楊穎琦　馮凱　劉千瑞　胡建強(qiáng)

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，移動終端成為人們出行必備之物，而在景區(qū)、步行街等戶外場所，移動終端存在充電難的問題，同時(shí)傳統(tǒng)路燈能源消耗量較大?；诖耍卷?xiàng)目擬設(shè)計(jì)一種以單片機(jī)為核心控制器，以太陽能作為供電能源，具有無線充電功能的新型節(jié)能路燈系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電源模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊、LED市政路燈、直流無線充電樁模塊和通信模塊。本項(xiàng)目的系統(tǒng)是基于市政路燈的二次開發(fā)，可避免單獨(dú)占用土地資源，且利用太陽能作為部分電力來源，具有節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：共享經(jīng)濟(jì)；單片機(jī)；新能源；共享充電；綠色發(fā)展

中圖分類號：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0015-02

Abstract： With the development of social economy， mobile terminals have become the necessary things for people to travel. However， in outdoor places such as scenic spots and pedestrian streets， mobile terminals are difficult to charge， and the energy consumption of traditional street lamps is also large. Based on this， this project plans to design a new energy-saving street lamp system， which uses single-chip microcomputer as the core controller， solar energy as the power supply and wireless charging function. The system includes power module， state monitoring module， LED municipal street lights， DC wireless charging pile module and communication module. The system of this project is based on the secondary development of municipal street lamps， which can avoid occupying the land resources alone， and use solar energy as part of the power source， with the characteristics of energy saving and environmental protection.

Keywords： sharing economy； single chip microcomputer； new energy； shared charging； green development

1 基于路燈二次開發(fā)的新能源共享充電系統(tǒng)

本文中的新能源共享充電樁，是以單片機(jī)為核心，基于以太陽能、市能為能源的新型節(jié)能路燈，搭建的新能源共享充電系統(tǒng)。系統(tǒng)模塊圖如圖1所示。

該系統(tǒng)是基于嵌入式技術(shù)，研制一種以單片機(jī)為核心的基于路燈二次開發(fā)的新能源共享充電樁。系統(tǒng)通過太陽能電池板收集能源，輔以市電作為能源，為路燈供電的同時(shí)可對移動設(shè)備進(jìn)行充電。太陽能板收集的能源儲存在蓄電池中，控制器通過對蓄電池電壓的采集，判斷蓄電池電量，蓄電池電量不足時(shí)使用市電供電。本系統(tǒng)還集成了無線模塊，實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互，用戶將移動終端與系統(tǒng)連接后可實(shí)現(xiàn)對充電進(jìn)行控制，付費(fèi)等操作。該系統(tǒng)由電源模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊、LED市政路燈、直流無線充電樁和無線通信模塊五個模塊組成。所述電源模塊包含充電樁供電模塊、輔助電源模塊和保護(hù)模塊，可提供穩(wěn)定的電流輸出；所述狀態(tài)監(jiān)控模塊可對路燈狀態(tài)、充電樁狀態(tài)、無線通信狀態(tài)和蓄電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障；所述LED市政路燈由LED燈、LED驅(qū)動模塊和LED控制模塊組成，使用LED燈能夠有效的節(jié)約能源；所述直流無線充電樁可為手機(jī)、平板電腦等各種移動終端充電，同時(shí)提供有線和無線兩種充電方式，方便快捷；所述通信模塊包括了發(fā)送模塊和接收模塊，使移動終端能夠和主控芯片進(jìn)行通信，給予用戶良好的使用體驗(yàn)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心控制器，并擁有著較為完善的外部應(yīng)用接口，可利用太陽能作為主要能源輔以市電為LED市政路燈供電并實(shí)現(xiàn)移動終端的共享充電。硬件原理圖如圖2所示。

太陽光經(jīng)轉(zhuǎn)化效率為30%的太陽能電池板轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化而來的電能經(jīng)AD/AD直流輸出穩(wěn)壓模板穩(wěn)定輸出6V電壓給蓄電池充電，將太陽能儲存在蓄電池中，當(dāng)蓄電池內(nèi)電壓大于蓄電池額定電壓時(shí)開啟過充保護(hù)模塊。蓄電池經(jīng)兩路信號與控制器相連，一路經(jīng)AD/AD直流輸出穩(wěn)壓模塊穩(wěn)定輸出3.3V為控制器供能，控制器通過與無線通信模塊的實(shí)時(shí)信號交互，實(shí)現(xiàn)控制蓄電池電壓信號是否放大輸出給無線充電模塊供電；一路經(jīng)電壓采集模塊將實(shí)時(shí)采集到的蓄電池電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入控制器內(nèi)，通過電壓判斷蓄電池是否滿足驅(qū)動LED市政路燈來控制程控開關(guān)，繼而控制路燈驅(qū)動模塊，從而使繼電器進(jìn)行選擇蓄電池還是經(jīng)整流穩(wěn)壓的市電為LED市政路燈供電。指示模塊直接與控制器相連，受控制器的實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)信號燈的亮與滅從而判斷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)開機(jī)后，先將程序初始化。然后進(jìn)行蓄電池電壓采集、無線通信信號采集、光強(qiáng)度采集。通過蓄電池電壓采集判斷蓄電池當(dāng)前電量是否達(dá)到上限值，若當(dāng)前電量未達(dá)到上限值，則過充保護(hù)模塊關(guān)閉，太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能持續(xù)給蓄電池充電，同時(shí)通過指示模塊使指示燈1滅。若當(dāng)前電量達(dá)到上限值，則開啟過充保護(hù)模塊，太陽能電池板停止給蓄電池充電，同時(shí)通過指示模塊使指示燈1亮。

通過無線通信信號采集判斷是否有移動終端信號接入系統(tǒng)，若沒有信號接入，通過指示模塊使指示燈2滅。若有信號接入，通過指示模塊使指示燈2亮，并且通過蓄電池電壓采集判斷蓄電池電量是否滿足充電要求，即蓄電池當(dāng)前剩余電量是否大于設(shè)定下限值，如果當(dāng)前電量小于下限值，則使用市電作為電源給移動終端充電，并且通過指示模塊使指示燈4滅；如果當(dāng)前電量大于或等于下限值，則使用蓄電池給移動終端充電并且通過指示模塊使指示燈4亮。

通過光線強(qiáng)度信號采集判斷當(dāng)前光線強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)定值，若當(dāng)前光線強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定值，則關(guān)閉路燈或者保持路燈處于熄滅狀態(tài)，同時(shí)通過指示模塊使指示燈3滅。若當(dāng)前光強(qiáng)度未到達(dá)設(shè)定值，則打開路燈或者使路燈保持打開狀態(tài)，同時(shí)通過指示模塊使指示燈3亮，并且通過蓄電池電壓采集判斷蓄電池當(dāng)前電量是否大于下限值，如果當(dāng)前電量小于下限值，則使用市電作為電源給路燈供電，并且通過指示模塊使指示燈4滅；如果當(dāng)前電量大于或等于下限值，則使用蓄電池給路燈供電，并且通過指示模塊使指示燈4亮。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的一個基于路燈二次開發(fā)的新能源共享充電系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)照明作用的同時(shí)可將多余能源用于共享充電，相較于機(jī)場、火車站或一些商圈內(nèi)的共享充電樁，本設(shè)計(jì)更清潔環(huán)保，且是基于路燈的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)一燈多用，不占用額外的空間。從能源角度出發(fā)，本設(shè)計(jì)具有清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)；從占地面積的角度出發(fā)，本設(shè)計(jì)是基于路燈的二次開發(fā)，不需再占用額外的空間；從市政對公共設(shè)施的財(cái)政投入角度出發(fā)，本設(shè)計(jì)賺取的費(fèi)用可用于路燈的維護(hù)，具有一定的商業(yè)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉奇明.無線充電技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].廣東石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（01）.

[2]陳炳才，么華卓，楊明川，等.一種基于LEACH協(xié)議改進(jìn)的簇間多跳路由協(xié)議[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2014（03）.