基于Atmega48太阳能路灯控制器研究

摘要：太阳能控制器是太阳能路灯系统中的核心部分，设计了一种基于Atmega48单片机的太阳能路灯控制器。该控制器采用PWM脉冲调制控制技术通过对蓄电池电压、充电电流等参数进行检测，控制开关管的关断，来实现充放电控制和保护功能。测试表明，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：太阳能控制器；Atmega48单片机；PWM；充放电控制

作为一种新兴的绿色能源，太阳能具有取之不尽、用之不竭、清洁安全的特点，是理想的可再生能源。而太阳能光伏发电技术作为太阳能利用的一个重要组成部分，被认为是目前最具发展潜力的一种发电技术。太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机，减少环境污染和温室效应具有重要的意义。
太阳能路灯就是典型的太阳能光伏发电应用产品之一，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。

1 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220 V或110 V，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雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，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。

2 太阳能路灯控制器整体设计方案
太阳能路灯控制器采用一键式轻触开关，来完成所有操作及设置。要求控制器具有短路、过载、独特的防反接保护，充满、过放自动关断、恢复等全功能保护措施，详细的充电指示、蓄电池状态、负载及各种故障指示。控制器需要通过单片机对蓄电池的电压、放电电流、环境温度等涉及蓄电池容量的参数进行采样，采用高效PWM蓄电池的充电模式，保证蓄电池工作在最佳的状态，从而延长蓄电池的使用寿命。
太阳能路灯控制器结构框图如图2所示，该控制器以单片机作为核心，外接晶振电路、太阳能电池电压采集电路、蓄电池电压采集电路、充放电控制电路、过压过流保护电路、温度检测电路、数码管显示电路、功能指示电路等组成。

太阳能电池电压采样模块完成太阳电池电压的采样；蓄电池电压采样模块完成蓄电池电压的采样；输出驱动模块提供POWER MOSFET的驱动电压以及保护技术；数码管显示模块完成数码管显示功能，确定系统输出的状态；晶振电路模块提供单片机的时钟频率；温度检测模块主要由电阻传感器来实现；功能指示电路用发光二极管指示当前的功能。