60w太陽能路燈設計方案（一）

1、硬件電路設計

選擇DS1302計時器、AT24C02存儲器、4位數碼顯示器、過充過放電路、STC12C2051單片機等組成智能控制系統。根據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、照明負載和時間顯示電路。

1.1、電源電路設計

電源電路如圖1所示。系統由太陽能電池板供電，24V蓄電池電壓經過7805穩壓后產生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，要預先設定開關時間，使路燈按時亮燈、準時熄燈，從而達到自動控制的目的。優點是定時開關預先設定的開關時間不受外界干擾，除本身故障外不會產生誤動作。缺點是不能根據季節變化和特殊的天氣情況自動變換開關時間，需人工調整開關時間，費時費力，不利于節能。定時開關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，但是由于機芯內使用塑料齒輪在高溫下會變形，從而導致停機現象。

電子鐘表型定時開關使用的也較多，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腳為數據端，6腳為時鐘端，7腳為寫保護端口，8腳為電源。

AT24C02在設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，存儲當前設定的信息。AT24C02是Atmel公司的2kB的電可擦除存儲芯片，由于AT24C02的數據線和地址線是復用的，采用串口的方式傳送數據，所以只用兩根線SCL（移位脈沖）和SDA（數據/地址）與單片機傳送數據。電壓最低可達2.5V，額定電流為1mA，靜態電流10μA（5.5V），芯片內的資料可在斷電的情況下保存相當長的時間，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。國內外常用的控制器有單獨的光控制型、時鐘控器型、經緯型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有優缺點。

60w太陽能路燈設計方案（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密封免維護電池。逆變器的效率大于85%，靜態電流小于2mA。它有一個帶電池過放電保護功能和過充電保護功能的并聯充電控制器。低靜態電流、過放電保護功能和過充電保護功能三者確保電池使用壽命很長。逆變器的預熱功能可以避免CFL兩端變黑，從而延長其使用壽命。這一電路可在農村地區用作一種可靠小巧的便攜式光源，在城市用作應急燈系統。并聯充電控制器電路包括IC1（低電流2.5V電壓基準源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動器可用作應急燈系統。

當電池電壓低于10.8V時，該電路切斷負載（逆變器和燈管），從而防止電池過放電。在無負載狀況下，電池放電后的電壓約為12.2V，因此，為防止出現振蕩現象，電路提供的過放電復位電壓為12.3V。紅發光二極管LED1指示低電壓狀態。配有電阻R9 ~ R14和三極管Q2的IC2B可防止電池過充電。當電池電壓超過14.8V時，Q2導通，并使太陽能電池陣列旁流，從而防止電池過充電。當電池電壓低于12.5V時，Q2截止，太陽能板電池陣列對電池進行充電。D2為一支反向阻隔二極管。它能防電池在太陽能電池不產生電能時對太陽能電池放電。黃發光二極管LED2指示電池充滿電。綠發光二極管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行場效應管 01 、三端穩壓器 U1 組成電源供電系統； Q2 、 Q4．組成放電控制；K1 手動， R_GM1 光控自動開燈系統，蓄電池分壓電阻，發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．經防反充二極管 D1 后分成兩路，一路經 U1 LM 78L 05 穩壓后，為 PIC 12F675單片機提供工作電源，另一路經 FB 保險絲給蓄電池充電。單片機上電后，首先由 Rf 、 Cf組成的硬件電路進行復位．然后由軟件控制U2 ③腳 GP4 輸出高電平，讓 Q4 導通、 Q2 截止，控制系統停止放電，再檢測 U2⑦腳 GP0 上的分壓值，通過內部 A/ D 轉換及軟件運算間接檢測、判斷蓄電池是否欠壓、過壓．若蓄電池發生過充電，則通過軟件控制U2 ②腳 GP5 輸出高電平，使 Q1導通．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“天黑，到了開路燈時間”，若到了預設的開燈點，則由軟件控制 u2 ③腳 GP4 輸出低電平，使 Q4截止、02 導通，點亮路燈。若不到開燈點，則程序返回，循環檢測上述諸參數。

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．則按設計要求點亮路燈，若否，單片機進入路燈控制器“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 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驅動繼電器組成的輸出控制電路等組成?，F分別介紹如下。

（1） 過充電、過放電檢測保護部分

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 導通； Q8 截止，允許太陽能電池給蓄電池充電。當蓄電池所充的電壓小于 14 ． 4V 時，由R13 、 （R38 十R39） 組成的串聯分壓電路送至 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；隨著充電時間的延長，蓄電池電壓逐漸升高，當 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下，其⑦腳導通，相當于將 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，當蓄電池電壓低于設定值13V時．電路狀態再次翻轉，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開、關燈控制的。太陽能電池板PVin 輸入電壓經 R5 、 R6 串聯分壓后；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 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 U1A②腳電壓低于③腳時，比較器翻轉， U 1A ①腳輸出高電平， Q1 導通，定時電路 U2 得電工作， Q2 導通、JDQ1吸合點亮路燈。圖中 VR1 為路燈開燈時刻設置調節電位器，調節 VRl 可設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開、關路燈。

（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、內置可編程分頻器電路，最大分頻級數為 65536 級。

本控制器設計定時開燈和定時關燈時間調節范圍是： 2 ． 093 小時 -11 ． 93 小時．分別由 V ： R2 和VR3控制調節。

（4） 蓄電池停止放電優先控制電路

若在路燈欲點亮或已點亮時，蓄電池電壓已經低于其允許終止放電值時， Q4 導通．此時無論 U 1A 輸出高電平與否，均會使Q1截止，從而保護蓄電池避免過放電損壞。

（5） 電池電壓指示電路

為了讓現場看管、維護人員及時了解、掌握蓄電池的狀態，本控制器設有 LED 電池電壓指示裝置，通過LLED點亮的數量指示蓄電池電壓的高低。