一種基於STM32的高效率太陽能LED路燈控制系統的製作方法

2023-05-28 14:41:11

本實用新型涉及一種基於STM32的高效率太陽能LED路燈控制系統。

背景技術：

目前市場上的太陽能路燈控制器基本上是採用軟體算法進行MPPT控制，效率有待進一步提高，且功能比較單一。

技術實現要素：

本實用新型的首要目的在於提供一種基於STM32的高效率太陽能LED路燈控制系統，為實現上述目的本實用新型的具體方案如下：

一種基於STM32的高效率太陽能LED路燈控制系統，包括太陽能電池板、防反接模塊、MPPT充電控制模塊、太陽能電池、LED驅動模塊以及LED燈，還包括MCU控制模塊；所述太陽能電池板的輸出端通過所述防反接模塊與所述MPPT充電控制模塊電連接，作為所述MPPT充電控制模塊的輸入電壓，防止輸入的直流電以反極性輸入所述MPPT充電控制模塊，所述MPPT充電控制模塊的輸入經過濾波後，進入全橋升降壓拓撲，輸出需要的輸出電壓，進過濾波和保險絲後接至太陽能電池為其充電，且所述MPPT充電控制模塊的輸入電壓及輸出電壓分別經採樣電阻與所述MCU控制模塊電連接，由所述MCU控制模塊對輸入電壓及輸出電壓進行採樣，並輸出PWM信號對所述輸出電壓進行調整，為所述太陽能電池提供穩定的充電電壓；所述太陽能電池的輸出端經升壓拓撲後與所述LED驅動模塊電連接，由所述LED驅動模塊輸出驅動所述LED燈的驅動電壓，所述LED驅動模塊輸出段通過採樣模塊與所述MCU控制模塊電連接以對驅動電壓進行採樣，並通過一個電流採樣電阻設置驅動電流，經過模糊PID控制器，根據MCU提供的PWM信號，對升壓拓撲中的及與所述LED燈串聯的開關管進行開通和關斷，從而對LED燈的亮度進行調節，或對其進行關閉。

可選的，所述MCU控制模塊採用STM32F103C，還包括電源模塊、RTC實時時鐘、RS232模塊、RS485模塊、EEPROM模塊、藍牙模塊、LCD顯示模塊以及按鍵模塊；所述電源模塊為所述MCU控制模塊中的各種集成晶片提供供電電壓，輸入由所述MPPT充電控制模塊的輸出提供，通過配置DC/DC轉換晶片的反饋電阻得到5V的輸出，作為RS485晶片的工作電壓；5V輸出再經過線性穩壓器LM117得到3.3V的輸出，作為MCU、EEPROM模塊、RS232晶片和運放的供電電壓；所述RTC實時時鐘包括超級電容和晶振電路，在MCU掉電的情況下，MCU的VBAT引腳接超級電容，超級電容可作為RTC實時時鐘的電源輸入，保證RTC實時時鐘的正常工作，晶振電路為RTC實時時鐘提供精確的時間基準，可為時控功能提高精確的時間參考；所述RS232模塊、RS485模塊及藍牙模塊根據實際需要自由配置，提供與外界通信的不同方式；所述EEPROM模塊通過SCL、SDA兩根信號線與MCU進行I2C協議通訊，可進行讀寫操作，保存MCU採集到的數據；所述LCD顯示模塊是整個系統的顯示設備，可將需要的參數、工作狀態顯示。

可選的，所述MPPT充電控制模塊包括主控晶片，所述主控晶片採用LT8490，硬體自動MPPT控制，採用CCCV充電模式，通過輸入輸出反饋自動切換升降壓模式。

可選的，所述防反接模塊採用具有反向輸入保護功能的理想二極體控制器LT4359。

可選的，所述LED驅動模塊採用LT3756，BOOST拓撲，通過控制PWM的佔空比達到調節LED亮度的目的。

可選的，還包括tlv274高精度運放，將輸入電壓、輸出電壓、驅動電流、驅動電流、LED電壓、LED電流、電池溫度、電池壓力信號轉換為可輸入MCU中A/D模塊的電壓信號。

本實用新型充電控制晶片採用LT8490，實現自動對太陽能電池板最大功率點的跟蹤，即MPPT；根據輸入輸出反饋實現自動升降壓；MCU採用STM32，亮度調節採用模糊PID控制算法，具有數據採集存儲、多種通信方式選擇、RTC實時時鐘、PIR控制、LCD顯示功能。本實用新型結合LT8490和STM32各自的優點，提高了太陽能路燈的效率，擴展了太陽能路燈的功能。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本實用新型的不當限定，在附圖中：

圖1為本實用新型實施例系統框圖；

圖2為本實用新型實施例模糊PID控制器的設定值曲線；

圖3為本實用新型實施例模糊PID控制器的框圖。

具體實施方式

下面將結合附圖以及具體實施例來詳細說明本實用新型，在此本實用新型的示意性實施例以及說明用來解釋本實用新型，但並不作為對本實用新型的限定；

實施例

如圖1所示，一種基於STM32的高效率太陽能LED路燈控制系統，包括太陽能電池板、防反接模塊、MPPT充電控制模塊、太陽能電池、LED驅動模塊以及LED燈，還包括MCU控制模塊；所述太陽能電池板的輸出端通過所述防反接模塊與所述MPPT充電控制模塊電連接，作為所述MPPT充電控制模塊的輸入電壓，防止輸入的直流電以反極性輸入所述MPPT充電控制模塊，所述MPPT充電控制模塊的輸入經過濾波後，進入全橋升降壓拓撲，輸出需要的輸出電壓，進過濾波和保險絲後接至太陽能電池為其充電，且所述MPPT充電控制模塊的輸入電壓及輸出電壓分別經採樣電阻與所述MCU控制模塊電連接，由所述MCU控制模塊對輸入電壓及輸出電壓進行採樣，並輸出PWM信號對所述輸出電壓進行調整，為所述太陽能電池提供穩定的充電電壓；所述太陽能電池的輸出端經升壓拓撲後與所述LED驅動模塊電連接，由所述LED驅動模塊輸出驅動所述LED燈的驅動電壓，所述LED驅動模塊輸出段通過採樣模塊與所述MCU控制模塊電連接以對驅動電壓進行採樣，並通過一個電流採樣電阻設置驅動電流，經過模糊PID控制器，根據MCU提供的PWM信號，對升壓拓撲中的及與所述LED燈串聯的開關管進行開通和關斷，從而對LED燈的亮度進行調節，或對其進行關閉。

本實施例方案中，所述MCU控制模塊採用STM32F103C，還包括電源模塊、RTC實時時鐘、RS232模塊、RS485模塊、EEPROM模塊、藍牙模塊、LCD顯示模塊以及按鍵模塊；所述電源模塊為所述MCU控制模塊中的各種集成晶片提供供電電壓，輸入由所述MPPT充電控制模塊的輸出提供，通過配置DC/DC轉換晶片的反饋電阻得到5V的輸出，作為RS485晶片的工作電壓；5V輸出再經過線性穩壓器LM117得到3.3V的輸出，作為MCU、EEPROM模塊、RS232晶片和運放的供電電壓；所述RTC實時時鐘包括超級電容和晶振電路，在MCU掉電的情況下，MCU的VBAT引腳接超級電容，超級電容可作為RTC實時時鐘的電源輸入，保證RTC實時時鐘的正常工作，晶振電路為RTC實時時鐘提供精確的時間基準，可為時控功能提高精確的時間參考；所述RS232模塊、RS485模塊及藍牙模塊根據實際需要自由配置，提供與外界通信的不同方式；所述EEPROM模塊通過SCL、SDA兩根信號線與MCU進行I2C協議通訊，可進行讀寫操作，保存MCU採集到的數據；所述LCD顯示模塊是整個系統的顯示設備，可將需要的參數、工作狀態顯示，按鍵選擇控制模式，包括時控、光控或PIR來控制路燈開關。

本實施例方案中，所述MPPT充電控制模塊包括主控晶片，所述主控晶片採用LT8490，硬體自動MPPT控制，採用CCCV充電模式，通過輸入輸出反饋自動切換升降壓模式。

本實施例方案中，所述防反接模塊採用具有反向輸入保護功能的理想二極體控制器LT4359。

本實施例方案中，所述LED驅動模塊採用LT3756，BOOST拓撲，通過控制PWM的佔空比達到調節LED亮度的目的。

本實施例方案中，還包括tlv274高精度運放，將輸入電壓、輸出電壓、驅動電流、驅動電流、LED電壓、LED電流、電池溫度、電池壓力信號轉換為可輸入MCU中A/D模塊的電壓信號。

本實用新型實施例中，將採樣得到的LED電流信號經過A/D轉換後，與設定值進行比較，得到偏差及偏差的變化率，送入模糊PID控制器，控制器接收到該數位訊號後，對該信號進行模糊化處理，按照模糊規則得到輸出模糊量，對模糊量進行解模糊即可得到精確的P、I、D三個控制參數；PID控制算法採用增量式PID算法；從而得到新的PWM輸出信號，調節LED亮度。設定值根據時段的不同而設置成不同量，以實現節能的目的，其調節曲線如圖2；模糊PID控制器框圖如圖3所示。

以上對本實用新型實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用於幫助理解本實用新型實施例的原理；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型實施例，在具體實施方式以及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。