基于單片機(jī)的大功率太陽能LED路燈電路設(shè)計(jì)與仿真

摘 要： 隨著社會(huì)的發(fā)展和人口的增長， 人們需要面對(duì)環(huán)境和資源的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)， 于是新一代的照明燈具---太陽能LED 路燈受到了越來越多的關(guān)注。本文設(shè)計(jì)了一具雙電源供電模式、具光控和時(shí)控功能、具有較強(qiáng)抗干擾能力的功率為40W左右的太陽能LED 路燈。文中介紹了路燈LED 發(fā)光面板的設(shè)計(jì)、太陽能電池與蓄電池的選擇， 同時(shí)詳細(xì)討論分析了路燈各部分驅(qū)動(dòng)電路的工作原理， 并對(duì)主要電路用Protues 和keil 軟件進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果相符。

1 引言

LED 作為第四代照明光源， 正以其獨(dú)有的優(yōu)越性在城市美化、道路照明、庭院照明、室內(nèi)照明以及其他各領(lǐng)域中得到越來越廣的應(yīng)用。尤其在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)， 太陽能照明燈具以其不可阻擋的優(yōu)勢(shì)得到迅速的推廣應(yīng)用。某作者對(duì)LED 燈中的太陽能電池板的安裝、控制器的功能、鉛蓄電池的安置和恒流驅(qū)動(dòng)電路等進(jìn)行了探討， 但沒有給出控制器等關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)和仿真。另一些作者[4 ] 從光源設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì)3 方面說明了LED路燈設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則， 但使用的電路沒有實(shí)現(xiàn)智能化， 無法進(jìn)行程序控制。

本文設(shè)計(jì)和仿真了一基于AT89C52 單片機(jī)智能控制的， 功率約為40W 太陽能LED 路燈。它采用了雙電源供電模式， 具備光控和時(shí)控功能， 抗干擾能力較強(qiáng)。文中主要介紹了太陽能LED 路燈發(fā)光面板的設(shè)計(jì)、太陽能電池與蓄電池的選擇， 同時(shí)詳細(xì)分析和討論了路燈各部分的電路設(shè)計(jì)及工作原理， 并應(yīng)用Protues 和keil 軟件對(duì)LED 路燈的充電電路、升壓電路和控制電路進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)一致。

2 太陽能LED 路燈硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件組成

太陽能LED 路燈系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、LED 燈具、燈桿和控制箱(內(nèi)有充電器、控制器、蓄電池等等) 四部分構(gòu)成。本文設(shè)計(jì)的太陽能LED 路燈總功率約為40W.電路的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1 所示。從中可以看出， 該系統(tǒng)采用的是雙電源供電。系統(tǒng)電路主要由太陽能電池、蓄電池、充電電路、升壓電路、控制電路、電LED 驅(qū)動(dòng)電路和LED陣列組成。

圖1 太陽能LED 路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 LED 工作原理與電路設(shè)計(jì)

LED 具有對(duì)電壓敏感的特性， 本設(shè)計(jì)選用的是杭科電子公司制造的型號(hào)為HKP2D1W1 的30 顆的白光LED.從圖2 (A) 所示的LED 特性曲線圖可知，當(dāng)正向電壓達(dá)到314V 以后只要稍微改變順向電壓，正向電流就會(huì)有很大的變化。為了得到預(yù)期的亮度并且避免正向電流超過LED 的最高額定電流， 因此本文采用的LED 驅(qū)動(dòng)方式為電流驅(qū)動(dòng)。

LED 陣列采用5 行6 列的形式， 電路如圖2(B) 所示。LED 選用同一公司同一批次的產(chǎn)品， 這樣可以認(rèn)為每顆LED 的特性基本相同的。因此流過每一列LED 的電流均為350mA , 也就是該一型號(hào)的LED 的典型工作電流。系統(tǒng)的照明功率約為40W,光通量約為1200lm.

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