李志敏 付芳芳 葉金鑫 安徽理工大學電氣與信息工程學院

引言

在能源危機日益嚴重的今天，人們的環(huán)保意識逐漸增強，并開始大量使用可再生能源，如風能、水能、太陽能等。而太陽能發(fā)電無需燃料、無污染、壽命長、性能穩(wěn)定、維護費用低，這使得太陽能發(fā)電成為一種性價比極高的發(fā)電方式，得到了人們的青睞。

本文設計的照明系統(tǒng)，其蓄電池充電具有保護功能，保證電池不會過充過放，使電路工作安全、穩(wěn)定。而選用的LED 燈體積小、功耗低、壽命長且環(huán)保。在無交流供電、無人值守情況下，此路燈可以長期自動運行，具有價高的實用價值。

1 系統(tǒng)設計方案

1.1 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)由以下幾部分組成：太陽能電池板、蓄電池充放電控制器、時間控制電路、電量顯示電路、聲音傳感器電路、紅外傳感器電路、LED 驅(qū)動電路、LED 負載等。由太陽能電池板和以CN3722 為核心的集成電路構成太陽能電池組件，它在白天采集太陽，并將太陽能轉化為電能存儲到蓄電池中以供夜晚使用；夜晚，蓄電池放電，將白天存儲的電能用于為控制器和光源負載供電。系統(tǒng)結構框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

1.2 器件選擇

太陽能電池板：多晶硅電池的實驗室轉換效率高達20.3%。它不會出現(xiàn)效率衰退的問題，而且成本價低、效率高。經(jīng)過多方面綜合考慮，選擇多晶硅薄膜太陽能電池作為本系統(tǒng)的太陽能電池板。

1.3 硬件電路設計

1.3.1 蓄電池充電電路

采用CN3722 搭建蓄電池充電電路，D1、D2為充電狀態(tài)指示燈。

恒壓充電模式時的電壓記為U1、電池電壓大小記為U，記U1的66.7%為U2。U 大小不同時，充電器的充電模式不同：設定好U2，當U＜U2 時，進入涓流充電模式；U 增大至U＞U2時，充電模式是恒定電流充電，用兩個0.05R 的電阻并聯(lián)作為電流檢測電阻，與內(nèi)部200m V 的基準電壓共同對充電電流進行設置；當U 繼續(xù)增大至接近U1時，進入恒定電壓充電模式。充電電流逐漸減小，充電過程一直持續(xù)到充電電流減小為0。

由太陽能電池進行供電的好處是，即使輸出功率很小，也能實現(xiàn)對電池的充電；并且，不用擔心會出現(xiàn)對電池過充電的情況，因為BAT 管腳（電池連接端）上的電壓保持恒定，不會過充。

通過100KΩ 和10KΩ 這兩個電阻構成的分壓網(wǎng)絡進行分壓，使MPPT 管腳獲

得最大功率點電壓，在最大功率點跟蹤狀態(tài)。實現(xiàn)了太陽能電池最大功率點跟蹤功能。

1.3.2 LED 驅(qū)動電路

以芯片SN3350 為核心搭建成LED 驅(qū)動集成電路，電路結構如圖2 所示。

SN3350 作為降壓型電感電流連續(xù)模式的驅(qū)動芯片，輸入電壓范圍是6V-40V，輸出電流最高達到750m A，它的平均工作電流大小取決于外部電阻的大小及分壓情況。

1.3.3 時鐘控制模塊

由STM32F103C8T6 單片機內(nèi)部的計數(shù)器構成本系統(tǒng)的定時器。在程序中設定好4 個小時的時長以及開始計時的時刻。LED 從設定的時間開始自動照明4 小時，時限一到，自動關機。

圖2 LED 驅(qū)動電路

1.3.4 聲音控制模塊及紅外控制模塊

聲音傳感器在正常情況下，即沒有聲音信號時，輸出高電平，送至單片機；一旦出現(xiàn)聲音，聲音傳感器輸出低電平，送至單片機。單片機讀到低電平，繼電器工作，使LED 燈亮。由此，達到了聲音控制路燈的亮滅的設計要求。

沒有人經(jīng)過時，紅外傳感器處于正常情況下，輸出低電平，送單片機。當有人經(jīng)過時，紅外傳感器感測到此信號，輸出高電平，并送單片機。單片機讀到高電平，繼電器工作，LED 燈亮。紅外傳感器控制路燈照明的方式與聲音控制的目的相同，都是為了使系統(tǒng)工作更加智能、高效、節(jié)能。

2 實驗測試

經(jīng)過多次嚴格測試，設計的全自動太陽能路燈完全實現(xiàn)了聲控、光控、時間控制的功能，達到節(jié)約能源的目的。本系統(tǒng)設計的蓄電池充電電路在最大功率點跟蹤方面也有較好的實驗效果。且蓄電池可以自動均衡，不會出現(xiàn)過充過放的情況，使充電、放電都更安全、高效。本系統(tǒng)器件的主要參數(shù)是：太陽能電池額定輸出功率為10W，額定工作電壓為18V。LED 路燈數(shù)量為10只，每只0.5W。蓄電池的參數(shù)為12V10Ah。

系統(tǒng)實物圖如圖3 所示。

3 結論

本系統(tǒng)采用CN3722 及其他部件構成蓄電池充放電電路，能實現(xiàn)太陽能電池最大功率點跟蹤功能，大大提高了充電效率。結合聲控、光控、定時等模塊，使得照明更加智能高效。具有較高的實用價值。