基于STM32 MCU的太阳能：LED街灯解决方案

表1: MCU外设分配。
控制器辅助电源直接从蓄电池变换而来，蓄电池输入通过线性电源（L78L12）得到12V，供给逻辑电路和PWM开关信号放大；3.3V通过12V接开关电源（L5970D）而来，主要给MCU和周边电路供电，之所以用开关电源是为了提高转换效率（减少蓄电池耗电）以及在以后扩展系统时可以提供足够负载，当然，为了减少成本，完全可以用线性电源来实现。
控制器主要功能
控制器的主要功能包括两个方面：蓄电池充电以及蓄电池给LED供电。
1.蓄电池充电
当系统检测到环境光充足，控制器就会进入充电模式。蓄电池充电有两个比较重要的电压值：深度放电电压和浮充充电电压。前者代表在正常使用情况下蓄电池电能被用完的状态，而后者则代表蓄电池充电的最高限制电压，这些参数应该从蓄电池产品手册上可以查到。在设计电路中针对12V蓄电池，分别设置深度放电电压为11V和浮充充电电压为13.8V（皆为在室温条件下的电压值，软件中这两个值增加了相应的温度补偿），具体充电模式如表2所示。

表2: 蓄电池充电模式
从表2中可以看到涓流充电模式和恒流充电模式会用到MPPT算法，MPPT算法有很多种方式可以实现，业界有不少的论文对此进行了探讨，总的来说各有优劣，设计电路中采用相对简单的扰动观察法来实现（Perturbance andObservation）。这个控制方法的基本思想是通过增大或者减少充电电路开关信号PWMCHG占空比，然后观察输出功率是变大还是变小，以此来决定下一步是增大还是减少占空比。由于太阳能板的输出变化相对比较缓慢，而且是单极点，所以这种方式还是能收到比较好的效果。

2.蓄电池放电
当系统检测到周围环境光线不足时，就会进入蓄电池给LED供电模式。LED电流通过高位电流检测芯片（TSC101AILT）采样送回MCU，由MCU通过调整开关信号PWMDRV占空比来获得恒定输出电流。为了达到节能的目的，LED的恒定电流值会根据系统检测的环境光强度来调整：当环境光由亮变暗时，系统的输出电流也会相应从小到大；当环境光完全暗下来时，系统的输出电流也达到预设的最大值。除了由环境光控制LED的输出,用户还可以通过设定开关DIPl~4的状态来开启时间控制功能, 系统会根据DIP1~4的设定组合来控制LED从亮5分钟到12小时不等。

此外，为了提高系统的可靠性，设计电路添加了针对太阳能电池板、蓄电池和LED等一系列软硬件的保护功能。而基于此系统平台，还可以从添加智能发光二极管工作模式、增加通讯模块和采用风光互补系统三方面进一步优化系统性能。
本文结论
太阳能-LED路灯不仅能利用清洁免费的太阳能以及高效环保的LED给道路带来照明，而且同时可以减少温室气体排放，实现绿色照明的目的。本街灯系统已经在意法半导体大楼入口处成功实施，所有街灯系统都已运行半年，工作情况正常。随着太阳能板的价格进一步降低和LED性价比的提高，相信这个系统会得到越来越广泛的应用。