽能路燈設(shè)計方案（二）

圖1所示太陽能燈電路是一種低損耗電路，使用一只7W四引腳CFL（小型熒光燈）和一塊12V、7-Ahr密封免維護(hù)電池。逆變器的效率大于85%，靜態(tài)電流小于2mA。它有一個帶電池過放電保護(hù)功能和過充電保護(hù)功能的并聯(lián)充電控制器。低靜態(tài)電流、過放電保護(hù)功能和過充電保護(hù)功能三者確保電池使用壽命很長。逆變器的預(yù)熱功能可以避免CFL兩端變黑，從而延長其使用壽命。這一電路可在農(nóng)村地區(qū)用作一種可靠小巧的便攜式光源，在城市用作應(yīng)急燈系統(tǒng)。并聯(lián)充電控制器電路包括IC1（低電流2.5V電壓基準(zhǔn)源LM385）和IC2（LM324比較器）。配有電阻R1 ~ R8和三極管Q1的IC2A可防止電池過放電。

圖1

這種太陽能供電的電燈驅(qū)動器可用作應(yīng)急燈系統(tǒng)。

當(dāng)電池電壓低于10.8V時，該電路切斷負(fù)載（逆變器和燈管），從而防止電池過放電。在無負(fù)載狀況下，電池放電后的電壓約為12.2V，因此，為防止出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，電路提供的過放電復(fù)位電壓為12.3V。紅發(fā)光二極管LED1指示低電壓狀態(tài)。配有電阻R9 ~ R14和三極管Q2的IC2B可防止電池過充電。當(dāng)電池電壓超過14.8V時，Q2導(dǎo)通，并使太陽能電池陣列旁流，從而防止電池過充電。當(dāng)電池電壓低于12.5V時，Q2截止，太陽能板電池陣列對電池進(jìn)行充電。D2為一支反向阻隔二極管。它能防電池在太陽能電池不產(chǎn)生電能時對太陽能電池放電。黃發(fā)光二極管LED2指示電池充滿電。綠發(fā)光二極管LED3與IC2c和電阻R15 ~ R20一起，提供充電指示。

60w太陽能路燈設(shè)計方案（三）

用PIC12F675單片機制作的太陽能路燈控制器

PIC 12F675控制蓄電池的過充電、過放電，開、關(guān)路燈功能，定時點亮、天黑自動點亮、延時點亮、自動跟蹤點亮等功能，路燈點亮測試控制功能，LED指示功能等。

由蓄電池 BTl 、蓄電池過充電控制執(zhí)行場效應(yīng)管 01 、三端穩(wěn)壓器 U1 組成電源供電系統(tǒng)； Q2 、 Q4．組成放電控制；K1 手動， R_GM1 光控自動開燈系統(tǒng)，蓄電池分壓電阻，發(fā)光指示二極管等部分組成。太陽能電池板電壓由接口J3輸入．經(jīng)防反充二極管 D1 后分成兩路，一路經(jīng) U1 LM 78L 05 穩(wěn)壓后，為 PIC 12F675單片機提供工作電源，另一路經(jīng) FB 保險絲給蓄電池充電。單片機上電后，首先由 Rf 、 Cf組成的硬件電路進(jìn)行復(fù)位．然后由軟件控制U2 ③腳 GP4 輸出高電平，讓 Q4 導(dǎo)通、 Q2 截止，控制系統(tǒng)停止放電，再檢測 U2⑦腳 GP0 上的分壓值，通過內(nèi)部 A/ D 轉(zhuǎn)換及軟件運算間接檢測、判斷蓄電池是否欠壓、過壓．若蓄電池發(fā)生過充電，則通過軟件控制U2 ②腳 GP5 輸出高電平，使 Q1導(dǎo)通．短路太陽能電池板、停止向蓄電池充電，同時點亮“過充電”指示燈 LED2；若未發(fā)生過充電，則 U2 ②腳 GP5輸出低電平，允許蓄電池充電。通過檢測 U2 ⑥腳 GP1 所接的光敏電阻R_GM1上的分壓值，判斷是否已經(jīng)“天黑，到了開路燈時間”，若到了預(yù)設(shè)的開燈點，則由軟件控制 u2 ③腳 GP4 輸出低電平，使 Q4截止、02 導(dǎo)通，點亮路燈。若不到開燈點，則程序返回，循環(huán)檢測上述諸參數(shù)。

K1 是手動開燈按鈕。按下 K1 ，路燈點亮。單片機通過檢測光敏電阻R_GM1上的分壓值，判斷是否“天黑”，若是天黑．則按設(shè)計要求點亮路燈，若否，單片機進(jìn)入路燈控制器“測試”功能：2分鐘后路燈自動熄滅。

60w太陽能路燈設(shè)計方案（四）

電路原理見圖所示。該電路由以U5為核心組成的蓄電池過充電控制電路、以 U 4A ～U4D為核心組成的蓄電池電壓指示電路及顯示電壓按鈕開關(guān) KS1 電路、以 U1B 組成的蓄電池過放電控制電路、以 U1A組成的開燈檢測控制電路、以 U2 組成的開燈及延時熄燈及二次開燈定時控制電路，以及以控制三極管Q2驅(qū)動繼電器組成的輸出控制電路等組成?，F(xiàn)分別介紹如下。

（1） 過充電、過放電檢測保護(hù)部分

太陽能電池組件板或陣列由插口 CZ1 的①腳輸入，加至防反充電二極管 D2 的正極．D2的負(fù)極接 12V 蓄電池的正極，即 CZ1 的③腳?？刂破髟诔跏忌想姇r，由于 C4 的作用使 U5②腳為低電平，③腳輸出高電平，Q7 導(dǎo)通； Q8 截止，允許太陽能電池給蓄電池充電。當(dāng)蓄電池所充的電壓小于 14 ． 4V 時，由R13 、 （R38 十R39） 組成的串聯(lián)分壓電路送至 U5 ②、⑥電壓低于 2 / 3 U5 的供電電壓時，即小于6V，電路維持充電狀態(tài)；隨著充電時間的延長，蓄電池電壓逐漸升高，當(dāng) U5 ②、⑥的電壓高于 2 / 3 U5 供電電壓時，U5③腳輸出低電平， Q7 截止、 Q8 導(dǎo)通，給太陽能電池板泄放電流，停止對蓄電池充電。在U5③腳輸出低電平的狀態(tài)下，其⑦腳導(dǎo)通，相當(dāng)于將 1140 并入電路中。此時電路的分壓比為： R38+ R39/R40/IRl3+（R38+R39）/R40 ，不難算出，當(dāng)蓄電池電壓低于設(shè)定值13V時．電路狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)，U5③腳輸出高電平，允許蓄電池充電。

（2） 開燈檢測方法與控制

太陽能電池板是一個很好的光敏元件，其輸出電流、電壓能隨著接受光的強度和照度變化而變化，本控制器就是利用這一原理實現(xiàn)開、關(guān)燈控制的。太陽能電池板PVin 輸入電壓經(jīng) R5 、 R6 串聯(lián)分壓后；加至運放 U 1A ②腳，其③腳接于 R9 、R8+VR1的分壓點上。在白天，太陽能電池板在陽光的照射下輸出電壓很高，其經(jīng) R5 、 R6 分壓后使運放 U 1A②腳電壓高于③腳， U 1A①腳輸出低電平， Q1 截止， U2 無供電電壓不工作，Q2截止，繼電器不吸合，系統(tǒng)無輸出電壓，路燈不工作。隨著天色漸黑，太陽能電池板輸出電壓降低。 UlA ②腳的電壓也同步降低，當(dāng) U1A②腳電壓低于③腳時，比較器翻轉(zhuǎn)， U 1A ①腳輸出高電平， Q1 導(dǎo)通，定時電路 U2 得電工作， Q2 導(dǎo)通、JDQ1吸合點亮路燈。圖中 VR1 為路燈開燈時刻設(shè)置調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié) VRl 可設(shè)置不同時刻點亮路燈。DW1是鉗位二極管，作用是避免白天太陽能電池板接受的電壓過高導(dǎo)致 U 1A ②腳輸入電壓過高而損壞。 C1 為儲能電容，作用是防止 U1A②腳電壓瞬時突變誤點亮路燈。 R14 為反饋電阻．其作用是使 U 1A 成為一個遲滯比較器．防止和避免 U1A在開燈點附近振蕩而反復(fù)開、關(guān)路燈。

（3） 路燈延時電路點亮、熄滅控制電路

延時控制電路選用 CD4541BE 可編程定時控制芯片，它功耗低、內(nèi)置可編程分頻器電路，最大分頻級數(shù)為 65536 級。

本控制器設(shè)計定時開燈和定時關(guān)燈時間調(diào)節(jié)范圍是： 2 ． 093 小時 -11 ． 93 小時．分別由 V ： R2 和VR3控制調(diào)節(jié)。

（4） 蓄電池停止放電優(yōu)先控制電路

若在路燈欲點亮或已點亮?xí)r，蓄電池電壓已經(jīng)低于其允許終止放電值時， Q4 導(dǎo)通．此時無論 U 1A 輸出高電平與否，均會使Q1截止，從而保護(hù)蓄電池避免過放電損壞。

（5） 電池電壓指示電路

為了讓現(xiàn)場看管、維護(hù)人員及時了解、掌握蓄電池的狀態(tài)，本控制器設(shè)有 LED 電池電壓指示裝置，通過LLED點亮的數(shù)量指示蓄電池電壓的高低。