基于Atmega48太陽能路燈控制器研究

摘要：太陽能控制器是太陽能路燈系統(tǒng)中的核心部分，設(shè)計了一種基于Atmega48單片機(jī)的太陽能路燈控制器。該控制器采用PWM脈沖調(diào)制控制技術(shù)通過對蓄電池電壓、充電電流等參數(shù)進(jìn)行檢測，控制開關(guān)管的關(guān)斷，來實(shí)現(xiàn)充放電控制和保護(hù)功能。測試表明，該控制器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、性價比高，具有良好的市場前景。
關(guān)鍵詞：太陽能控制器；Atmega48單片機(jī)；PWM；充放電控制

作為一種新興的綠色能源，太陽能具有取之不盡、用之不竭、清潔安全的特點(diǎn)，是理想的可再生能源。而太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽能利用的一個重要組成部分，被認(rèn)為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N發(fā)電技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究對于緩解能源危機(jī)，減少環(huán)境污染和溫室效應(yīng)具有重要的意義。
太陽能路燈就是典型的太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用產(chǎn)品之一，它是以太陽能作為電能供給，用來提供夜間道路照明。因?yàn)椴恍枰碾娋W(wǎng)電能、不需要架設(shè)輸電線路或挖溝鋪設(shè)電纜，不污染環(huán)境、安全可靠，因而在公共照明及亮化裝飾領(lǐng)域有著廣闊的前景。

1 太陽能路燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
太陽能路燈系統(tǒng)由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池組、燈具等部分組成。若需輸出電源為交流220 V或110 V，還需要配置逆變器。太陽能路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

太陽能路燈系統(tǒng)是利用太陽能電池的光生伏特效應(yīng)原理，白天太陽能電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生一定的電動勢，通過控制器對蓄電池進(jìn)行充電，將光能轉(zhuǎn)換為電能貯存起來，蓄電池充電到一定程度時，控制器內(nèi)的自動保護(hù)系統(tǒng)動作，切斷充電電源。到夜晚或路燈周圍光照度較低時，蓄電池通過控制器給照明燈供電。當(dāng)蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護(hù)蓄電池?？刂破骺刂浦铍姵氐墓╇?，到設(shè)定的時間后切斷，保證蓄電池的正常使用。整個系統(tǒng)還具有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過負(fù)載運(yùn)行及免遭雷擊，保證系統(tǒng)設(shè)備的安全。
在太陽能路燈系統(tǒng)中，太陽能控制器是整個路燈系統(tǒng)中的核心部件，它控制著整個系統(tǒng)使其合理穩(wěn)定地運(yùn)行，它的性能在一定程度上決定了整個路燈系統(tǒng)的性能好壞?？刂破鞯闹饕δ軐π铍姵氐某浞烹娺M(jìn)行控制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償功能。

2 太陽能路燈控制器整體設(shè)計方案
太陽能路燈控制器采用一鍵式輕觸開關(guān)，來完成所有操作及設(shè)置。要求控制器具有短路、過載、獨(dú)特的防反接保護(hù)，充滿、過放自動關(guān)斷、恢復(fù)等全功能保護(hù)措施，詳細(xì)的充電指示、蓄電池狀態(tài)、負(fù)載及各種故障指示?？刂破餍枰ㄟ^單片機(jī)對蓄電池的電壓、放電電流、環(huán)境溫度等涉及蓄電池容量的參數(shù)進(jìn)行采樣，采用高效PWM蓄電池的充電模式，保證蓄電池工作在最佳的狀態(tài)，從而延長蓄電池的使用壽命。
太陽能路燈控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，該控制器以單片機(jī)作為核心，外接晶振電路、太陽能電池電壓采集電路、蓄電池電壓采集電路、充放電控制電路、過壓過流保護(hù)電路、溫度檢測電路、數(shù)碼管顯示電路、功能指示電路等組成。

太陽能電池電壓采樣模塊完成太陽電池電壓的采樣；蓄電池電壓采樣模塊完成蓄電池電壓的采樣；輸出驅(qū)動模塊提供POWER MOSFET的驅(qū)動電壓以及保護(hù)技術(shù)；數(shù)碼管顯示模塊完成數(shù)碼管顯示功能，確定系統(tǒng)輸出的狀態(tài)；晶振電路模塊提供單片機(jī)的時鐘頻率；溫度檢測模塊主要由電阻傳感器來實(shí)現(xiàn)；功能指示電路用發(fā)光二極管指示當(dāng)前的功能。