基于GSM的太阳能路灯联网监控系统研究

摘 要：通过对太阳能光伏电池板特性及光伏电源最大功率点跟踪原理的分析，提出了基于CUK 电路的光伏电源最大功率点跟踪方法，通过对太阳能路灯工作机理的分析，引进了一种新的太阳能路灯联网监控系统，介绍了太阳能路灯控制器的整体设计思路，并重点阐述了从机与主机间的通信连接以及主机与监控中心之间的无线通信连接等。该系统具有控制能力强、可靠性高和应用灵活等特点，具有很高的实际应用价值。

　　0 引言

　　为了促进可再生能源的利用，加快建设资源节约型和环境友好型社会，太阳能利用正逐步获得人们的重视，太阳能路灯作为高科技节能产品正逐渐替代传统路灯。

　　针对太阳能路灯的特点，介绍了一种太阳能路灯联网监控系统，即，从机和主机之间通过RS485 接口进行连接，主机对各个从机的太阳能板、蓄电池和LED 灯头的工作状况和各种运行参数进行监控，然后，主机通过MC39i 模块将检测结果以短信或语音的形式传送给监控中心或相关技术工作人员，实现对太阳能路灯的联网监控。

　　1 系统硬件设计

　　目前的太阳能路灯控制系统都是独立光伏控制系统，主要由六个部分组成：太阳能电池、蓄电池、LED 路灯、控制器、充电电路、放电/负载驱动电路[1]。主机的系统结构图如图1所示。太阳能电池板输出经CUK 电路调节后直接与蓄电池连接，系统主控芯片采用DSPIC30F3011 单片机，实现太阳能板电压采集、蓄电池电压采集、控制CUK 电路、控制LED 灯头、主从机间485 通信、主机与监控中心或工作人员间的连接等功能。

图1 主机的系统结构

　　1.1 光伏电源最大功率点设置

　　光伏电源系统由于受日照强度及环境温度变化的影响，其电压（电流）变化很大。为了在负载电阻变化较大时系统有较大的灵活性和较高的转换效率，该系统的主电路选用CUK电路，原理为Boost-Buck 电路，一级电路实现两级调压。

　　该系统采用CCM 工作模式，该工作模式的特性非常接近于一个匝数比可调的DC-DC 变压器。能量的储存和传递同时在两次开关动作期间和两个回路中进行，变换器效率很高。CUK电路中开关管导通的占空比的改变，对光伏阵列而言表现为其输出阻抗发生了变化，输出阻抗的变化将影响光伏阵列的输出特性。从而一定的输出阻抗对应一个输出电压值和输出电流值。而MPPT 技术即是通过调节CUK 电路的占空比而改变光伏阵列的输出阻抗，从而寻求输出电流与输出电压的乘积即输出功率的最大值。

　　1.2 控制电路硬件设计

　　控制电路的主控芯片采用DSPIC30F3011 单片机，主要控制功能包括：太阳能板电压采集；CUK 电路选通控制；蓄电池电压采集；卸荷电路控制；LED 灯头控制；RS485 通信；GSM模块发送短信控制；路灯开关控制；工作模式控制等。主机原理图如图2、图3 和图4 所示，其中图2 为主控芯片DSPIC30F3011 的原理图。图3 所示为电压采样电路和CUK 电路，由于太阳能板电压和电池电压都在0～35 V 变化，而单片机的A/D 输入电压范围为0～5 V，所以对采样电压进行分压处理后传送给单片机的A/D 转换通道，CUK 电路用于调节太阳能板的最大输出功率点，其选通开关通过单片机PWM3 输出控制。

图2 DSPIC30F3011 原理