光伏发电的智能取用电控制系统设计

许亮

(枣庄学院光电工程学院，山东枣庄　277160)



光伏发电的智能取用电控制系统设计

许亮

(枣庄学院光电工程学院，山东枣庄277160)

本文设计一款智能用电控制系统.利用电压采集模块对光伏板的输出电压进行采样，将采样信号输入单片机处理，使用电负载在光伏供电与市电网供电间切换；同时单片机根据红外传感器和光敏传感器的传感信号，控制继电器的开启与闭合达到智能照明的效果.

MCU；智能控制；传感器①

0　引言

随着科学技术和社会经济的快速发展，节能减排，低碳环保的理念成为时代的主流，光伏技术及各种智能节能技术随之得到广泛的研究和应用.本文设计了一种应用于枣庄学院新近建成的光伏新能源实验中心的光伏智能用电控制系统.本设计的基本功能为：枣庄学院新能源实验中心的日常用电从顶楼的光伏发电阵列取电，当阴雨、夜间或其他光伏发电阵列无法正常工作情况时，用电控制系统将自动切换至标准的220V交流市电网取电；同时各用电房间置微型传感器，当室内光线较好时，照明灯保持熄灭状态；当光线较暗且屋内有人时，系统控制照明灯点亮.本系统同时也可应用与其他具有光伏供电来源的工作生活建筑群.

1　用电控制系统工作原理及软件流程

1.1电源切换控制系统

电源切换控制系统的工作原理结合1和2进行说明：电压采样模块对光伏发电系统其中一电池单板输出电压端口进行实时的电压采集，经过放大器将该电压成比例缩小后送入单片机采样端口，单片机通过输出端口在LCD显示阵列上当前电压数值，并将该采样电压与单片机内烧录的预编程序中的预设电压进行比较，若光伏阵列当前采样电压低于预设预设电压值，则输出端口控制继电器与光伏系统的线路断开，单片机切换至市电网电路，转为市电供电.

1.2智能照明系统

智能照明系统的工作原理结合图3和图4进行说明：光线传感器模块为内置于教室内的光敏电阻，其在光线较强时导通，单片机输入端口检测导通电流后，通过输出端口保持继电器断开，若光线较弱且内置于教室的红外传感器感应至人体红外线时，单片机输入端口接收信号并通过输出端口控制继电器吸合，达到智能点亮的效果[1，2].

图1　电源切换模块硬件架构

图2　电源切换模块软件流程图

图3　智能照明系统硬件架构

图4　智能照明系统软件流程图

2　主要硬件装置的电路结构

2.1单片机及电压放大电路

图5　单片机及放大电路

如图5(a)所示，整个系统使用2块STC12C5A60S2单片机作为电源模块与灯控模块作为主控芯片.其中该款单片机输入端口可接受最高5V的电压[3]，因此采用图2-1(b)中LM358放大电路单元为基础的分压电路，其将采样电压等比例缩小，实际使用中也可根据电池板的输出电压值，通过改变放大电路中电阻值形成相应倍数的缩小.

2.2继电器

本系统采用24VDC/250DC型号的继电器.图6(a)、(b)分别为电源切换系统和智能照明系统的驱动电路.其中电源切换控制系统由于需要连接两路电路，所以常开和常闭端均连接使用，智能照明系统仅需将常开端接入电路即可.

2.3光传感器及红外传感器

光敏传感器使用普通的光敏电阻即可，如图7(a)所示，其阻值随光线强弱而变化，引发与之相连的单片机采样输入电路的电压变化.红外传感器采用HP-208款，如图7(b)所示，其1号引脚为电源信号端，3号引脚为地信号端，2号引脚为采集信号输出端，若有红外则输出高电平约3.3V，否则输出低电平约0.3V，感应输出高电平后，若红外信号消失，将延时8秒到15秒后将高电平变为低电平[4].将上述高、低电平信号接入单片机相应输入端口即可.

图6　继电器

图7　光传感器及红外传感器

3　结论

模型设计完成之后进行实用性测试，当光伏供电系统电压不足以达到预设比较电压时，继电器由光伏连接跳为市电线路连接；在正常光照条件下，灯保持熄灭，光照的变暗时，当有人在旁边则测试灯点亮.

[1] 郑国恒,周瑶,张柯.高校教室灯光节能控制系统的设计[J].照明工程学报，2010,5(2):123-130.

[2] 曲帅帅,王志坤.宿舍智能防盗防火报警系统[J].电子技术,2014,( 9) : 31-32.

[3] 刘传朋,杨翡.基于STC12C5A60S2单片机频率计的设计与实现[J].电子技术与软件工程, 2015,(2):260-261.

[4] 刘传玺,袁照平.自动检测技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.33-92.

[责任编辑：闫昕]

Design of An Intelligent Electrical Energy Switch and Control System

XU Liang

(School of Opto-Electronic Engineering，Zaozhuang University，Zaozhuang 277160，China)

This paper introduced an intelligent control system based on STC12C5A60S2 MCU.It can switch from the photovoltaic power supply system to electricity network. what's even more, a light sensor and a infrared sensor are integrated in the system, which can make the LED light turn on automatically when needed.

MCU; intelligent control; sensor

2016-07-23

枣庄学院“光电科学与技术”创新团队(项目编号：4350308)；枣庄学院教改重点项目(项目编号：1021402).

许亮(1982-)，男，山东枣庄人，枣庄学院光电工程学院助教，理学硕士，主要从事半导体器件及工艺方向的研究.

TP271

A

1004-7077(2016)05-0107-04