一种基于STM32的高效率太阳能LED路灯控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于STM32的高效率太阳能LED路灯控制系统。

背景技术：

目前市场上的太阳能路灯控制器基本上是采用软件算法进行MPPT控制，效率有待进一步提高，且功能比较单一。

技术实现要素：

本实用新型的首要目的在于提供一种基于STM32的高效率太阳能LED路灯控制系统，为实现上述目的本实用新型的具体方案如下：

一种基于STM32的高效率太阳能LED路灯控制系统，包括太阳能电池板、防反接模块、MPPT充电控制模块、太阳能电池、LED驱动模块以及LED灯，还包括MCU控制模块；所述太阳能电池板的输出端通过所述防反接模块与所述MPPT充电控制模块电连接，作为所述MPPT充电控制模块的输入电压，防止输入的直流电以反极性输入所述MPPT充电控制模块，所述MPPT充电控制模块的输入经过滤波后，进入全桥升降压拓扑，输出需要的输出电压，进过滤波和保险丝后接至太阳能电池为其充电，且所述MPPT充电控制模块的输入电压及输出电压分别经采样电阻与所述MCU控制模块电连接，由所述MCU控制模块对输入电压及输出电压进行采样，并输出PWM信号对所述输出电压进行调整，为所述太阳能电池提供稳定的充电电压；所述太阳能电池的输出端经升压拓扑后与所述LED驱动模块电连接，由所述LED驱动模块输出驱动所述LED灯的驱动电压，所述LED驱动模块输出段通过采样模块与所述MCU控制模块电连接以对驱动电压进行采样，并通过一个电流采样电阻设置驱动电流，经过模糊PID控制器，根据MCU提供的PWM信号，对升压拓扑中的及与所述LED灯串联的开关管进行开通和关断，从而对LED灯的亮度进行调节，或对其进行关闭。

可选的，所述MCU控制模块采用STM32F103C，还包括电源模块、RTC实时时钟、RS232模块、RS485模块、EEPROM模块、蓝牙模块、LCD显示模块以及按键模块；所述电源模块为所述MCU控制模块中的各种集成芯片提供供电电压，输入由所述MPPT充电控制模块的输出提供，通过配置DC/DC转换芯片的反馈电阻得到5V的输出，作为RS485芯片的工作电压；5V输出再经过线性稳压器LM117得到3.3V的输出，作为MCU、EEPROM模块、RS232芯片和运放的供电电压；所述RTC实时时钟包括超级电容和晶振电路，在MCU掉电的情况下，MCU的VBAT引脚接超级电容，超级电容可作为RTC实时时钟的电源输入，保证RTC实时时钟的正常工作，晶振电路为RTC实时时钟提供精确的时间基准，可为时控功能提高精确的时间参考；所述RS232模块、RS485模块及蓝牙模块根据实际需要自由配置，提供与外界通信的不同方式；所述EEPROM模块通过SCL、SDA两根信号线与MCU进行I2C协议通讯，可进行读写操作，保存MCU采集到的数据；所述LCD显示模块是整个系统的显示设备，可将需要的参数、工作状态显示。

可选的，所述MPPT充电控制模块包括主控芯片，所述主控芯片采用LT8490，硬件自动MPPT控制，采用CCCV充电模式，通过输入输出反馈自动切换升降压模式。

可选的，所述防反接模块采用具有反向输入保护功能的理想二极管控制器LT4359。

可选的，所述LED驱动模块采用LT3756，BOOST拓扑，通过控制PWM的占空比达到调节LED亮度的目的。

可选的，还包括tlv274高精度运放，将输入电压、输出电压、驱动电流、驱动电流、LED电压、LED电流、电池温度、电池压力信号转换为可输入MCU中A/D模块的电压信号。

本实用新型充电控制芯片采用LT8490，实现自动对太阳能电池板最大功率点的跟踪，即MPPT；根据输入输出反馈实现自动升降压；MCU采用STM32，亮度调节采用模糊PID控制算法，具有数据采集存储、多种通信方式选择、RTC实时时钟、PIR控制、LCD显示功能。本实用新型结合LT8490和STM32各自的优点，提高了太阳能路灯的效率，扩展了太阳能路灯的功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型实施例系统框图；

图2为本实用新型实施例模糊PID控制器的设定值曲线；

图3为本实用新型实施例模糊PID控制器的框图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定；

实施例

如图1所示，一种基于STM32的高效率太阳能LED路灯控制系统，包括太阳能电池板、防反接模块、MPPT充电控制模块、太阳能电池、LED驱动模块以及LED灯，还包括MCU控制模块；所述太阳能电池板的输出端通过所述防反接模块与所述MPPT充电控制模块电连接，作为所述MPPT充电控制模块的输入电压，防止输入的直流电以反极性输入所述MPPT充电控制模块，所述MPPT充电控制模块的输入经过滤波后，进入全桥升降压拓扑，输出需要的输出电压，进过滤波和保险丝后接至太阳能电池为其充电，且所述MPPT充电控制模块的输入电压及输出电压分别经采样电阻与所述MCU控制模块电连接，由所述MCU控制模块对输入电压及输出电压进行采样，并输出PWM信号对所述输出电压进行调整，为所述太阳能电池提供稳定的充电电压；所述太阳能电池的输出端经升压拓扑后与所述LED驱动模块电连接，由所述LED驱动模块输出驱动所述LED灯的驱动电压，所述LED驱动模块输出段通过采样模块与所述MCU控制模块电连接以对驱动电压进行采样，并通过一个电流采样电阻设置驱动电流，经过模糊PID控制器，根据MCU提供的PWM信号，对升压拓扑中的及与所述LED灯串联的开关管进行开通和关断，从而对LED灯的亮度进行调节，或对其进行关闭。

本实施例方案中，所述MCU控制模块采用STM32F103C，还包括电源模块、RTC实时时钟、RS232模块、RS485模块、EEPROM模块、蓝牙模块、LCD显示模块以及按键模块；所述电源模块为所述MCU控制模块中的各种集成芯片提供供电电压，输入由所述MPPT充电控制模块的输出提供，通过配置DC/DC转换芯片的反馈电阻得到5V的输出，作为RS485芯片的工作电压；5V输出再经过线性稳压器LM117得到3.3V的输出，作为MCU、EEPROM模块、RS232芯片和运放的供电电压；所述RTC实时时钟包括超级电容和晶振电路，在MCU掉电的情况下，MCU的VBAT引脚接超级电容，超级电容可作为RTC实时时钟的电源输入，保证RTC实时时钟的正常工作，晶振电路为RTC实时时钟提供精确的时间基准，可为时控功能提高精确的时间参考；所述RS232模块、RS485模块及蓝牙模块根据实际需要自由配置，提供与外界通信的不同方式；所述EEPROM模块通过SCL、SDA两根信号线与MCU进行I2C协议通讯，可进行读写操作，保存MCU采集到的数据；所述LCD显示模块是整个系统的显示设备，可将需要的参数、工作状态显示，按键选择控制模式，包括时控、光控或PIR来控制路灯开关。

本实施例方案中，所述MPPT充电控制模块包括主控芯片，所述主控芯片采用LT8490，硬件自动MPPT控制，采用CCCV充电模式，通过输入输出反馈自动切换升降压模式。

本实施例方案中，所述防反接模块采用具有反向输入保护功能的理想二极管控制器LT4359。

本实施例方案中，所述LED驱动模块采用LT3756，BOOST拓扑，通过控制PWM的占空比达到调节LED亮度的目的。

本实施例方案中，还包括tlv274高精度运放，将输入电压、输出电压、驱动电流、驱动电流、LED电压、LED电流、电池温度、电池压力信号转换为可输入MCU中A/D模块的电压信号。

本实用新型实施例中，将采样得到的LED电流信号经过A/D转换后，与设定值进行比较，得到偏差及偏差的变化率，送入模糊PID控制器，控制器接收到该数字信号后，对该信号进行模糊化处理，按照模糊规则得到输出模糊量，对模糊量进行解模糊即可得到精确的P、I、D三个控制参数；PID控制算法采用增量式PID算法；从而得到新的PWM输出信号，调节LED亮度。设定值根据时段的不同而设置成不同量，以实现节能的目的，其调节曲线如图2；模糊PID控制器框图如图3所示。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。