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太阳能草坪灯控制系统研究和设计 　　【摘要】设计了一款低功耗、高性能的以STM32为核心的太阳能草坪灯控制系统，阐述了系统的工作原理和软硬件电路设计。该系统具有防过充、防过放、自动开启和关闭草坪灯的功能。将光敏元件采集到的信号送到STM32，由STM32自带的ADC实现对输入信号多通道同步模数转换，根据光照强度控制照明电路。蓄电池是太阳能草坪灯的唯一电源，通过限定其两端的电压，防止过充、过放，有效地保护蓄电池，延长其使用寿命。 　　【关键词】STM32；草坪灯；ADC；蓄电池 　　1.引言 　　随着能源危机的日益加重，太阳能光伏发电技术得到人们的重视。太阳能草坪灯以无须架设电缆、安装方便、美化环境等优点而受到越来越多的重视。但是现有的太阳能控制系统成本高，效率低，严重的制约了太阳能在节能灯方面的发展。本文设计了一款新型太阳能控制系统，该系统采用STM32芯片对照明系统进行控制，防止过充、过放，根据光照情况及时开关灯。该控制器在实现了多样化的道路照明同时获得了最佳的节能效果。 　　2.太阳能草坪灯的系统结构 　　如图1所示：太阳能草坪灯实质上是一个小型独立光伏系统，主要有太阳能电池板、蓄电池、控制电路、照明电路等组成。其中控制系统STM32是整个系统的核心，负责数据的处理和控制工作，它的性能好坏关系到整个系统是否能够正常运行。 　　3.硬件系统的实现 　　3.1 STM32芯片简介 　　STM32F103系列是以ARMv7构架的嵌入式处理器，它是一款高性能、低功耗、低成本的芯片。它最高工作频率可达到72MHZ，具有512K字节的闪存和64K的SRAM。STM32的12位ADC为逐次逼近型模数转换器，各通道有单次、连续或扫描模式，转换的结果以左对齐或右对齐存储寄存器中。芯片内嵌2个12位的ADC，通道采样时间可编程，最快可达到1μs，每个ADC具有16个外部通道，具有转换速度快、精度高的优点。 　　3.2 控制电路 　　蓄电池是独立光伏系统必不可少电能存储器件，其放电深度和过充电程度都会影响蓄电池的寿命。蓄电池的放电深度随天气状况和季节的变化而变化。在天气晴朗或夏天时放电深度小，在天气阴沉或冬天放电深度大。为了提高蓄电池运行的稳定性和可靠性，系统对蓄电池充放电过程中的电压，当蓄电池充、放电到一定程度时，应停止对其充、放电。根据光敏电阻采集到的数据可以判定光照强度，从而可以控制开关段电路。数据采集控制如图2所示。 　　3.2.1 电压检测电路 　　在一种草坪灯的应用中选择了12V，4.5AH免维护蓄电池，蓄电池的正常应用10.8V～14.4V。设计为当电压低于10.8V或者高于14.4V时，控制电路关断蓄电池，防止过放、过充。利用电阻分压采样实时检测蓄电池电压，并经过低通滤波电路处理变换后，输入STM32的ADC通道，由STM32将模拟信号转换成数字信号，从而实现对充放电电路控制。 　　STM32的ADC输入范围是0～3.6V，将蓄电池最高电压定为14.4V，最低10.8V。当输入模拟电压低于阈值Umin或者高于阈值Umax时通过调整PWM脉冲控制三极管导通或关断从而控制电路的充放电。 　　3.2.2 温度检测 　　蓄电池的温度严重影响着其工作性能和使用寿命，蓄电池温度测量成为保护蓄电池的一种重要方法。蓄电池的容量随着温度的变化而变化，因此系统设计必须对蓄电池进行温度补偿控制。我们把采样温度参数与存储在STM32中的电压值进行比较，对蓄电池充、放电电压进行控制，从而保护蓄电池。 　　温度采集模块应用的是美国模拟器件公司生产的AD590，它的测温范围是-55℃～+150℃，它的电源电压范围是4-30V，可以承受4V正向电压和20V反向电压。AD590具有很高的精度，在其测温范围内它的非线性误差仅为±0.3℃。它产生的电流与温度成绝对正比，温度每增加1℃，输出电流增加1μA，具有很好的线形关系，足以满足本系统对温度检测的应用要求。 　　3.2.3 光控电路 　　该控制电路对数据精度要求不严格，我们可以利用光敏电阻在光照和非光照下其阻值的不同来实现。此电路采用GM5537光敏电阻，该电阻适合灵敏度高、精度要求不高的场合。在A/D转换中我们可以用STM32自带的ADC转换通道。 　　根据光敏电阻在不同的光照强度下的电阻值不同，可以实现白天光照强时自动熄灭、晚上光照弱时自动打开。为避免受到干扰，开关电路延时一分钟。 　　4.系统软件设计 　　该系统通过AD转换得到蓄电池的电压、温度参数，通过与STM32设定的阀值比较，当大于或者小于阀值时由芯片产生PWM脉冲来控制三极管的导通，从而控制蓄电池开通、关断，防止过充、过放，保护蓄电池，延长其使用寿命。该系统的软件设计主要包括：电压检测程序，光照检测程序，温度检测程序。 　　软件的控制程序主要包