時間:2019年08月09日 分類:電子論文 次數:
摘要:系統采用STM32F030芯片作為主控芯片,DC/DC變換器作為充放電主電路,利用MPPT最大功率點追蹤技術,使太陽能的利用更加高效。采用SX1278芯片作為Lora通信的微處理器,實現路燈自組網后再利用集中器連接因特網,并開發了相應的APP遠程監控軟件,通過采用多時段控制以及對路面行人的檢測,路燈智能調節亮度,實現路燈智能化管理和高效的能源利用。
關鍵詞:Lora;太陽能;路燈;智能控制
引言
隨著太陽能光伏發電技術的不斷發展,太陽能光伏發電技術已經被應用到路燈等照明系統中[1-2],基于物聯網技術的智能路燈得到了越來越廣泛的關注[3-4],為了解決傳統路燈只能進行分時段照明和人工控制的問題,本文研究設計了一種太陽能智能路燈的控制系統,分時段分功率的工作模式以及路況檢測功能,使得路燈對于能源的分配更加合理。同時,將物聯網技術應用到太陽能智能路燈控制系統中,可以遠程監控路燈運行狀況以及能源使用情況,不需要人為的報修,使路燈的維護變得更具高效、智能化。
1太陽能路燈控制系統結構
系統通過中央處理單元控制DC/DC變換器進行MPPT(最大功率點追蹤),將太陽能轉化為電能并存儲到蓄電池中,同時中央處理器結合太陽能電池板的輸出電壓、內部時鐘,對當前光環境進行判斷,自動實現充電、照明兩種模式之間的轉換。通過Lora模塊,將路燈的位置,太陽能電池板的相關信息,蓄電池的電能等信息發送到Lora集中器,再由集中器通過4G移動系統網絡將信息發送到遠程控制中心。
本系統硬件電路采用STM32F030C8T6芯片作為核心控制器,主電路由DC/DC變換器,供電電路,采樣電路組成。由DC/DC變換器負責蓄電池的充放電。由于路燈系統所處環境的光強度基本依靠太陽光,因此設計采樣電路采集太陽能板的輸出電壓可以對當前光環境進行檢測,采樣電路同時對太陽能板,蓄電池以及節能燈管的電流,電壓進行采樣。
Lora通信模塊負責將路燈設置的參數以及路燈運行狀況和環境信息發送給數據集中器。為滿足各個模塊工作電壓不同的需要,設計選用LM2596作為第一級穩壓芯片,蓄電池電壓經其輸出12V的穩定電壓,供各個模塊使用。再通過第二級穩壓芯片LM317,使電壓穩定輸出3.3V。為提高穩壓電路最大輸出功率,保證各個模塊供電穩定,將兩個LM317模塊并聯,可增加其輸出能力。
2Lora通信技術
2.1Lora通信
本設計采用SX1278芯片作為Lora通信電路的控制器。SX1278芯片通過SPI協議與中央處理單元進行通信,將內部存儲器中的智能路燈各個工作模式參數及實時數據發送至Lora集中器。
2.2組網方式
各個太陽能路燈之間通過Lora模塊相互通信,自組成網絡,節點與集中器匯集,將數據發送至集中器,集中器根據各個路燈的唯一標識ID對路燈進行識別。若其中某節點距離集中器距離過遠,導致集中器之間通信質量較差,則選擇通過其他路燈作為中介,將數據及路燈唯一標識ID打包發送至通信質量較好的路燈,再由該路燈將數據轉發至集中器,最后發送至遠程控制端。集中器與服務器通過MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport)協議進行通信,根據不同的集中器唯一ID標識符發布主題,對應的集中器訂閱該主題,可同時實現識別集中器以及集中器與APP雙向通信。
3軟件控制程序設計
系統通過控制DC/DC變換器實現充電模式和照明模式相互轉換。將電池種類、充電模式參數和照明模式參數存儲在RAM中,當接收到遠程終端傳來的指令時,按照指令對各個參數進行設置并保存。參數設定完成后,通過采樣電路讀取太陽能板和電池的電流、電壓。
在太陽能板輸出電壓低于設定的電壓時,若時間超過18時則視為天黑,轉換至照明模式,否則視為陰天,繼續工作在充電模式。在充電模式下,按電池種類和蓄電池的電量的設置多種合理有效的充電策略,例如鉛酸電池有浮充,快充,均流等多種模式。按照不同充電策略的參數對DC/DC變換器輸出電壓電流進行控制,同時通過MPPT最大功率追蹤使DC/DC變換器在設定輸出電壓范圍內以最大功率輸出。
對電池電量進行實時監控,確保電池不過充,科學合理的保護蓄電池的壽命。在照明工作模式下,按照設置的路燈工作模式參數,將夜晚劃分為多個時段,每個時段按參數中設置的功率工作,從天黑開始進入第一工作時段,一直延續到天亮。天亮時根據中央處理單元的RTC實時時鐘將天亮時間保存在RAM中,連續存儲前一周天亮時間來預測第二天的天亮時間。
實時對路況進行檢測,當檢測到行人時,路燈工作在大功率照明模式,若沒有檢測到行人,則工作在低功率模式,保證基礎照明。根據系統實時時鐘,在每天0點將一天累計充電電量,用電電量及光照環境等數據發送到遠程終端,在電流電壓異常時發出警報,實現智能化的遠程監控,使路燈的維護及管理更加人性化。
4終端軟件設計
遠程終端軟件設計,通過定位系統定位每個路燈位置,選擇對應路燈即可對路燈參數進行設置以及讀取路燈數據。
5結束語
本研究設計了一種智能路燈控制系統,通過以STM32F030為控制單元的DC/DC變換電路實現太陽能充電及路燈的智能化管理,實現了蓄電池電能科學合理利用。利用Lora技術實現低功耗,遠距離的路燈節點與集中器之間的自組網絡,再由集中器遠程終端建立連接,通過遠程終端對路燈系統進行監控,實現了路燈的智能化,人性化的科學管理。
參考文獻:
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[4]黃進.智能全功率MPPT風光互補路燈控制器設計[J].測控技術,2018,37(06):138-144.
相關刊物推薦:《照明工程學報》(CHINA ILLUMINATING ENGINEERING JOURNAL)于1992年創刊,是中國照明學會主辦的全國性學術刊物,被中國學術期刊網絡出版總庫、中國數字化期刊群、中文科技期刊數據庫、中國學術期刊文摘、中郵閱讀網等收錄,2009年入選為中文核心期刊,2012年入選中國核心期刊(遴選)數據庫。CN 11-3029/TM,ISSN 1004-440X。