基于ATmega128L单片机太阳能路灯的设计
熊慧芳
摘要：在全球经济不断发展的今天，人们的科技水平和生活质量也有了质的飞跃，人们对能源的需求日趋增长。基于现有太阳能路灯系统的需求，文章设计出了一个基于ATmegal28L单片机太阳能路灯。该路灯主要采用ATmega128L主控芯片和Speic电路，可有效控制照明系统的电流电压输出，实现太阳能路灯控制系统的最佳运行。实验结果表明该控制器运行稳定、可靠性高、性价比高，具有良好的市场前景。
关键词：ATmega128L单片机；太阳能路灯；设计
1引言
近年来，人们开始关注到再生能源，而再生能源在整个能源消耗中也占有较高的使用比例。太阳能是目前较为常见的一种再生能源，符合我国低温光热利用范畴，具有一定的构建价值，且与太阳能相关的技术研究也日趋成熟。太阳能路灯就是典型的太阳能光伏发电应用产品，它是以太阳能作为电能供给，用来提供夜间道路照明。因为不需要消耗电网电能、不需要架设输电线路或挖沟铺设电缆，不污染环境、安全可靠，因而在公共照明及亮化装饰领域有着广阔的前景。本文以单片机设计为基础，设计出了一种太阳能路灯只能控制系统，该系统可自动控制太阳能路灯的充电时间、点亮时间等功能设定。
2太阳能路灯系统的结构
太阳能路灯系统由太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池组、灯具等部分组成、）若需输出电源为交流220v或110v，还需要配置逆变器、）太阳能路灯系统结构如图1所示。
太阳能路灯系统是利用太阳能电池的光生伏特效应原理，白天太阳能电池吸收太阳能光子能量产生一定的电动势，通过控制器对蓄电池进行充电，将光能转换为电能贮存起来蓄电池充电到一定程度时控制器内的自动保护系统动作，切断充电电源。到夜晚或路灯周围光照度较低时，蓄电池通过控制器给照明灯供电。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池、控制器控制着蓄电池的供电，到设定的时间后切断，保证蓄电池的正常使用，整个系统还具有限荷保护和防需装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭需击，保证系统设备的安全。
在太阳能路灯系统中，太阳能控制器是整个路灯系统中的核心部件，它控制着整个系统使其合理稳定地运行，它的性能在一定程度上决定了整个路灯系统的性能好坏。控制器的主要功能对蓄电池的充放电进行控制，防止=蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，控制器还应具备温度补偿功能。
3基于ATmega128L单片机太阳能路灯的系统设计
基于ATmega128L单片机太阳能路灯包括太阳能电池、路灯控制器、VRLA蓄电池和LED路灯。其中主控新芯片运用了ATmegal28L单片机微处理器，以便更好的完成路灯系统的正常运行和智能控制。ATmegal28单片机是以AVR RISC结构为基础的一种低功耗CMOS微处理器。该处理器内的执行时间为单周期指令执行，含有较强的指令集，故其数据吞吐率可达1 MIPS/MHz，可有效减轻系统处理速度和功能耗损方面的矛盾。
如图2所示，控制器首先经电压电流对太阳能电池进行采样检测，同时将电压电流输出，然后主控芯片ATmegal28L在MPPT算法控制下自动对Sepic电路开关器件进行控制，实现IGBT在系统内的通断，是供电点跟踪技术发挥最大化的作用，同时也提高了整个照明系统的功率点，提高太阳能路灯照明系统的使用效率。
4基于ATmegal 28L单片机太阳能路灯的详细设计
4.1硬件设计
4.1.1采样电路设计
太阳能光伏路灯照明系统内的单片机采样电路主要依靠太阳能电池和VRLA蓄电池实现，共同采用了其电压与电流。根据电阻器分压原理电压采样可获得电压值采样，再启动电压跟随器隔离和运算放大器，单片机转换滤波后的低通滤波器，为保证电流采样的有效进行，需将较小的电阻串联在电路负极，通信后可将电路放大，然后进入单片机转换。
4.1.2Sepic电路设计
speic电路是太阳能光伏路灯照明系统中的直流—直流变换器（DC-DC Converter），处于DC-DC光伏路灯照明系统中，IGBT是Speic电路内的开关器件，其驱动电路型号）足TLP250。相对于传统的Boost升压电路和Buck电路而言，Sepic电路的电压输出具有较为广泛的范围，可用公式表示为：V0=D/1-D×Vi。
4.1.3蓄电池充电电路设计
光伏路灯照明系统的充电电路设计采用VRLA蓄电池，该蓄电池的充电芯片为UC3906，是保证VRLA蓄电池完成最佳充电的关键，可满足系统充电的全部检测功能和控制功能。基准电压的精确性是UC3906芯片的重要特征，随着环境和温度的变化，基准电压也会发生相应的变化，且变化规律遵循VRLA蓄电池电压运作过程中的温度特性，以确保VRLA蓄电池可在较大温度差内实现最佳充电状态。在太阳能路灯照明系统中，VRLA蓄电池的具体充电过程为：接通输入电KVin后，进行Q2导通，处于恒流充电阶段时系统内存在最大工作电流，当VRLA蓄电池端内有95%过充电压时，系统进入过充电状态，整个系统的充电电流开始下降，当降至VRLA蓄电池的截止电流时，蓄电池进入浮充转台，电平从电压比较器输出后，VRLA蓄电池指示灯亮起，表示电量充足。
4.2软件设计
基于Arrmegal28L微处理器太阳能路灯控制系统采用了GCC编译环境，采用高级编程语言L设计和模块化设计思想，具有移植性高的特点。系统内的各个模板参数出入一致，相互关联，利于整个系统的设计和修改，减少不必要的时间，缩短了程序设计和开发周期。信号采样模块、最大功率跟踪算法模块、初始化模块、LED路灯驱动模块、主程序、VRLA蓄电池充放电模块是组成系统的六大模块，具体程序设计图如图3所示。
经测试证明，该控制器具有良好的启动性能，蓄电池的充电过程能够达到预期的要求。当蓄电池电压过低时，能够自动启动开关管，断开放电回路实现了蓄电池的过放保护，而且可以针对不同的蓄电池设定参数，进行温度补偿。
