基于C8051F330芯片和MPPT技术的太阳能路灯智能控制系统设计

太阳能是一种清洁高效的可再生能源. 在晴天期间，屋顶光伏电池将太阳能转换为电能，供人们在晚上使用. 专家预测，到2040年，全球光伏发电将占世界总发电量的26％，并将在2050年后成为世界能源的支柱. 太阳能路灯将太阳光用作能源，不需要铺设复杂的管道，并且安全，节能，无污染. 白天使用阳光为电池充电，而电池则为夜间驱动路灯提供能量. 路灯的开/关过程使用光控制和最大功率跟踪技术来最大程度地吸收太阳能，并提高太阳能光伏电池的效率，从而降低路灯系统的成本. 最大功率点跟踪（MPPT）系统是一种电气系统，可以通过调整电气模块的工作状态来使光伏面板输出更多的电能.

1硬件组成

太阳能路灯控制系统的组成如图1所示.

1.1 Buck电路及其驱动电路

降压电路的工作原理是通过斩波降低平均输出电压. 您可以将输入连接到光伏电池的输出端，然后调整输出电压以调整负载以保持光伏阵列的最大输出电压. 功率点的电压和电流. 这里的控制目标是输出功率最大，并且调节装置是改变开关管的开路占空比. 由于光伏阵列的柔软特性，增加开关管的占空比以增加光伏阵列的输出功率并不简单. 当降压电路的负载是电池时，它构成了电池充电电路. 电池直接连接到降压电路的输出端，并且通过调节电池的端电压来实现电池的充电控制. 单片机的智能控制方法可以实现电池充放电控制的智能化.

降压电路是主电路. 如图2所示，太阳能光伏阵列的输出额定电压为35 V，输出额定电流为4.65 Amppt控制器芯片，电池额定电压为24 V，开关频率为80 kHz. 电路在电流连续模式下工作时的电感:

其中，Ui是太阳能光伏电池的输出电压； D为PWM脉冲占空比； f是开关频率； k是k =△I / 2Io; △I是纹波电流； Io是负载上的输出电流.

允许的纹波电流△I越小，即k越小，电感L越大，电流纹波越小，可以选择更小的滤波电容器；相反，电感器L较小，而电容器较大. 通常选择k = 0.05〜0.1.

确定电感值后，实际电感器的设计必须符合相关的电气标准，系统尺寸和安装方法. 许多磁性元件供应商提供了各种类型的标准产品，可以满足大多数设计标准的要求.

降压电路是实现最大功率技术的主要电路. 它由C8051F330单片机控制，并采用有效的算法通过软件编程从单片机输出具有不同占空比的PWM信号，然后由U4和U5处理，如图3所示. 开启和关闭Q1. 由于单片机C8051F330的驱动电流过小，并且Buck电路中的MOS管不共享主电路，因此使用隔离的B1215LS和输出电流为0.5 A的高速光电耦合MOS栅极驱动FOD3181满足MOS管的要求.

1.2单片机控制电路

控制板使用C8051F330作为主控制器. 该MCU具有高速，微型封装，低功耗，工业级等特点. 同时，它还具有丰富的片上资源，例如多通道10位AD转换器和PWM输出.

C8051F330（如图4所示），P0.2是太阳能光伏阵列的电压采样信号输入，P0.3是电池电压采样值输入，P0.5是输入中的电流信号采样值主电路，P1.6是温度传感器值的输入，P0.6是8位PWM信号的输出，P0.4输出控制过负载P1时负载的接入和电路的关闭. 0〜P1.4连接到拨码开关，设置路灯定时. 时间的长短取决于拨盘开关的状态. 四位拨码开关共有24 = 16个状态，可以计时1到16个小时.

2个电源

目前，太阳能发电系统主要用于节能. 它使用绿色能源而不是连接到城市电源，或者在未覆盖电网的区域中使用，因此整个系统的工作需要转换或处理由太阳能电池板产生的电能. 电源，在本主题中，我们要使用+3.3 V和12 V电源来支持控制芯片和集成运算放大器电路或晶体管的工作. 12 V电源主要用于为系统电路中的晶体管和其他组件的正常运行提供能量. 由于使用凌阳C8051F330微控制器进行控制，因此系统需要提供+3.3 V电源.

3软件设计

整个系统的控制流程如图5所示.

对路灯的访问基于太阳能电池板的电压. 当采样电压小于3 V时，太阳光已经很暗. 连接路灯并开始计时. 定时时间值由DIP开关设置. 同时，停止MPPT以减少夜间的能量损失. 当计时器到期时，请关闭路灯. 在整个系统工作过程中，单片机始终收集电池的端电压，是否连接路灯，连接后，一旦发生电池过放电，单芯片的P0.4引脚芯片计算机输出高电平来断开路灯并保护电池. 蓄电池增加充电电压后，如果满足使用条件，则连接路灯. 在此设计中mppt控制器芯片，添加了最大功率跟踪技术，以将输入功率提高20％. 由于电池的容量比太阳能光伏阵列的充电容量大得多，因此在对电池充电时不会采取防止过度充电的措施.

4结论

实际运行表明，该控制系统电路结构简单，运行稳定可靠，实用性强. 它将太阳能光伏技术与路灯控制技术相结合，实现了智能控制.

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