苏宏锋，张 强，唐国强（四川交通作业技能学院，成都 611130）
摘 要：针对传统太阳能路灯存在功用单一、太阳能利用率低与照明灯火操控不合理的问题，规划了一种小型才智太阳能路灯操控体系。实验成果表明，该体系可以自适应盯梢太阳方位，使太阳能帆板获取最大光照强度，并能显现蓄电池电量存储信息。为愈加合理运用电能，构建了一种依据太阳能路灯点亮优先、自适应调整灯火亮度与点亮时长的含糊操控战略。
关键词：灯火操控；才智太阳能；自适应盯梢；含糊操控
*基金项目：四川交通作业技能学院院级项目（2018-JG-06）；2018年四川省“互联网+”大学生立异创业大赛铜奖项目。
0 导言
依据国家住宅与城乡建设部规划，“十三五”期间国家对才智城市的出资总规模将逾5 000亿元 [1] ，以低碳、绿色、节能、环保为中心的城市才智照明凭仗智能操控、个性化与运用远景广泛等优势逐步替代传统照明，成为城市照明职业新的增长点。当时城市路途路灯在夜晚处于常亮或错时封闭状况，太阳能路灯存在功用单一，蓄电池供电输出没有考虑路途人流量、车流量和蓄电池剩下量等问题。太阳能帆板因为太阳光线方位 [2]的改动或障碍物遮挡，无法取得满足光照，蓄电池电能运用不合理。文献[3]针对光照强度和环境温度的影响引起光伏体系输出功率不稳定问题，提出一种依据神经网络反推操控在光伏体系最大功率点盯梢运用技能，使太阳能电池输出功率最大化，该办法在接连阴雨气候情况下光伏体系怎么高效供电问题没有做深入研讨。文献[4]剖析研讨了一种不均匀光照条件下太阳能电池串联电路特性，提出大局动态功率点动态区间，该办法考虑了气候改动要素对发光伏体系输出功率的影响，但蓄电池功率输出未考虑路途的车流量与人流量的改动。文献[5]规划了一种双轴太阳盯梢操控体系，使太阳能聚光器受光面一直笔直于太阳入射光线，进步太阳能利用率，但在怎么节能供电方面没有做进一步研讨。太阳能路灯发电量取决于气候状况，当呈现接连阴雨气候时，蓄电池贮存的电量被敏捷耗费，路灯的亮灯率大大下降。因而，本文研讨一种小型才智太阳能路灯操控体系及操控战略，完结太阳能路灯节能供电。
1 体系总体规划
小型才智太阳能路灯操控体系架构如图1所示，本体系选用STC15单片机作为中心操控器，由光照检测传感器、步进电机、电源电路、信号预处理电路、LCD1602显现模块等部分组成。经过光电盯梢模块主动盯梢太阳，使太阳能帆板取得最大光照。将气候中心检测的气温、湿度、云量、风姿构建太阳能发电量猜测模型猜测未来一周太阳能发电量，以及路途人流量和车流量、蓄电池剩下电量等作为含糊操控器的输入，获取太阳能含糊操控战略 [6] ，自适应调理灯火亮度、点亮时长、完结节能供电。体系还能经过毛病传感器，将毛病主动分类与自确诊功用，并及时向路灯管理中心传输毛病信息。
2 体系硬件规划
系 统 采 用 宏 晶 科 技 的STC15F2K60S2处理器为主控渠道，将光敏传感器收集的光信号进行AD转化，判别当时太阳光线与太阳能帆板方位联系，然后操控步进电机滚动方向，使太阳能帆板最大化吸收太阳光线照耀，LCD1602实时显现充电时刻以及充电电量百分比。
STC15F2K60S2是一款STC增强型51单片机，有2 kB容量SRAM，60 kB片内Flash（闪存），内部集成8通道10位AD转化器 [7] ，双串行口，ISP(在体系可编程)/IAP(在内部集成RC振荡器，无需外接晶振和外部复位电路，大大削减了PCB板尺度，指令处理速度是传统STC89C51单片机的8～12倍。STC15F2K60S2单片机具有丰厚的I/O端口、定时器和2路PWM通道资源，十分合适测控体系。
2.1太阳光线收集电路
将长方形太阳能帆板的东西南北4个方向上设备型号为5506光敏电阻，对收集的光线信号值进行AD转化，判别当时太阳与太阳能板方位联系。太阳光线收集电路如图2所示，因为AD转化后得到的是电压信号，需经过一个固定电阻与光敏电阻分压。当光照改动时，光敏电阻R1～R4电阻值产生改动，依据串联分压的原理，此刻经过AD转化获取光敏电阻上的电压值及光照强度。规划了C8～C11等4个滤波电容，意图是使AD转化后的信号愈加的精准。
2.2 太阳能转化稳压电路
因为太阳能板转化后的电压信号纹波较大,规划了如图3所示的太阳能转化稳压电路。选用美国德州仪器（TI公司）和摩托罗拉公司（注：现在为恩智浦半导体公司）出产的2.5V～36V可调式精细并联稳压器TL431来规划太阳能转化稳压电路。TL431的内部含有一个2.5V的基准电压V REF [8] ，当在REF端引进输出反应时，器材经过从内部二极管的阴极到阳极宽规模的分流，操控输出电压Vout的计算公式：
太阳能转化稳压电路中的R12和R13对输出电压V out 的分压引进负反应，反应量逐步增大跟着V out 不断增大，TL431的分流也跟着添加，导致输出电压V out 下降。深度负反应电路要求输入电压V in 等于基准电压V REF时才坚持稳定。当R12与R13阻值相一起，输出电压V out等于5 V。挑选电阻时有必要确保经过TL431阴极的电流大于1 mA，故R11阻值取20 Ω，C6为后级滤波电容，削减输出电压信号的纹波。
2.3 步进电机驱动电路
依据光敏电阻随太阳光线强度改动的特性，选用STC15F2K60S2单片机片内置10位高速AD转化的信号来判别当时太阳所在方位，操控步进电机滚动使太阳能板最大化的吸收太阳光。为了使太阳能帆板在0～180°规模能都能获取光照，在“水平+笔直”2个方位别离设备型号为28BYJ-48的步进电机，作业电压为5～12 V，作业电流约为60 mA，ULN2803是8路NPN达林顿衔接晶体管阵系列，能驱动电流高达500mA、电压50 V的负载，可用于步进电机的驱动。图4为步进电机驱动电路，P4和P5是用于太阳能帆板水平方向与笔直方向滚动操控的5线4相步进电机衔接接口，ULN2803因为要一起驱动两个步进电机，所以选用12V电压供电。
2.4 灯火操控战略
将气候中心检测的气温、湿度、云量、风姿构建太阳能发电量猜测模型获取太阳能发电量，将猜测的发电量、路途人流量、车流量以及蓄电池剩下电量等参数作为含糊操控器的输入，构建依据太阳能路灯点亮优先、自适应调整灯火亮度与点亮时长的含糊操控战略。灯火含糊操控战略如图5所示。
依据传感器收集的人流量、车流量、环境能见度、蓄电池剩下电量等信息构建含糊操控战略，生成不同等级灯火操控指令，完结灯火不同亮度调理、点亮时长与通断操控，灯火操控模块电路如图6所示。
3 体系软件规划
太阳能帆板上东、西、南、北方向别离设备一个光敏传感器收集太阳光线，经过A/D转化获取太阳光线的电压信号，判别太阳能帆板与太阳照耀 光线的方位联系，操控水平方向与笔直方向步进电机的转向，使太阳能帆板与太阳光线坚持笔直。主程序流程如图7所示。
4 体系测验
4.1 寻光功用测验
为验证体系是否能主动盯梢太阳方位，使太阳能帆板坚持与太阳照耀光线笔直，对太阳能帆板东、西、南、北四个方向进行寻光测实验。当正东方向光敏电阻检测到太阳光照耀时，水平方向电机向东滚动，直到光敏电阻东西方向电压持平时（即太阳90°照耀太阳能板）中止滚动；当正西方向有太阳光时，水平方向电机向西滚动，直到光敏电阻东西方向电压持平时中止滚动，其它方向亦然。实验成果如表1所示，该体系寻光功用正常。
4.2 电量测验
当太阳能板给12 V锂电池进行充电时，为了更直观的获取充电量信息，将锂电池刺进百分比电量显现接口，显现其电量值。经过测实验证，太阳照耀到帆板方视点与12 V 3 800 mA锂电池的充电量百分比联系如表2所示，当太阳照耀方向与太阳能板呈90°时，太阳能板获取最强光照，蓄电池充电速率处于最大化状况。
5 结束语
本文以STC15F2K60S2处理器为主控渠道，结合传感器模块与电机伺服体系，规划了一种小型才智太阳能路灯操控体系。该体系完结了太阳能帆板上光线收集，完结太阳照耀光线与太阳能帆板方位联系检测，操控两轴步进电机滚动使太阳能帆板获取最大光照，实验验证了锂电池的充电量与太阳照耀到太阳能帆板视点联系。为到达节能供电的意图，本文提出了一种太阳能路灯点亮优先、自适应调整灯火亮度与点亮时长的含糊操控战略。
参考文献
[1] 钟齐鸣.“十三五”才智城市出资总规模将逾5000亿元[EB/OL].(2015-12-19).http://money.163.com/15/1219/06/BB68JC3R00252G50.html.
[2] 赵寒涛,吴文凯.折叠式太阳能主动追寻光伏发电设备规划[J].主动化技能与运用,2018(9):136-139.
[3] 阳同光,桂卫华.神经网络反推操控在光伏体系最大功率点盯梢中的运用[J].太阳能学报,2016(12):3030-3036.
[4] 乐全明,赵健,郭力.不均匀光照条件下太阳能电池串联电路特性剖析及GMPPT操控[J].光子学报,2017(6)：06041001-06041012.
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[7] 胡邓华,冯刚,等.依据STC单片机的数字采控电路规划[J].现代电子技能,2018(8):53-56.
[8] 雷三元.依据TL431构成的自激式Buck变换器的剖析与测验[J].电子技能,2017(3):1-5.
作者简介：
苏宏锋（1984—），男，硕士，讲师，研讨方向：智能交通操控技能、电子测控技能。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第9期第69页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
