基于STM32 MCU的太陽能：LED街燈解決方案
加入技術交流群
表1: MCU外設分配。
控制器輔助電源直接從蓄電池變換而來，蓄電池輸入通過線性電源（L78L12）得到12V，供給邏輯電路和PWM開關信號放大；3.3V通過12V接開關電源（L5970D）而來，主要給MCU和周邊電路供電，之所以用開關電源是為了提高轉換效率（減少蓄電池耗電）以及在以后擴展系統(tǒng)時可以提供足夠負載，當然，為了減少成本，完全可以用線性電源來實現(xiàn)。
控制器主要功能
控制器的主要功能包括兩個方面：蓄電池充電以及蓄電池給LED供電。
1.蓄電池充電
當系統(tǒng)檢測到環(huán)境光充足，控制器就會進入充電模式。蓄電池充電有兩個比較重要的電壓值：深度放電電壓和浮充充電電壓。前者代表在正常使用情況下蓄電池電能被用完的狀態(tài)，而后者則代表蓄電池充電的最高限制電壓，這些參數(shù)應該從蓄電池產(chǎn)品手冊上可以查到。在設計電路中針對12V蓄電池，分別設置深度放電電壓為11V和浮充充電電壓為13.8V（皆為在室溫條件下的電壓值，軟件中這兩個值增加了相應的溫度補償），具體充電模式如表2所示。
表2: 蓄電池充電模式
從表2中可以看到涓流充電模式和恒流充電模式會用到MPPT算法，MPPT算法有很多種方式可以實現(xiàn)，業(yè)界有不少的論文對此進行了探討，總的來說各有優(yōu)劣，設計電路中采用相對簡單的擾動觀察法來實現(xiàn)（Perturbance andObservation）。這個控制方法的基本思想是通過增大或者減少充電電路開關信號PWMCHG占空比，然后觀察輸出功率是變大還是變小，以此來決定下一步是增大還是減少占空比。由于太陽能板的輸出變化相對比較緩慢，而且是單極點，所以這種方式還是能收到比較好的效果。
2.蓄電池放電
當系統(tǒng)檢測到周圍環(huán)境光線不足時，就會進入蓄電池給LED供電模式。LED電流通過高位電流檢測芯片（TSC101AILT）采樣送回MCU，由MCU通過調整開關信號PWMDRV占空比來獲得恒定輸出電流。為了達到節(jié)能的目的，LED的恒定電流值會根據(jù)系統(tǒng)檢測的環(huán)境光強度來調整：當環(huán)境光由亮變暗時，系統(tǒng)的輸出電流也會相應從小到大；當環(huán)境光完全暗下來時，系統(tǒng)的輸出電流也達到預設的最大值。除了由環(huán)境光控制LED的輸出,用戶還可以通過設定開關DIPl~4的狀態(tài)來開啟時間控制功能, 系統(tǒng)會根據(jù)DIP1~4的設定組合來控制LED從亮5分鐘到12小時不等。
此外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，設計電路添加了針對太陽能電池板、蓄電池和LED等一系列軟硬件的保護功能。而基于此系統(tǒng)平臺，還可以從添加智能發(fā)光二極管工作模式、增加通訊模塊和采用風光互補系統(tǒng)三方面進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能。
本文結論
太陽能-LED路燈不僅能利用清潔免費的太陽能以及高效環(huán)保的LED給道路帶來照明，而且同時可以減少溫室氣體排放，實現(xiàn)綠色照明的目的。本街燈系統(tǒng)已經(jīng)在意法半導體大樓入口處成功實施，所有街燈系統(tǒng)都已運行半年，工作情況正常。隨著太陽能板的價格進一步降低和LED性價比的提高，相信這個系統(tǒng)會得到越來越廣泛的應用。
評論