實時追光自感應路燈系統使用新能源又節約了電能。太陽能的利用越來越受關注，設計通過太陽能發電，運用于路燈節能照明。路燈系統與市電互聯，且有空氣質量檢測以及天氣情況檢測。大多學校雖然已采用節能燈，但并沒有真正意義上將其節能的使用，智能控制可以幫助節能燈實現真正的節能。此系統雖為校園設計，亦可擴展到工廠、小區等地。

　　2.系統設計

　　2.1 設計思路

　　自發電節能路燈設計了太陽能發電裝置儲存電能給系統供電，并與市電互通。白天時，路燈處于熄滅狀態；晚上時，燈微亮，檢測有人通過時，燈變亮，當人遠離路燈時，亮度慢慢減弱。

　　系統增加了溫、濕度、煙霧、風向、風速、雨感等檢測功能，另外檢測出當前蓄電池的電壓、電流、溫度值，并通過無線傳輸設備實現信息共享，方便人們了解外界環境情況和系統的工作狀況。

　　2.2 系統模塊方案設計

　　以Atmegal6作為控制核心，其內部含有多路AD轉換，運算速度快，符合方案設計要求。

　　太陽能板控制：經過多次試驗與計算得到了不同季節里每隔半小時太陽轉過的角度，單片機以此控制步進電機轉動角度，從而使太陽能板始終正對著太陽光。夜色降臨時，太陽能板自動復位。

　　簡單氣象監測功能：采用溫濕度傳感器、風速風向傳感器、雨感傳感器對周邊環境的氣象進行實時檢測，然后由無線設備將信息傳送至信息中心。

　　路燈保護及檢測功能：用AD采集系統的電壓、電流值，控制器通過這些值實時監測系統的工作狀況，一有過流現象，斷開電源，并通過無線設備報警。

　　電源切換功能：系統會對總電量實時進行監測，若總電量低于設定值，控制器會自動將電源切換至市電，維持系統正常工作。

　　3.理論分析與計算

　　3.1 太陽能板追光與引導原理

　　對合肥地區6-18點的路燈(高3米)影子的觀察，計算得出每半個小時太陽的位置。太陽能板工作時為四組蓄電池充電，保證了在長時間沒有太陽光的情況下，系統仍然能正常的工作。由于季節不同太陽光的位置和強度不同，所以每個季節要適時改變太陽能板的位置，即改變太陽能板與地面的夾角，以達到最大的吸收光能的效果。

　　3.2 蓄電池和太陽能電池板板的配備原理

　　設蓄電池容量為CB，太陽能電池板需求峰值為WP，太陽能板工作電壓為VS，每日實際放電時間為hd，連續陰雨天數為Dr，實際路燈的功率為WB，系統電壓為VB，當地日光照時間為hr。考慮到20%的裕量以及20%的損耗，則蓄電池的容量為：

　　太陽能電池板的功率為：

　　以10W的LED燈配置為例，系統電壓為12V。當地日均有效光照以3h計算，每日放電時間10小時(以晚7點到晨5點為例)，通過控制器夜間分時段調節LED燈的功率，實際按每日放電6小時計算(凌晨亮度降低)。滿足連續陰雨天7 天( 另加陰雨前一夜的用電，計8天)。電流I＝10W÷12V＝0.8333A，蓄電池容量W＝I×6h×8d，即W=40AH。考慮到蓄電池充、放電預留20%容量，路燈的實際電流在1A以上(加20%損耗，包括恒流源、線損等)，實際蓄電池需求40AH加20%預留容量，再加20%損耗，計算后得到實際蓄電池容量為57.6AH。所以實際蓄電池為12V/60AH，故需要四組12V/15AH的蓄電池。

　　以每日放電時間10小時為例，調功后實際按6小時計算(調功同上蓄電池)。考慮到電池板預留最少20%電量，當地有效光照以日均3h計算：WP÷18V＝(I×6h×120%)÷3h，WP＝36W(電池板實際需求峰值)。然而由于實際恒流源損耗、線損等綜合因素，損耗在20%左右，電池板實際需求峰值：

　　WP=36W×120%=43.2W

　　所以實際電池板需18V/45W，故需要18V電池板兩塊。

　　4.硬件設計

　　4.1 太陽能電池板升降壓電路

　　由于所選的蓄電池充電的時候僅需要14V的電壓，所以需要一個變壓電路來使電壓達到14V。因此，我們采用EK8003芯片，這款芯片為同步升降壓芯片，可通過輸出PWM波來控制輸出電壓，使之穩定。

　　4.2 太陽能充電設計

　　采用芯片UC3906控制蓄電池充電，該芯片內含獨立的限流放大器和電壓控制回路，片內的驅動器可控。驅動器輸出電流可達25mA，能夠直接驅動外部串聯調整管，以調整充電電路的輸出電流和電壓。

　　當電池電壓或溫度較低時，充電使能比較器可控制充電器進入涓流充電狀態。當驅動器截止時，該比較器還能輸出25mA涓流充電電流。這樣，當電池短路或反接時，充電器只能以小電流充電，從而避免了因充電電流過大而損壞電池。

　　4.3 驅動的設計

　　4.3.1 燈驅動設計

　　路燈啟動時，需要控制燈的亮度，所以系統需要一個LED燈驅動電源來控制路燈的亮度，基于此采用芯片PT4115。該芯片具有高達5000：1的PWM調光比等特點，給芯片輸入不同占空比的PWM波實現調光。

　　4.3.2 電機驅動電路

　　太陽能電池板的轉動由步進電機驅動，而步進電機驅動電路采用L298N電機驅動芯片。單個芯片可驅動四相的步進電機，電路設計簡單。

　　4.4 數據采集與處理

　　溫濕度檢測電路采用SHT10傳感器，該傳感器包括一個測濕敏感元件和一個測溫元件，并接有14位的A/D轉換器以及串行接口電路，抗干擾能力強。電流檢測采用CSM006NPT霍爾電流傳感器，電壓檢測采用單片機內部的AD檢測。

　　無線收發電路采用nRF905模塊，主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的ISM頻段。芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。非常適合于低功耗、低成本的系統設計。

　　5.軟件設計

　　程序開始時判斷是否為夜晚，若不是，則進行太陽能板面向太陽的控制，根據當時的時間調整太陽能板的大體位置，再根據光強微調太陽能電池板，對準后一段時間后(預設半個小時)重新校準，接著進行充電控制；否則進行行人檢測，若有行人，則將燈光調制最大亮度，人遠離后漸漸變暗，若沒有行人，則保持較暗的燈光。緊接著就是過流保護，若系統過流，則切斷電源，無線發射通知信息進行報修，若沒有過流，將進行傳感器的信息采集，并判斷信息的變化是否大于預設值，若大于，將信息通過無線發射出去，否則返回是否為夜晚的判斷。

　　6.結束語

　　實時追光自感應路燈系統旨在使太陽能板始終面向太陽，儲存更多的太陽能。路燈自動檢測周圍行人，智能調節燈光的亮度，路燈上面配備監測天氣信息的多種傳感器，并通過無線傳輸實現信息的共享，方便人們的生活。整個系統圍繞新能源利用及節能開展，在保證必要照明的同時，有效的節省了不必要的能源開支。使用太陽能，自給自足的“生存”，具有良好的經濟效益及社會價值。