一種新型光伏照明系統(tǒng)控制器
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上傳人：admin 上傳時(shí)間： 2007-02-08 瀏覽次數(shù)： 316 |
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能照明系統(tǒng)；控制器；蓄電池；無(wú)線收發(fā)模塊
引言
太陽(yáng)能作為一種新興的綠色能源，以其取之不竭、無(wú)污染、不受地域資源限制等優(yōu)點(diǎn)，受到人們?cè)絹?lái)越多的重視［1］。在我國(guó)，光伏產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用推廣在短期內(nèi)還難以實(shí)現(xiàn)，但小型的太陽(yáng)能應(yīng)用系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展。近年來(lái)，太陽(yáng)能路燈、庭院燈、草坪燈的市場(chǎng)發(fā)展很快，尤其在偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)，太陽(yáng)能照明系統(tǒng)有廣泛的應(yīng)用前景。
太陽(yáng)能照明系統(tǒng)通常由太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、控制器、照明燈具及支架組成。其中控制器是整個(gè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，它直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的功能和可靠性。在現(xiàn)有的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)中，普遍存在不能有效地判斷蓄電池的充電狀態(tài)和太陽(yáng)能路燈控制器在大面積使用時(shí)啟動(dòng)時(shí)差較大的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出了一種新型的太陽(yáng)能智能控制器。
此新型控制器采用優(yōu)化的設(shè)計(jì)來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。該控制器除了具有一般控制器的保護(hù)和控制功能外，還采用了一種新的檢測(cè)蓄電池充電狀態(tài)的方法——離線式檢測(cè)法，即采用更能反映蓄電池充電狀態(tài)的開(kāi)路電壓作為切換充電方法的標(biāo)準(zhǔn)。另外在光控系統(tǒng)中，無(wú)論是將光敏電阻還是太陽(yáng)能板的光電流作為光控信號(hào)，都會(huì)因太陽(yáng)能電池或所處環(huán)境的不同而帶來(lái)啟停誤差，為此增加了基于PTR2000的無(wú)線收發(fā)模塊，來(lái)解決控制器大面積使用時(shí)的啟動(dòng)時(shí)差問(wèn)題?；趩纹瑱C(jī)的能量管理電路，通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)能電池和蓄電池的電壓，并根據(jù)光敏元件和定時(shí)器的狀態(tài)來(lái)確定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
1、系統(tǒng)組成及功能
采用此新型控制器的太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池、控制器、燈具及其支架組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
太陽(yáng)能電池作為系統(tǒng)的輸入，為整個(gè)系統(tǒng)提供電能，其光電流作為光控電路中的光敏傳感器。蓄電池是系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件，白天將太陽(yáng)能電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，晚上再轉(zhuǎn)化為電能輸出到負(fù)載。照明元件一般選取壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高的節(jié)能燈。
系統(tǒng)的各個(gè)部分容量的選取要互相配合，要同時(shí)考慮到成本、效率、可靠性等。在整個(gè)系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池是最昂貴的部分，它的容量直接影響到系統(tǒng)的成本。而蓄電池價(jià)格相對(duì)而言比較低廉，因此可以適當(dāng)選取較大容量的蓄電池。
本系統(tǒng)中采用兩組蓄電池，主要出于以下的3點(diǎn)考慮:
(1) 充分利用太陽(yáng)能電池所提供的能量；
(2）與負(fù)載的配合要充分考慮到連續(xù)陰雨天的情況，留出一定的容量裕度；
(3）配合控制器的離線式輪換檢測(cè)法，使蓄電池充電狀態(tài)的檢測(cè)更為準(zhǔn)確有效；
系統(tǒng)的功能主要有：
(1）保護(hù)功能：蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)，充電溫度補(bǔ)償，太陽(yáng)能電池組件防反充（主回路中加入防反充二極管）、防熱斑效應(yīng)（太陽(yáng)能電池正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管），負(fù)載過(guò)流和短路保護(hù)等；
(2）控制功能：光控和時(shí)控編程開(kāi)/關(guān)，無(wú)線通信控制開(kāi)/關(guān)(多個(gè)控制器之間同步)；
(3）蓄電池充電狀態(tài)檢測(cè)。
系統(tǒng)的各個(gè)部分容量的選取要互相配合，要同時(shí)考慮到成本、效率、可靠性等。在整個(gè)系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池是最昂貴的部分，它的容量直接影響到系統(tǒng)的成本。而蓄電池價(jià)格相對(duì)而言比較低廉，因此可以適當(dāng)選取較大容量的蓄電池。
本系統(tǒng)中采用兩組蓄電池，主要出于以下的3點(diǎn)考慮:
(1) 充分利用太陽(yáng)能電池所提供的能量；
(2）與負(fù)載的配合要充分考慮到連續(xù)陰雨天的情況，留出一定的容量裕度；
(3）配合控制器的離線式輪換檢測(cè)法，使蓄電池充電狀態(tài)的檢測(cè)更為準(zhǔn)確有效；
系統(tǒng)的功能主要有：
(1）保護(hù)功能：蓄電池過(guò)充、過(guò)放保護(hù)，充電溫度補(bǔ)償，太陽(yáng)能電池組件防反充（主回路中加入防反充二極管）、防熱斑效應(yīng)（太陽(yáng)能電池正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管），負(fù)載過(guò)流和短路保護(hù)等；
(2）控制功能：光控和時(shí)控編程開(kāi)/關(guān)，無(wú)線通信控制開(kāi)/關(guān)(多個(gè)控制器之間同步)；
(3）蓄電池充電狀態(tài)檢測(cè)。
2、蓄電池充放電的控制策略
蓄電池的使用,最重要的是有效利用其充放電特性。有效、科學(xué)地使用蓄電池,不僅對(duì)提高其使用效率、延長(zhǎng)其使用壽命十分關(guān)鍵,同時(shí)也可以提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效 率。
2.1、蓄電池充電狀態(tài)的檢測(cè)
準(zhǔn)確判斷蓄電池的充電狀態(tài)是有效利用蓄電池的充放電特性和選擇適當(dāng)?shù)某潆姺椒ǖ那疤?。目前，絕大多數(shù)的太陽(yáng)能控制器采用的是在線檢測(cè)蓄電池的端電壓,并以此作為自動(dòng)切換充電方法的依據(jù)。但眾所周知,蓄電池的端電壓受到很多因素的影響，尤其在充電過(guò)程中，蓄電池的端電壓受到太陽(yáng)能電池端電壓的制約，不能準(zhǔn)確反映其荷電狀態(tài)。比如，當(dāng)系統(tǒng)所處溫度較高時(shí)，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象，即 “虛滿”，這樣就很難檢測(cè)出蓄電 池的準(zhǔn)確荷電狀態(tài)，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。為此提出了一種新的檢測(cè)方法——離線式檢測(cè)。在鉛酸蓄電池的理論中，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)可表示為［4］：
式中：E——電池電動(dòng)勢(shì)，V；
E0——所有反應(yīng)物的活度或壓力等于1時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，稱為標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì),V；
R——摩爾氣體常數(shù)；
T——溫度,K；
F——法拉第常數(shù)；
n——電化學(xué)反應(yīng)中的電子得失數(shù)目。
從(1)式可以看出，電動(dòng)勢(shì)與硫酸濃度有關(guān)，也就是與荷電狀態(tài)有關(guān)。而蓄電池的開(kāi)路電壓在數(shù)值上接近電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，蓄電池的穩(wěn)態(tài)開(kāi)路電壓與其荷電狀態(tài)有良好的線性關(guān)系。因此，由蓄電池的開(kāi)路電壓可以估算出其荷電狀態(tài)。
在充電過(guò)程中，蓄電池的端電壓不能準(zhǔn)確地反映蓄電池的充電狀態(tài)，但從充電回路斷開(kāi)后，蓄電池的端電壓會(huì)自動(dòng)回落，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后蓄電池端電壓能相對(duì)準(zhǔn)確地反映出蓄電池的充電狀態(tài)。由此可以在太陽(yáng)能照明系統(tǒng)中，由一個(gè)太陽(yáng)能電池對(duì)兩個(gè)蓄電池輪流充電，使每個(gè)蓄電池的端電壓在充電回路斷開(kāi)后都有一定的時(shí)間恢復(fù)正常，從而相對(duì)準(zhǔn)確地判定蓄電池的充電狀態(tài)，其簡(jiǎn)單的原理圖如圖2所示。
蓄電池的使用,最重要的是有效利用其充放電特性。有效、科學(xué)地使用蓄電池,不僅對(duì)提高其使用效率、延長(zhǎng)其使用壽命十分關(guān)鍵,同時(shí)也可以提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效 率。
2.1、蓄電池充電狀態(tài)的檢測(cè)
準(zhǔn)確判斷蓄電池的充電狀態(tài)是有效利用蓄電池的充放電特性和選擇適當(dāng)?shù)某潆姺椒ǖ那疤?。目前，絕大多數(shù)的太陽(yáng)能控制器采用的是在線檢測(cè)蓄電池的端電壓,并以此作為自動(dòng)切換充電方法的依據(jù)。但眾所周知,蓄電池的端電壓受到很多因素的影響，尤其在充電過(guò)程中，蓄電池的端電壓受到太陽(yáng)能電池端電壓的制約，不能準(zhǔn)確反映其荷電狀態(tài)。比如，當(dāng)系統(tǒng)所處溫度較高時(shí)，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象，即 “虛滿”，這樣就很難檢測(cè)出蓄電 池的準(zhǔn)確荷電狀態(tài)，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。為此提出了一種新的檢測(cè)方法——離線式檢測(cè)。在鉛酸蓄電池的理論中，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)可表示為［4］：
式中：E——電池電動(dòng)勢(shì)，V；
E0——所有反應(yīng)物的活度或壓力等于1時(shí)的電動(dòng)勢(shì)，稱為標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì),V；
R——摩爾氣體常數(shù)；
T——溫度,K；
F——法拉第常數(shù)；
n——電化學(xué)反應(yīng)中的電子得失數(shù)目。
從(1)式可以看出，電動(dòng)勢(shì)與硫酸濃度有關(guān)，也就是與荷電狀態(tài)有關(guān)。而蓄電池的開(kāi)路電壓在數(shù)值上接近電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，蓄電池的穩(wěn)態(tài)開(kāi)路電壓與其荷電狀態(tài)有良好的線性關(guān)系。因此，由蓄電池的開(kāi)路電壓可以估算出其荷電狀態(tài)。
在充電過(guò)程中，蓄電池的端電壓不能準(zhǔn)確地反映蓄電池的充電狀態(tài)，但從充電回路斷開(kāi)后，蓄電池的端電壓會(huì)自動(dòng)回落，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后蓄電池端電壓能相對(duì)準(zhǔn)確地反映出蓄電池的充電狀態(tài)。由此可以在太陽(yáng)能照明系統(tǒng)中，由一個(gè)太陽(yáng)能電池對(duì)兩個(gè)蓄電池輪流充電，使每個(gè)蓄電池的端電壓在充電回路斷開(kāi)后都有一定的時(shí)間恢復(fù)正常，從而相對(duì)準(zhǔn)確地判定蓄電池的充電狀態(tài)，其簡(jiǎn)單的原理圖如圖2所示。
其中太陽(yáng)能板的功率是40Wp。蓄電池組1和蓄電池組2采用容量為50Ah的12V鉛酸蓄電池, 以并聯(lián)的方式連接。
整個(gè)輪換檢測(cè)控制過(guò)程如下：
開(kāi)始時(shí)太陽(yáng)能電池同時(shí)對(duì)兩個(gè)蓄電池1、2充電（u1、k2閉合），并對(duì)它們的端電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。設(shè)定一個(gè)比過(guò)充電壓略低的次過(guò)充電壓值V1，當(dāng)蓄電池的端壓高于V1時(shí)，切斷其中一個(gè)蓄電池（如1)的充電回路，而對(duì)另一個(gè)蓄電池（如2）進(jìn)行浮充,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器。過(guò)了一段時(shí)間后，當(dāng)蓄電池1的端電壓下降到能相對(duì)準(zhǔn)確地反映 電池容量時(shí)，再對(duì)其開(kāi)路電壓進(jìn)行檢測(cè)。由其近似穩(wěn)態(tài)開(kāi)路電壓\$換算得出其充電狀態(tài)，若還未充滿，則可接通其充電回路，繼續(xù)充電；若已充滿，則控制其進(jìn)入浮充階段。當(dāng)定時(shí)器達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)并重新啟動(dòng)定時(shí)器，使蓄電池2的充電回路斷開(kāi)而對(duì)蓄電池1進(jìn)行浮充，對(duì)蓄電池2重復(fù)以上的操作，如此不斷循環(huán)。這樣，就能相對(duì)準(zhǔn)確地判斷蓄電池的充電狀態(tài)，并能有效地利用太陽(yáng)能電池提供的能源。
2.2、蓄電池的充電方法及自動(dòng)切換
對(duì)蓄電池而言，選擇合適的充電方法不僅有利于提高蓄電池的充電效率，而且還可以延長(zhǎng)其使用壽命。該智能控制器的充電電路采用了快充、過(guò)充、浮充3個(gè)階段的充電方法[2]：
1） 快充階段：充電電路的輸出等效于電流源。在充電過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)蓄電池的開(kāi)路端電壓，當(dāng)蓄電池的端電壓超過(guò)轉(zhuǎn)換門限電壓后，充電電路切換到過(guò)充階段。
2） 過(guò)充階段：在此階段，充電電路對(duì)蓄電池提供一個(gè)較高電壓，同時(shí)檢測(cè)蓄電池的充電電流，當(dāng)充電電流降低到轉(zhuǎn)換門限值時(shí)，認(rèn)為蓄電池已經(jīng)充滿，充電電路切換到浮充階段。
3） 浮充階段：該階段，充電電路為蓄電池提供一個(gè)精確的、帶有溫度補(bǔ)償?shù)母〕潆妷骸?BR> 充電電路可以根據(jù)蓄電池的狀態(tài)選取不同的充電方式進(jìn)行分階段充電。
整個(gè)輪換檢測(cè)控制過(guò)程如下：
開(kāi)始時(shí)太陽(yáng)能電池同時(shí)對(duì)兩個(gè)蓄電池1、2充電（u1、k2閉合），并對(duì)它們的端電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。設(shè)定一個(gè)比過(guò)充電壓略低的次過(guò)充電壓值V1，當(dāng)蓄電池的端壓高于V1時(shí)，切斷其中一個(gè)蓄電池（如1)的充電回路，而對(duì)另一個(gè)蓄電池（如2）進(jìn)行浮充,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器。過(guò)了一段時(shí)間后，當(dāng)蓄電池1的端電壓下降到能相對(duì)準(zhǔn)確地反映 電池容量時(shí)，再對(duì)其開(kāi)路電壓進(jìn)行檢測(cè)。由其近似穩(wěn)態(tài)開(kāi)路電壓\$換算得出其充電狀態(tài)，若還未充滿，則可接通其充電回路，繼續(xù)充電；若已充滿，則控制其進(jìn)入浮充階段。當(dāng)定時(shí)器達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)并重新啟動(dòng)定時(shí)器，使蓄電池2的充電回路斷開(kāi)而對(duì)蓄電池1進(jìn)行浮充，對(duì)蓄電池2重復(fù)以上的操作，如此不斷循環(huán)。這樣，就能相對(duì)準(zhǔn)確地判斷蓄電池的充電狀態(tài)，并能有效地利用太陽(yáng)能電池提供的能源。
2.2、蓄電池的充電方法及自動(dòng)切換
對(duì)蓄電池而言，選擇合適的充電方法不僅有利于提高蓄電池的充電效率，而且還可以延長(zhǎng)其使用壽命。該智能控制器的充電電路采用了快充、過(guò)充、浮充3個(gè)階段的充電方法[2]：
1） 快充階段：充電電路的輸出等效于電流源。在充電過(guò)程中，通過(guò)檢測(cè)電路監(jiān)測(cè)蓄電池的開(kāi)路端電壓，當(dāng)蓄電池的端電壓超過(guò)轉(zhuǎn)換門限電壓后，充電電路切換到過(guò)充階段。
2） 過(guò)充階段：在此階段，充電電路對(duì)蓄電池提供一個(gè)較高電壓，同時(shí)檢測(cè)蓄電池的充電電流，當(dāng)充電電流降低到轉(zhuǎn)換門限值時(shí)，認(rèn)為蓄電池已經(jīng)充滿，充電電路切換到浮充階段。
3） 浮充階段：該階段，充電電路為蓄電池提供一個(gè)精確的、帶有溫度補(bǔ)償?shù)母〕潆妷骸?BR> 充電電路可以根據(jù)蓄電池的狀態(tài)選取不同的充電方式進(jìn)行分階段充電。
3、負(fù)載啟?？刂萍岸鄠€(gè)控制器的啟停協(xié)調(diào)
為提高整個(gè)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的自動(dòng)化程度及可靠性，并解決控制器大面積使用時(shí)的啟停時(shí)差問(wèn)題，此系統(tǒng)中采用了主從控制的方式。主控制器采用光控和時(shí)控相結(jié)合的啟?？刂品绞剑瑥目刂破鲃t是根據(jù)主控制器中無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM發(fā)出的啟停信號(hào)來(lái)動(dòng)作，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的啟停一致。
3.1、負(fù)載啟停的控制策略
主控制器光控和時(shí)控相結(jié)合的方式。在一定范圍內(nèi)太陽(yáng)能電池的短路電流與光強(qiáng)成正比，太陽(yáng)能電池的光電流隨光線強(qiáng)弱的變化很靈敏，可以直接作為光敏傳感器。光控可以自動(dòng)控制光源，不存在天未黑就工作和天已黑光源還不工作的情況，但若只采用光控會(huì)造成放電 時(shí)間長(zhǎng)，光源整夜工作，可能造成蓄電池充電不足的問(wèn)題。加上時(shí)控則可以準(zhǔn)確控制光源啟動(dòng)和停止的時(shí)間。
主控制器采用的控制流程是：光控開(kāi)→時(shí)控關(guān)→時(shí)控開(kāi)→光控關(guān)。即天黑時(shí)由光控電路啟動(dòng)光源（路燈）開(kāi)始工作，同時(shí)計(jì)時(shí)電路開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后由時(shí)控電路控制光源（路燈）關(guān)閉，同時(shí)計(jì)時(shí)電路重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，再由時(shí)控電 路啟動(dòng)光源（路燈）開(kāi)始工作，直到天亮?xí)r由光控電路控制光源關(guān)閉。也就是在上半夜和凌晨啟動(dòng)照明，而在夜間人員活動(dòng)較少時(shí)關(guān)閉照明，這樣就可以有效地節(jié)省能源。
3.2、多個(gè)控制器之間的啟停一致性控制
太陽(yáng)能路燈控制器在大面積使用時(shí)存在啟動(dòng)時(shí)差較大的問(wèn)題，因太陽(yáng)能電池組件的特性不同，加上環(huán)境光線的干擾等因素，誤差有時(shí)高達(dá)十幾甚至幾十分鐘。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，此新型控制器 加上了基于PTR2000的無(wú)線收發(fā)模塊，來(lái)解決整個(gè)照明系統(tǒng)的啟停一致性問(wèn)題。
3.2.1PTR2000簡(jiǎn)介
PTR2000是一種超小型、低功耗、高速率的無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM，其工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHz,FSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，采用DDS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性很好；可以和單片機(jī)的串口或I/O口直接連接。PTR2000的DI接單片機(jī)的I/O口的發(fā)送，DO接單片機(jī)的I/O口接收。TXEN是發(fā)射接受控制端，TXEN＝1時(shí)模塊為發(fā)射狀態(tài)，TXEN＝0時(shí)為接受狀態(tài)。PWR為節(jié)能控制端，PWR=1正常工作狀態(tài)，PWR＝0待機(jī)微功耗狀態(tài)（此時(shí)不能接收、發(fā)射數(shù)據(jù)）。CS為頻道選擇，CS=0選擇工作頻道1，即43392MHz；CS=1選擇工作頻道2，即434.33MHz。直接用單片機(jī)的I/O口控制模塊的發(fā)射控制、頻道轉(zhuǎn)換和低功耗模式[3]。其硬件連接如圖3。
為提高整個(gè)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的自動(dòng)化程度及可靠性，并解決控制器大面積使用時(shí)的啟停時(shí)差問(wèn)題，此系統(tǒng)中采用了主從控制的方式。主控制器采用光控和時(shí)控相結(jié)合的啟?？刂品绞剑瑥目刂破鲃t是根據(jù)主控制器中無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM發(fā)出的啟停信號(hào)來(lái)動(dòng)作，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的啟停一致。
3.1、負(fù)載啟停的控制策略
主控制器光控和時(shí)控相結(jié)合的方式。在一定范圍內(nèi)太陽(yáng)能電池的短路電流與光強(qiáng)成正比，太陽(yáng)能電池的光電流隨光線強(qiáng)弱的變化很靈敏，可以直接作為光敏傳感器。光控可以自動(dòng)控制光源，不存在天未黑就工作和天已黑光源還不工作的情況，但若只采用光控會(huì)造成放電 時(shí)間長(zhǎng)，光源整夜工作，可能造成蓄電池充電不足的問(wèn)題。加上時(shí)控則可以準(zhǔn)確控制光源啟動(dòng)和停止的時(shí)間。
主控制器采用的控制流程是：光控開(kāi)→時(shí)控關(guān)→時(shí)控開(kāi)→光控關(guān)。即天黑時(shí)由光控電路啟動(dòng)光源（路燈）開(kāi)始工作，同時(shí)計(jì)時(shí)電路開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后由時(shí)控電路控制光源（路燈）關(guān)閉，同時(shí)計(jì)時(shí)電路重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，再由時(shí)控電 路啟動(dòng)光源（路燈）開(kāi)始工作，直到天亮?xí)r由光控電路控制光源關(guān)閉。也就是在上半夜和凌晨啟動(dòng)照明，而在夜間人員活動(dòng)較少時(shí)關(guān)閉照明，這樣就可以有效地節(jié)省能源。
3.2、多個(gè)控制器之間的啟停一致性控制
太陽(yáng)能路燈控制器在大面積使用時(shí)存在啟動(dòng)時(shí)差較大的問(wèn)題，因太陽(yáng)能電池組件的特性不同，加上環(huán)境光線的干擾等因素，誤差有時(shí)高達(dá)十幾甚至幾十分鐘。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，此新型控制器 加上了基于PTR2000的無(wú)線收發(fā)模塊，來(lái)解決整個(gè)照明系統(tǒng)的啟停一致性問(wèn)題。
3.2.1PTR2000簡(jiǎn)介
PTR2000是一種超小型、低功耗、高速率的無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM，其工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHz,FSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，采用DDS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性很好；可以和單片機(jī)的串口或I/O口直接連接。PTR2000的DI接單片機(jī)的I/O口的發(fā)送，DO接單片機(jī)的I/O口接收。TXEN是發(fā)射接受控制端，TXEN＝1時(shí)模塊為發(fā)射狀態(tài)，TXEN＝0時(shí)為接受狀態(tài)。PWR為節(jié)能控制端，PWR=1正常工作狀態(tài)，PWR＝0待機(jī)微功耗狀態(tài)（此時(shí)不能接收、發(fā)射數(shù)據(jù)）。CS為頻道選擇，CS=0選擇工作頻道1，即43392MHz；CS=1選擇工作頻道2，即434.33MHz。直接用單片機(jī)的I/O口控制模塊的發(fā)射控制、頻道轉(zhuǎn)換和低功耗模式[3]。其硬件連接如圖3。
傳送數(shù)據(jù)之前需將模塊置于發(fā)射模式，TXEN=1,至少5ms之后可以發(fā)送任意長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，發(fā)送結(jié)束之后將模塊置于接收狀態(tài)，TXEN=0。
3.2.2數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
測(cè)試和試驗(yàn)結(jié)果表明，0xFF后跟0x00在噪聲中不容易發(fā)生。因此，發(fā)送協(xié)議的開(kāi)始應(yīng)該以一個(gè)任意內(nèi)容的字節(jié)（這是因?yàn)榈谝粋€(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)容易丟失），然后是0xFF后跟0x00；接收協(xié)議規(guī)定只接收以0xFF后跟00X0開(kāi)始的包。
錯(cuò)誤糾正：可以采用一種適合于許多無(wú)線數(shù)傳的前向錯(cuò)誤糾正方法。數(shù)據(jù)在包中復(fù)制兩次（總共3份），在接收端，第一個(gè)拷貝進(jìn)行檢錯(cuò)，如果有錯(cuò)，剩下的兩個(gè)備份用來(lái)改正錯(cuò)誤。改正是通過(guò)比較三個(gè)備份數(shù)據(jù)中的每位，如果兩位或更多位是0，則正確位應(yīng)為0。如：
一旦經(jīng)改正，它們將重新送到檢驗(yàn)步驟認(rèn)證它是否有效，如果不是，數(shù)據(jù)沒(méi)有改正，否則數(shù)據(jù)可用。
簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將傳送數(shù)據(jù)集中在一個(gè)包中，如下所示：
[頭1][頭2][包類型][數(shù)據(jù)0][數(shù)據(jù)1]...[數(shù)據(jù)n][校驗(yàn)]
頭1是0xFF，頭2是0x00。包類型是指?jìng)魉桶念愋?，在目前的協(xié)議中，它包含兩種類型：正確和不正確。正確的包含有三個(gè)拷貝，不正確的只有一個(gè)拷貝。不正確包需要較少的開(kāi)銷，但不可靠。
錯(cuò)誤檢測(cè)可以通過(guò)8位檢驗(yàn)和來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)接收機(jī)接收到頭時(shí)，接收端決定包的類型，并將其送入接收緩沖器進(jìn)行檢驗(yàn)，如果數(shù)據(jù)錯(cuò)誤且為正確包，則進(jìn)行改正。
3.2.3多個(gè)控制器之間的啟?？刂撇呗?BR> 方案一：采用如圖（4）所示的主分站模式。在無(wú)線數(shù)傳MODEM的有效距離內(nèi)，設(shè)置一個(gè)主站，別的設(shè)為分站，采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式，即一個(gè)主控制器周圍有幾個(gè)從控制器。主控制器發(fā)出啟?？刂菩盘?hào)，這樣就可以使這幾個(gè)從控制器的啟停基本一致。如果超出有效控制距離，可以再設(shè)置一個(gè)主控制器。
方案二：采用級(jí)傳（接力）方式，即一個(gè)為主控制器，相鄰的為從控制器（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方式）。再由從控制器發(fā)射啟?？刂菩盘?hào)來(lái)控制下一個(gè)控制器，以此來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)控制器的啟停，實(shí)現(xiàn)啟停一致。
用以上方法來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)照明系統(tǒng)負(fù)載啟停的自動(dòng)控制和各個(gè)控制器之間的通信協(xié)調(diào)。
3.2.2數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
測(cè)試和試驗(yàn)結(jié)果表明，0xFF后跟0x00在噪聲中不容易發(fā)生。因此，發(fā)送協(xié)議的開(kāi)始應(yīng)該以一個(gè)任意內(nèi)容的字節(jié)（這是因?yàn)榈谝粋€(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)容易丟失），然后是0xFF后跟0x00；接收協(xié)議規(guī)定只接收以0xFF后跟00X0開(kāi)始的包。
錯(cuò)誤糾正：可以采用一種適合于許多無(wú)線數(shù)傳的前向錯(cuò)誤糾正方法。數(shù)據(jù)在包中復(fù)制兩次（總共3份），在接收端，第一個(gè)拷貝進(jìn)行檢錯(cuò)，如果有錯(cuò)，剩下的兩個(gè)備份用來(lái)改正錯(cuò)誤。改正是通過(guò)比較三個(gè)備份數(shù)據(jù)中的每位，如果兩位或更多位是0，則正確位應(yīng)為0。如：
一旦經(jīng)改正，它們將重新送到檢驗(yàn)步驟認(rèn)證它是否有效，如果不是，數(shù)據(jù)沒(méi)有改正，否則數(shù)據(jù)可用。
簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將傳送數(shù)據(jù)集中在一個(gè)包中，如下所示：
[頭1][頭2][包類型][數(shù)據(jù)0][數(shù)據(jù)1]...[數(shù)據(jù)n][校驗(yàn)]
頭1是0xFF，頭2是0x00。包類型是指?jìng)魉桶念愋?，在目前的協(xié)議中，它包含兩種類型：正確和不正確。正確的包含有三個(gè)拷貝，不正確的只有一個(gè)拷貝。不正確包需要較少的開(kāi)銷，但不可靠。
錯(cuò)誤檢測(cè)可以通過(guò)8位檢驗(yàn)和來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)接收機(jī)接收到頭時(shí)，接收端決定包的類型，并將其送入接收緩沖器進(jìn)行檢驗(yàn)，如果數(shù)據(jù)錯(cuò)誤且為正確包，則進(jìn)行改正。
3.2.3多個(gè)控制器之間的啟?？刂撇呗?BR> 方案一：采用如圖（4）所示的主分站模式。在無(wú)線數(shù)傳MODEM的有效距離內(nèi)，設(shè)置一個(gè)主站，別的設(shè)為分站，采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式，即一個(gè)主控制器周圍有幾個(gè)從控制器。主控制器發(fā)出啟?？刂菩盘?hào)，這樣就可以使這幾個(gè)從控制器的啟停基本一致。如果超出有效控制距離，可以再設(shè)置一個(gè)主控制器。
方案二：采用級(jí)傳（接力）方式，即一個(gè)為主控制器，相鄰的為從控制器（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方式）。再由從控制器發(fā)射啟?？刂菩盘?hào)來(lái)控制下一個(gè)控制器，以此來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)控制器的啟停，實(shí)現(xiàn)啟停一致。
用以上方法來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)照明系統(tǒng)負(fù)載啟停的自動(dòng)控制和各個(gè)控制器之間的通信協(xié)調(diào)。
4、結(jié)論
本文介紹了一種新穎的應(yīng)用于太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的智能控制器。該控制器基于單片機(jī)89C2051和無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM(PTR2000)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行。除了具有一般控制器的功能外，該控制器采用了離線式檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài)，使其能更準(zhǔn)確地指導(dǎo)充電方法的自動(dòng)切換。采用無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM則解決了大面積使用控制器時(shí)的啟停時(shí)差問(wèn)題。試驗(yàn)和運(yùn)行結(jié)果表明，應(yīng)用此控制器的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效，具有廣闊的應(yīng)用前景。
本文介紹了一種新穎的應(yīng)用于太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的智能控制器。該控制器基于單片機(jī)89C2051和無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM(PTR2000)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行。除了具有一般控制器的功能外，該控制器采用了離線式檢測(cè)法來(lái)檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài)，使其能更準(zhǔn)確地指導(dǎo)充電方法的自動(dòng)切換。采用無(wú)線收發(fā)數(shù)傳MODEM則解決了大面積使用控制器時(shí)的啟停時(shí)差問(wèn)題。試驗(yàn)和運(yùn)行結(jié)果表明，應(yīng)用此控制器的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、高效，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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