太阳能路灯控制器的设计原理

太阳能路灯是以太阳的光为主要能源,白天可以自主充电、晚上使用。无需铺设任何复杂、昂贵的电路管线等,同时还可以任意调整灯具的布局,安全高效节能并且无其它污染,充电和使用开关的过程采用光控自动控制,无需人工操作,工作稳定可靠,节省电费和电力资源,免维护,太阳能路灯的实用性已充分得到了人们的认可，本文介绍的是基于单片机的太阳能路灯控制器的设计,对12V和24V蓄电池可以实现自动识别,能实现对蓄电池的科学管理,能指示蓄电池过压、欠压等运行状态,而且具有两路负载输出,每路负载额定电流可以达到5A,两路负载可以随意设置为同时点亮、分时点亮,单独定时等多种工作模式,同时对负载的过流、短路具有保护等功能;且有较高的自动化和智能化程度。
硬件电路组成及工作原理是由统硬件结构框图太阳能路灯智能控制器以STC12C5410AD单片机为核心的。其中外围电路主要由电压采集电路、主要负责输出控制与检测电路、LED显示电路及键盘电路等几部分组成的,电压采集电路包括:太阳能电池板和蓄电池电压采集,用于太阳光线强弱的识别以及蓄电池电压的获取。单片机的P3口的两位作为键盘输入口,用于工作模式等参数的设置。
在系统中STC12C5410AD、电压采集与电池管理、负载输出控制与检测电路的设计与实现。STC12C5410AD单片机STC12C5410AD是STC12系列的单片机,采用RISC型CPU内核,兼容普通8051指令集,而且还有新的特点:片内含有Flash程序存储器10k,Data Flash数据存储器2k,RAM数据存储器512字节,同时内部还有看门狗(WDT);片内集成MAX810专用复位电路,集成了8通道10位分辨率的ADC以及4通道的PWM;具有可编程的8级中断源4种优先级,具有系统可编程(ISP)和应用可编程(IAP)等特点,片内资源丰富、集成度高、使用方便。STC12C5410AD对系统的工作进行实施调度,实现外部输入参数的设置、对蓄电池及负载进行管理,工作状态的指示等。为充分使用片内资源,本文所设置的参数写入Data Flash数据存储器内。键盘电路P3.4(T0)接F1键,该键用
于设置状态的识别及参数设置;P3.5(T1)接F2键,该键用于自检及“加1”功能,根据程序流程,分别实现不同功能。电压采集与电池管理太阳能电池板电压采集,用于太阳光线强弱的判断,因而可以作为白天、黄昏的识别信号。同时本系统支持太阳能板反接、反充保护。
蓄电池电压采集,用于蓄电池工作电压的识别。利用微控制器的PWM功能,对蓄电池进行充电管理。蓄电池开路保护:万一蓄电池开路,若在太阳能电池正常充电时,控制器将关断负载,以保证负载不被损伤,若在夜间或太阳能电池不充电时,控制器由于自身得不到电力,不会有任何动作。
过充保护:充电电压高于保护电压(15V)时,自动关断对蓄电池的充电;此后当电压掉至维护电压(13.2V)时,蓄电池进入浮充状态,当低于维护电压(13.2V)后浮充关闭,进入均充状态。当蓄电池电压低于保护电压(11V)时,控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过PWM充电电路(智能三阶段充电),可使太阳能电池板发挥最大功效,提高系统充电效率。本系统支持蓄电池的反接、过充、过放。
负载输出控制与检测电路本系统设计了两路负载输出,每路的输出均有独立的控制和检测,具有完善的过流、短路保护措施。
连接方法
一般的太阳能路灯控制器应先连接灯线，其次是蓄电池线，最后再连接太阳能电池板线。

太阳能路灯控制器使用说明：

充电及超压指示：当系统连接正常，且有阳光照射到光电池板时，充电指示灯(1)为绿色常亮，表示系统充电电路正常；当充电指示灯(1)出现绿色快速闪烁时，说明系统过电压，处理见故障处理内容；充电过程使用了PWM方式，如果发生过过放动作，充电先要达到提升充电电压，并保持30分钟，而后降到直充电压，保持30分钟，以激活蓄电池，避免硫化结晶，最后降到浮充电压，并保持浮充电压。如果没有发生过放，将不会有提升充电方式，以防蓄电池失水。这些自动控制过程将使蓄电池达到最佳充电效果并保证或延长其使用寿命。

蓄电池状态指示：蓄电池电压在正常范围时，状态指示灯(2)为绿色常亮；充满后状态指示灯为绿色慢闪；当电池电压降低到欠压时状态指示灯变成橙*；当蓄电池电压继续降低到过放电压时，状态指示灯(2)变为红色，此时控制器将自动关闭输出，提醒用户及时补充电能。当电池电压恢复到正常工作范围内时，将自动使能输出开通动作，状态指示灯(2)变为绿色；

负载指示：当负载开通时，负载指示灯(4)常亮。如果负载电流超过了控制器1.25倍的额定电流60秒时，或负载电流超过了控制器1.5倍的额定电流5秒时，故障指示灯(3)为红色慢闪，表示过载，控制器将关闭输出。当负载或负载侧出现短路故障时，控制器将立即关闭输出，故障指示灯(3)快闪。出现上述现象时，用户应当仔细检查负载连接情况，断开有故障的负载后，按一次按键即恢复正常输出。

太阳能路灯控制器工作模式设置：

设置方法：按下开关设置按钮持续5秒，模式(MODE)显示数字LED闪烁，松开按钮，每按一次转换一个数字，直到LED显示的数字对上用户从表中所选用的模式对应的数字即停止按键，等到LED数字不闪烁即完成设置。每按一次按钮，LED数字点亮，可观察到设置的值。

纯光控模式：当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时10分钟确认启动信号后，开通负载，负载开始工作；当有阳光时，光强升到启动点，控制器延时10分钟确认关闭输出信号后关闭输出，负载停止工作。

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