1 概述
　　太阳能作为一种新兴可再生能源逐渐进入各个行业，特别是太阳能发电系统正处于蓬勃发展的阶段，很多煤炭科研院所、工厂企业目前大力研究如何将太阳能电池系统应用于传统的煤炭企业，然而由于技术、成本等诸多问题，太阳能路灯在国内的应用仍处于滞缓态势。

　　从长远来看，太阳能照明系统的前景广阔。太阳能照明在未来十年后将会普及，成为未来照明行业发展趋势。在能源紧张、拉闸限电的城市、工矿企业及用电困难的边远地区，有着很强的可推广性。

　　文章将介绍太阳能电池驱动新型LED 路灯系统应用于传统的煤炭进场路灯照明系统，达到新型能源与传统能源的完美结合。

　　该路灯照明系统以SPCE061A 单片机为控制核心，对太阳能路灯系统进行蓄电池充放电控制，驱动LED 路灯达到夜晚照明要求。

　　2 系统设计
　　太阳能路灯照明系统是以μA SPCE061A 单片机为控制核心的小型太阳能发电系统，主要由太阳能电池板、蓄电池、单片机、LED 驱动这4 部分构成，能够实现蓄电池充放电的实时监测，精确的A/D 采样保证了对蓄电池状况的及时响应，充分保证蓄电池的使用寿命，从而使系统长期、稳定的运行下去。系统中，单片机随时检测太阳能电池板电压，达到预定值时给蓄电池充电，电压不足时与蓄电池断开; 单片机同时检测蓄电池电压，保证不过充、过放。
　　
　　同时蓄电池供应单片机系统和LED 系统的电能。LED 由PT4115 芯片驱动，能够同时驱动30W LED 灯正常工作，能够达到预定的照度。正常的光照条件下，可以维持高达12h的夜晚照明。系统框图如图1 所示。

　　2. 1 控制芯片选择
　　SPCE061A 是性价比很高的一款十六位单片机，该芯片拥有8 路10 位精度的ADC，两路10 位精度的DAC。

　　SPCE061A 片内还集成了一个ICE( 在线仿真电路) 接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE 接口不占用芯片上的硬件资源，在集成开发环境( unSP IDE) 下用户可以利用它对芯片进行仿真; 而程序的下载( 烧写) 也是通过该接口进行下载。

　　2. 2 太阳能电池板功率确定
　　该系统中负载功率为30W，系统要求夜间工作12h，所需能量为360Wh。
　　以光照比较丰富区为例，根据光照参数，每天光照时间折合4. 5h，可计算得需要的电池板功率为5. 3W。

　　2. 3 储能系统
　　小型的独立光伏系统有用铅酸蓄电池的，也有用镍镉蓄电池的，但大中型的系统一般用铅酸蓄电池。因为在独立光伏系统中，由于太阳能电池的输出功率随太阳光照强度在变化，当夜间或阴雨天时太阳能电池的输入功率为0或很小不能满足负载的要求因此独立光伏系统需要一个储能装置，在光照强的时候，把多余的电能储存下来，供光照弱的时候使用。

　　对铅酸蓄电池的选择，主要考虑的是蓄电池的容量和工作电压。其中蓄电池的容量指的是在一定放电条件下蓄电池能连续提供的能量的总和，这个参数的选择主要与太阳能光伏系统的工作条件下的太阳辐射平均强度和需要连续供应负载电量的时间和功率有关; 工作电压是蓄电池接通负载放电时在负载上所呈现出来的电压，其大小主要决定于后面负载的额定工作电压值。

　　在此次太阳能光伏路灯系统的设计中，拟采用12V/30W 的LED 节能灯，因此所选择的蓄电池工作电压为12V。

　　蓄电池容量的计算以保证一次满幅值充电后可以维持连续三天阴雨天气的夜晚照明为标准，计算公式为:蓄电池容量= 负载日耗电量× 天数其中，负载日耗电量的计算为:负载日耗电量= 负载电流× 小时数

　　2. 4 灯具选型
　　目前，多数太阳能灯选用LED 作为光源，LED 寿命长，可以达到100000h 以上，而且工作电压低，非常适合应用在太阳能路灯系统上。特别是LED 技术己经实现了关键性的突破，其特性在过去的几年中有了很大地提高，性能价格比也有较大地突破。具有节能、长寿、显色性好、安全等优点。

　　因为LED 路灯的工作电压一般为12V 或24V，属安全电压，可以不做电气保护接地。但LED 路灯金属灯杆应做防雷接地，接地电阻不大于10Ω。至于灯杆及灯具外壳，灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。目前LED 路灯的标准一般是路面照度均匀度( uniformity of road surface illuminance) 的平均照度0. 48。光斑比值1: 2，符合道路照度。( 实际1 /2 中心光斑达到25LUX，1 /4 中心光强达到15LUX，16m 远的最低光强4LUX，重叠光强约6LUX) 。目前市场路灯透镜材料为改良光学材料，透过率≥93%，耐温- 38 ～ + 90℃，抗UV 紫外线黄化率30000h 无变化等特点。它在新型城市照明中有非常好的应用前景。对深度的调光，且颜色和其他特性不会因调光而变化。系统对路灯的功率要求是150W 高压钠灯照度要求，基于对上述LED 灯优点的介绍，并与常规灯源对比，LED 灯具有更光明的应用前景，同时，30W 的LED照明效果相当于150W 常规灯源的照明效果，出于对路灯实际应用及成本的考虑，系统设计的电路拟采用12V/30W的LED 灯，最后拟采用型号为GP - FH 的LED 作为该系统的路灯光源。

　　3 控制电路
　　3. 1 控制电路方案
　　该系统采用PWM( Pulse Width Modulation) 调制方法控制对蓄电池的充电的控制电路，开关器件采用MOS 管，控制电路具有温度补偿，过充、过放、负载短路、过载保护等功能，极大的延长蓄电池的使用寿命，保证整个路灯系统的正常工作。

　　3. 2 软件设计
　　软件设计部分主要是蓄电池状态的检测，根据电压状态决定对电路的控制方案。LCD 显示程序主要负责电流电压等一系列参数的显示工作。采用键盘控制LCD 的开关，以节约电能。键盘控制程序采用中断控制，保证外部操作对系统的准确控制。

　　由于SPCE061A 不能同时进行多路AD 转换，所以程序中采用分时的方法进行检测，利用有限的资源完成系统任务。根据电流参数采用Timer A 产生PWM 波对电流进行精确控制。在低电压时，通过IOB1 输出电平控制继电器通断，达到对输出电路的控制。