基于pic18f6720的風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于PIC18F6720的風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：為了配合獨(dú)立風(fēng)光互補(bǔ)路燈發(fā)電系統(tǒng)的控制，設(shè)計(jì)了一種新型智能控制器。微處理器芯片采用PIC18F6720?？刂破鞴δ苤饕晒饪貢r(shí)空開關(guān)，蓄電池過沖過放保護(hù)，蓄電池深度放電保護(hù)、太陽能板夜間防反沖，負(fù)載狀態(tài)檢測(cè)，風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢測(cè)等功能組成。該控制器用于充電與用電管理，在穩(wěn)定性和效率上都有所提高，并可長期免維護(hù)，應(yīng)用前景十分廣

2、泛。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)；PIC18F6720；充放電保護(hù)； </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制系統(tǒng)作為無需與市電并網(wǎng)的獨(dú)立供電系統(tǒng)，有效的利用了風(fēng)能以與太陽能在時(shí)間上和地域上的

3、互補(bǔ)性。系統(tǒng)通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)與太陽能電池板向蓄電池充電，在需要時(shí)供電給負(fù)載。普通路燈不僅消耗市電電能，線路鋪設(shè)也要消耗大量線材，在這些線材上也要消耗大量電能。普通路燈輸電電纜埋在地下，如果照明路線過長則需要設(shè)置升壓系統(tǒng)。這樣就給遠(yuǎn)離電源點(diǎn)的地區(qū)安裝照明路燈帶來重重阻礙。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的路燈可以有效解決上述問題。它每一根燈桿都是獨(dú)立供電不需要輸電線路，無需挖開路面做埋管，不消耗市電電能并只需要很小的維護(hù)力度。很多發(fā)達(dá)國家目前正在大規(guī)模使用

4、風(fēng)光互補(bǔ)路燈，尤其在太陽照射強(qiáng)烈以及大風(fēng)地區(qū)效果非常明顯。該系統(tǒng)盡管初期投資較大，但具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益并且符合節(jié)能減排的理念，我國已經(jīng)有部分城市開始大規(guī)模的推廣。 </p><p>　　二、風(fēng)光互補(bǔ)路燈介紹 </p><p>　　系統(tǒng)主要由太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、控制器、蓄電池、直流負(fù)載、等部分組成。該系統(tǒng)是集太陽能、風(fēng)能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能

5、源發(fā)電系統(tǒng)。 </p><p>　　太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，也可以直接對(duì)直流負(fù)載供電。 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，風(fēng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)再將電能轉(zhuǎn)換為電能。轉(zhuǎn)換的電能通過控制器轉(zhuǎn)換為直流電用蓄電池儲(chǔ)存起來，需要時(shí)提供給負(fù)載或直接為負(fù)載供電。 </p><p>　　蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備，為負(fù)載以及控制器供電。太陽能只在白天作用

6、，而風(fēng)能存在著不穩(wěn)定性，所以蓄電池是必不可少的。同時(shí)蓄電池還具有維持電壓穩(wěn)定的功能。 </p><p>　　照明燈具選用壽命較長、發(fā)光效率高的LED燈或節(jié)能燈，以提高系統(tǒng)效率。 </p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)因其應(yīng)用環(huán)境的不同，其配置和設(shè)計(jì)也不同。系統(tǒng)中各設(shè)備的配比選區(qū)直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及成本。參數(shù)參數(shù)主要有自然條件日照時(shí)間，年平均風(fēng)速，照明設(shè)備功率，亮燈時(shí)間，陰雨天時(shí)間等。為了使系

7、統(tǒng)能正常工作并在連續(xù)陰雨天時(shí)也能穩(wěn)定供電，要做好各設(shè)備之間的配比。優(yōu)化設(shè)計(jì)工作要同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能。 </p><p>　　圖1風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 </p><p><b>　　三、控制器設(shè)計(jì) </b></p><p>　　本風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是不與市電相連接的獨(dú)立供電系統(tǒng)，需要全天候24小時(shí)供電。因此，在實(shí)際情況下蓄電池工作狀

8、態(tài)并不是充放電循環(huán)狀態(tài)。 </p><p>　　控制器采用PIC18系列單片機(jī)來進(jìn)行控制。包括數(shù)據(jù)的采集，比較與處理，對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的控制，發(fā)電設(shè)備以及伏在設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)與控制?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。 </p><p>　　控制器的硬件設(shè)備組成包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)采集模塊、太陽能電池板狀態(tài)采集模塊、負(fù)載狀態(tài)采集模塊、輸出驅(qū)動(dòng)模塊、電路保險(xiǎn)模塊、通信模塊等。 </p>

9、<p>　　主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)成本以及防護(hù)等級(jí)等因素，采用MOSFECT驅(qū)動(dòng)電路控制負(fù)載的開關(guān)，以及風(fēng)機(jī)與太陽能板對(duì)蓄電池充電的狀態(tài)。 </p><p>　　檢測(cè)電路主要功能是通過檢測(cè)電阻上電壓的變化，并將電壓信號(hào)放大后送至單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷。檢測(cè)電阻使用大功率的小阻值電阻，被測(cè)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化同時(shí)會(huì)引起該電阻上的電壓發(fā)生變化。而檢測(cè)電阻與放大器相連，電壓信號(hào)通過放大器放大后傳至單片機(jī)

10、，與單片機(jī)設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較從而檢測(cè)蓄電池充電電壓、蓄電池放電電壓、太陽能板輸出電壓、風(fēng)機(jī)輸出電壓、負(fù)載工作電壓等。最終實(shí)現(xiàn)蓄電池過沖過放保護(hù)、光控、風(fēng)機(jī)過充保護(hù)等功能。 </p><p>　　圖2風(fēng)機(jī)狀態(tài)采樣控制電路 </p><p>　　風(fēng)能的變化很明顯，具有很強(qiáng)不確定性，輸出電壓不穩(wěn)定。當(dāng)風(fēng)力超過限定值的時(shí)候，輸出功率過大會(huì)對(duì)電池及整個(gè)系統(tǒng)造成損壞。因風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速直接反映在輸出的電壓

11、值上，所以通過檢測(cè)電阻上的電壓來判斷風(fēng)機(jī)的狀態(tài)。檢測(cè)電阻阻值很小，通過放大電路放大其上電壓信號(hào)后由單片機(jī)采樣，再由單片機(jī)進(jìn)行處理后發(fā)送開關(guān)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路從而控制繼電器的閉合來控制風(fēng)機(jī)狀態(tài)。 </p><p>　　采用兩塊75W太陽能板串聯(lián)，輸出電壓可達(dá)到40V。與太陽能板連接的二極管防止夜間電池對(duì)太陽能板造成反向充電。采樣電阻采樣太陽能板的電壓按比例放大后送至單片機(jī)，通過程序判斷太陽能板的工作狀態(tài)以及光照的大小，

12、從而控制太陽能板的充電狀態(tài)以及燈具在外界光照不足的情況下點(diǎn)亮。 </p><p>　　圖3太陽能電池板狀態(tài)采樣控制電路 </p><p>　　檢測(cè)電路主要完成信號(hào)轉(zhuǎn)換、蓄電池開路電壓、充電電壓和放電電壓、充電電流和放電電流以及環(huán)境溫度、蓄電池溫度的檢測(cè)等。 </p><p>　　根據(jù)控制功能的實(shí)現(xiàn)和穩(wěn)定性等方面考慮，系統(tǒng)采用了MICROCHIP公司的PIC18系列的

13、單片機(jī)。根據(jù)對(duì)硬件的控制策略，采用PIC18F6720來實(shí)現(xiàn)。該芯片內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換部件并且有多個(gè)A/D通道，通過編程進(jìn)行電壓比較并由CCP輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)部件的通斷。通過編程還能實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制等功能。 </p><p>　　四、系統(tǒng)電路板設(shè)計(jì) </p><p>　　繪制PCB板的步驟，第一步繪制原理圖：在protel中按照預(yù)先的設(shè)計(jì)原則畫出系統(tǒng)的原理圖。再畫原理圖的同時(shí)吧器件與芯片的

14、封裝也畫出來。第二部生成PCB圖。第三步根據(jù)設(shè)計(jì)原則調(diào)整PCB圖，將大功率器件的導(dǎo)線加粗，調(diào)整器件擺位，式布局模塊化，這樣在后期調(diào)試與維修中可以清晰的判斷問題出在哪里以及該調(diào)整修改哪里，并根據(jù)外殼尺寸形狀等參數(shù)拜訪指示燈開關(guān)等器件。需要貼導(dǎo)熱片以及涂抹環(huán)氧樹脂的大功率器件靠近外殼擺放。 </p><p><b>　　五、結(jié)語 </b></p><p>　　控制器采用P