本文設計一智能小型風光互補路燈控制系統，該系統以風光互補發電系統提供能量，光敏電阻檢測光照度，熱釋電紅外傳感器檢測路上的行人車輛，ATmega16單片機為控制核心，根據光照度和人流量來控制路燈照明系統的開啟和路燈亮度的調節。設計中，光伏發電和風力發電并行，更好的適應各種天氣，有自動控制和手動控制兩種模式，經過環境模擬和模擬試驗該系統達到預期目標。

　　關鍵詞：風光互補發電系統；新能源；路燈控制

　　1系統設計方案

　　在具體模擬路燈照明系統的設計中，由風光互補電路提供能源，用太陽能光伏發電系統和風機發電系統組成，經過穩壓、升壓、充電保護電路給聚合物鋰電池充電，利用光敏電阻檢測光照度，熱釋電紅外傳感器檢測人流量，同時將檢測到的數據傳輸給ATmega16單片機，單片機對這些信息數據進行處理后控制調節路燈照明系統的亮度。系統設計方案如圖1所示。

　　2系統硬件電路設計

　　2.1風光互補電路設計

　　太陽能和風能都是可再生的新綠色能源，但其具有季節性和受天氣環境影響的劣勢。風光互補路燈的發電模塊是將太陽能發電和風能發電兩者結合，由一個光伏電池板和一個風力發電機組成，使太陽能和風能的利用達到最佳優化。光伏板發電利用的是光生伏特效應將太陽能轉換為電能，設計中采用多晶硅太陽能板，多晶硅太陽能板的優點在于太陽光不是很強烈時依然可以正常發電，而且規模的大小也可根據環境條件調節，玻璃層壓封裝，透光性好，防塵防雨，使用壽命長達30年之久。風力發電機能夠將風能經機械能轉化為電能，由于自然風具有不穩定性，所以風力發電機發出來的電須經AC-DC變換電路才能儲存在聚合物鋰電池中。

　　2.2升壓模塊電路設計

　　因為儲能模塊的聚合物鋰電池是3.7V電壓，而單片機及其他模塊電路基本都需要5V電壓來工作，所以需要一個升壓模塊將電壓抬升以確保其正常工作。轉化效率高達95%，輸出穩定，搭載的USB接口可以為其他設備供電。同樣為了適應各種環境，該模塊具有極好的耐低溫、耐高溫特性。升壓模塊電路如圖2所示。

　　2.3聚合物鋰電池模塊電路設計

　　聚合物鋰電池的充放電都需要用TP4056模塊進行保護，電路如圖3所示。該模塊正好適合DC和USB兩種工作電源，有散熱片更能應對炎熱天氣，從而對儲能模塊更好的保護。而且為了避免過充，該模塊還會在充到既定電量后終止充電，同時用一個電阻器來限制充電電流，保護電池。當既不充電也不放電時，會處于防漏電的低電流模式。充電狀態有兩個指示燈分別對應充電狀態和充電完成。

　　2.4環境參數檢測模塊電路設計

　　設計中為了降低能耗，環保將路燈照明系統設計成自動控制和手動控制兩種模式，自動控制模式的實現是通過傳感器檢測環境參數來決定是否開啟路燈照明系統。設計中采用的是光敏傳感器模塊電路，模塊電路如圖4所示，利用光敏電阻實時檢測環境光照度，將檢測值送入單片機后與系統設置的路燈開啟或關閉的閾值比較后，由單片機發出開啟或關閉路燈照明系統的命令。利用熱釋電紅外傳感器檢測路上行人流量，將檢測數據送入單片機進行處理后調節路燈照明系統中LED燈的亮度。

　　2.5路燈照明電路設計

　　為了風光互補路燈設計的環保要求，選擇亮度高，功耗小的LED發光源。這是一款新型LED光源，由透明樹脂封裝，可回收、污染小。LED路燈亮度的調節通過對二極管進行微秒極的開關控制來進行，這樣就使得脈沖寬度調制技術能夠與LED調光相結合。所謂的脈沖寬度調制技術就是通過改變LED的恒流源為脈沖恒流源，然后通過檢測到的人流量改變電流源的脈沖寬度來調節LED路燈照明系統的亮度。

　　2.6單片機控制電路設計

　　該系統的控制器采用ATmega16單片機來實現智能能化控制，一方面對風力發電機和太陽能電池板對電池進行充電控制，另一方面可以根據光照度和行人量控制路燈照明系統的開始和亮度調節。ATmega16具有16KB的系統內可編程Flash（具有同時讀寫的能力，即RWW），512BEEPROM，1KBSRAM，32根通用I/O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內調試與編程，片內/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益（TQFP封裝）的ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，具有兩個8位定時/計數器和一個16位定時/計數器（每一個計數器都支持PWM輸出功能），以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。其所有的寄存器都直接與算術邏輯運算單元（ALU）相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構提高了代碼效率，具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數據吞吐率。

　　3系統軟件部分設計

　　關于路燈照明系統亮度的調節根據自動和手動兩個開關分別進入自動模式或手動模式，正常情況下路燈照明系統處于自動模式，由ATmega16單片機實時控制路燈照明系統。光敏傳感器及熱釋電紅外傳感器檢測到的反饋回來的信號經單片機處理后送出命令，當光線暗到設定的閾值時自動開啟路燈照明系統，同時根據車流量和人流量自動調節路燈照明系統的亮度，真正實現路燈照明系統的智能化控制。程序的運行流程圖如圖5所示。

　　4結束語

　　將制作的智能小型風光模擬路燈控制系統放置在一個有風、有太陽光的環境下模擬白天的充電過程，一定時間后將其轉移至無光的黑暗環境，將開關調至自動檔位，LED光源發光；將開關調至手動檔位，LED光源根據手動檔位開關而亮滅，該風光互補路燈模擬系統運行穩定。該智能風光互補路燈控制系統將風能和太陽能進行有機結合，將轉化的電能存儲在聚合物鋰電池中，通過對電池進行合理控制，并且路燈的亮滅及亮度可以根據光線亮暗和路上人流量進行自動調節。該系統可以應用在公路、學校、公園、鄉村道路等公共場所。

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　　作者：李娣娜 王海軍 馬惠鋮