太阳能智能草坪灯的设计摘要：本文研究了一款基于太阳能发电技术与模糊控制算法的太阳能草坪灯控制系统，阐述了系统的工作原理并详细介绍了系统的硬件结构与软件设计此系统采用太阳能电池作为能源，利用传感器采集周围环境信息，单片机通过模糊算法分析环境信息控制草坪灯的开闭以及亮度调节。主要讨论了太阳能充电部分的管理电路原理与系统决策中的模糊控制算法。为太阳能草坪灯的设计提供了一种新方案，同时为路灯控制系统提供了思路。关键词：太阳能；电源管理；模糊控制；草坪灯中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1674-098X(2015)05(a)-0000-00引言草坪灯被广泛应用于城市中的公共场所，起到照明、装饰的作用。传统草坪灯主要分两种，一种是通过晶闸管斩波来降低输出电压平均值调节灯的亮度，但输出电压不再是正弦波且伴随有大量谐波，不能用在有电容补偿的电路；另一种是调节自耦变压器抽头，不适合用于频繁切换且伴有“闪断”现象。本设计利用太阳能光伏电池和发光二极管同为直流电、电压低，并且能相互匹配的优势，采用光伏发电技术把太阳能转换为电能驱动LED照明，且太阳能草坪灯环保无污染、使用寿命长、无需架设专门线路，安装方便。1.系统总体设计系统由电源部分、控制部分和光源部分构成。其中电源部分由太阳能电池板、电源管理模块及锂电池构成电池板将太阳的光能转换为电能，送往锂电池中储存起来，用以推动负载工作。电源管理模块可控制锂电池充电电流。控制部分由单片机、传感器组成，通过对光信号的采集和判断控制光源部分的开、关。系统框图如图1-1所示2.系统硬件设计2.1太阳能电源部分锂电池是系统中必不可少的电能存储器件，其充放电程度会影响电池寿命。而太阳能电池板的电压受光照影响，光照强时电压高，光照弱时电压低。因而为提高电源稳定性与可靠性需要对锂电池的充放电进行管理。[1、2]CN3063是专门为太阳能电池板等输出电流能力有限的输入电压源对锂电池进行充电管理的芯片。芯片根据输入电压源电流输出能力自动调整充电电流，达到弱光小电流充电目的。保证合理稳定的充电电压和小电流充电，防止出现过冲过放现象。充电过程如图2-1，电路图如图2-2所示。2.2控制系统硬件设计在本系统中，各模块都需要单片机做为控制器。单片机负责接收光照检测模块发出的数据，对数据进行处理、判断做出决策，决定是否开启草坪灯。所选用的单片机是MSP430G2553,电源电压3V，待机电流小于luV，活动模式耗电250UA/MIPS。是一种低压、超低功耗、高性能CM0S16位单片机。支持在线编程，可基本满足编写程序的需要；集成度高、体积小、可靠性强，具有极高的性价比；内部自带的16位AD和DMA进行数据的采集和传输，使太阳能草坪灯系统具有更高的性价比。3.控制系统软件设计3.1数字滤波数字滤波就是通过一定的算法利用程序从干扰信号中提取有用信号，因此数字滤波实际上是一种程序滤波数字滤波不需要增加额外设备、可靠性高、便于集成且使用起来方便灵活［3］。当采样信号由于随机干扰而引起信号失真时，可采用程序判断滤波。程序判断滤波算法是根据经验，确定出两次两次采样值可能出现的最大偏差，如果偏差值超过此差值，则表明该采样值是干扰信号，用上次值代替本次值。其算法为：其中Yn为第n次采样；为两次采样值可能出现的最大偏差，其大小取决于采样周期和Y值变化范匚.由具体情况决定。此算法关键是值选取，值太大，干扰无法滤除，值太小，有用信号也会被部分滤除。算数平均滤波法是在连续采样n次后把采样的算术平均值作为本次采样值。式中Y为滤波输出，Xi为第i次采样值。此方法可使信号平滑，n应根据系统具体情况选取。算术平均滤波对周期性干扰消除效果良好，对脉冲性干扰抑制效果不好。算法算式为对于变化较慢的光照信号采用程序判断滤波方法，而由于红外信号变化较快，采用算术平均滤波方法以满足系统要求。3.2模糊控制决策要执行模糊控制，在单片机中就必须以一定的算法来实现，这些模糊控制算法的目的是在非线性系统中通过模糊推理，实现相应的精确控制值。模糊算法有多种实现方式，常用的方法有关系矩阵法、查表法、解析公式法、强度转移法和后建函数法等。实际...