基于51单片机太阳能路灯的控制系统

本设计基于C8051F330的PWM 限流控制器结合蓄电池充放电特性和电池伏安特性，专为LED路灯设计的充放电路。白天太阳能电池板给蓄电池充电作为供电能源，灯不亮；在晚上，蓄电池对LED路灯放电，达到照明目的。

1 太阳能路灯控制系统硬件设计

1.1 硬件组成

路灯控制电路系统如图1- 1 所示。

图1-1 路灯控制电路系统

1.2 控制器

1.2.1 充放电电路

选用C8051F330 单片机作主控制芯片，检测太阳电池电压、蓄

电池电压及充放电流等参数，并按一定算法控制MOS管的导通和关

断，达到控制路灯系统充放电的功能。

图1- 2 为控制器充放电电路图，电池板电压经R1 和R2 分压送至

A/D转换口检测，以判别光线强弱。光照充足时，电池板给蓄电池充

电。控制器实时检测蓄电池端电压，同时按设定转换点的蓄电池端电压

值，控制充电各阶段的电压转换和停充。

图1-2 充放电电路

1.2.2 MOSFET开关电路

设计中用MOSFET 实现电路通断。MOSFET 开关频率高适合作为PWM 控制充电开关。采用N 沟道MOSFET ，导通电压Vth>0，由图1- 3 实现MOSFET 驱动。R1 为基极限流电阻，C 为加速电容。当输入信号上升、下降时，R1 电阻瞬间被旁路并提供基极电流，在晶体管由导通状态变化到截止状态时能够迅速从基区取出电子（因为R1 被旁路），消除开关的时间滞后，提高开关速度。

图1-3 MOSFET 驱动电路图

1.3 电流采样电路

通过康铜丝电阻采样的电压经LM358 放大输入单片机，进行数据的处理。如下图1- 4 所示。

图1-4 电流的采样电路

回路电流在康铜丝电阻上产生的压降输入到放大器的反向输入端。其中 10-R R -U U R U R U -0V

0U -U 12032

31021====

1.4 电源电路

如图1- 5 所示，蓄电池电压经过R1 限流后输入到稳压器7812再通过IN4733 进行分压后，经稳压器AS117，将输出电压调至3.3V以供单片机工作。

图1-5 电源电路

1.5 外围电路的硬件设计

C8051F330 的P0.2 为蓄电池电压采样值输入，P0.3 为太阳能光伏电压采样值输入，P0.4 为主电路中电流采样输入，P0.1 与P0.5 设计为脉宽调制信号输出，P0.6 为温度检测输入，加设拨码开关为路灯设置定时，可分别定时1～16 个小时。

2 软件设计

2.1 系统软件框图

程序设计完成系统初始化，并以查询方式检测电路参数及控制充放电，其流程图如图2- 1 所示：

图2-1 软件流程图

根据铅酸蓄电池特点，应用C8051F330 的PWM 功能对其进行充电管理。当太阳能电池正常充电时蓄电池开通，MCU关断负载；夜间或太阳能电池不充电时蓄电池对LED放电。当充电电压高于28.2V时，停止对蓄电池充电；此后当电压掉至24.8V时，蓄电池进入浮充态，当低于21.6V后，浮充态关闭，进入均充态。当蓄电池电压低于21.6V时，MCU停止对负载供电，以保护蓄电池不过放。2.2 充电程序（PWM波输出控制）C8051F330 的可编程计数器阵列PCA实现3 路8 位PWM 或16 位PWM 功能。PCA 的PCA0H 与PCA0L 决定调制波频率，通过改变捕捉/ 比较模块的高字节PCA0CPHn 与低字节PCA0CPLn 可以改变调制波的占空比。本设计通过调节占空比实现蓄电池三个充电阶段：蓄电池电量小于21.6v 快充，大于21.6v 小于24.8v 均匀充，大于24.8v 小于28,2v浮充。采用8 位PWM 输出，占空比η为η=（256- PCAOCPHn）/256

附程序：

voidCharge （void）

{

if （c>0x0f0a）//>28.2v关闭充电

{

PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA模块0的比较器功能

PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比

PCA0CPH0=0xFF；// 占空比约为0%

P0_1=1；

}

else

if （c>0x0d3a）//>24.8v浮充电

{

PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA模块0 的比较

器功能

PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比

PCA0CPH0=0x80；// 占空比为50%

P0_1=1；

}

else

if （c>0x0b85）//>21.6v均充电

{

PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA 模块0 的

比较器功能

PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比

PCA0CPH0=0x30；// 占空比为81.25%

P0_1=1；

}

else // 快充电

{

PCA0CPM0|=0x40；// 使能PCA 模块0 的比

较器功能

PCA0CPL0=0x00；// 设置占空比

PCA0CPH0=0x00；// 占空比为100%

P0_1=1；

}

3 总结

本设计依照光伏发电的工作特点和运行规律进行试验，其高效节能的照明，准确对太阳能半导体系统进行充、放电控制，从而能有效维持蓄电池的寿命，并且蓄电池在经过4 天的连续阴雨天后，仍可以正常工作，基本符合本设计的要求。