為了促進可再生能源的利用，加快建設資源節約型和環境友好型社會，太陽能利用正逐步獲得人們的重視，太陽能路燈作為高科技節能產品正逐漸替代傳統路燈。針對太陽能路燈的特點，介紹了一種太陽能路燈聯網監控系統，即從機和主機之間通過RS485 接口進行連接，主機對各個從機的太陽能板、蓄電池和LED 燈頭的工作狀況和各種運行參數進行監控，然后，主機通過MC39i 模塊將檢測結果以短信或語音的形式傳送給監控中心或相關技術工作人員，實現對太陽能路燈的聯網監控。

　　目前的太陽能路燈控制系統都是獨立光伏控制系統，主要由六個部分組成：太陽能電池、蓄電池、LED 路燈、控制器、充電電路、放電/負載驅動電路。主機的系統結構圖如圖1所示。太陽能電池板輸出經CUK 電路調節后直接與蓄電池連接，系統主控芯片采用DSPIC30F3011 單片機，實現太陽能板電壓采集、蓄電池電壓采集、控制CUK 電路、控制LED 燈頭、主從機間485 通信、主機與監控中心或工作人員間的連接等功能。

　　圖1 主機的系統結構

　　控制電路硬件電路設計

　　控制電路的主控芯片采用DSPIC30F3011 單片機，主要控制功能包括：太陽能板電壓采集；CUK 電路選通控制；蓄電池電壓采集；卸荷電路控制；LED 燈頭控制；RS485 通信；GSM模塊發送短信控制；路燈開關控制；工作模式控制等。主機原理圖如圖2、圖3 和圖4 所示，其中圖2 為主控芯片DSPIC30F3011 的原理圖。圖3 所示為電壓采樣電路和CUK 電路，由于太陽能板電壓和電池電壓都在0～35 V 變化，而單片機的A/D 輸入電壓范圍為0～5 V，所以對采樣電壓進行分壓處理后傳送給單片機的A/D 轉換通道，CUK 電路用于調節太陽能板的最大輸出功率點，其選通開關通過單片機PWM3 輸出控制。

　　圖2 DSPIC30F3011 原理

　　圖3 電壓采樣電路和CUK 電路

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　　圖為LED 燈頭控制電路和卸荷電路，單片機通過對太陽能板和蓄電池電壓監測來控制LED 燈頭，通過PWM0 和PWM1分別來調節LED 燈的開關及亮度。當蓄電池電壓高壓30 V時，單片機通過對PWM2 腳的控制啟動卸荷，實現對蓄電池的放電。

　　圖4 LED 燈頭控制電路和卸荷電路

　　通信系統設計

　　太陽能路燈聯網監控系統的總體通信連接圖如圖5 所示，DSPIC30F3011 單片機具有雙串口，主機中的一路串口與從機進行RS-485 通信，另一路串口用于控制GSM 模塊，即與MC39i 模塊進行通信連接，控制MC39i 發送短信給監控中心。

　　圖5 總體通信連接

　　由于太陽能路燈間距為幾十米，所以該系統中主從機間通過RS-485 通信連接，RS-485 的通信距離可以達到幾百米甚至上千米，最大傳輸速率為10 Mb/s，而且還可以實現多點通信方式，從而可以建立起一個小范圍內的局域網［3］。圖6 為DSPIC30F3011 單片機與MAX485 連接的硬件連接圖，DSPIC30F3011 與MAX485 之間通過6N136 進行隔離，以確保數據傳輸的準確性。主、從機均留出串口與MAX485 連接，各個MAX485 芯片的A、B 和GND 管腳相互連接。主、從機不斷地對太陽能板電壓和蓄電池電壓進行檢測，發生低電時從機將及時向主機傳送信息。

　　主機與監控中心通信電路設計

　　基于GSM 通信技術的無線測控系統具有通用性好、地理覆蓋面廣、免調試維護、運營費用低和控制方式靈活等特點，因此主機和監控中心間采用GSM 通信模塊進行信息傳輸。DSPIC30F3011 單片機對太陽能板電壓和蓄電池電壓進行采樣比較，當采樣值低于設定值時發送短信“太陽能板電壓不足”或“蓄電池電壓不足”給監控中心，單片機還可以對路燈工作狀態進行監控，出現異常時，以短信形式傳送給監控中心。

　　圖6 DSPIC30F3011 與MAX485 接線

　　GSM 模塊采用MC39i，MC39i 是一個支持中文短信息的工業級GSM 模塊，可傳輸語音和數據信號，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM 卡讀卡器和天線。MC39i 的數據接口通過AT 命令可雙向傳輸指令和數據，可選波特率范圍為300 b/s～115 kb/s，支持Text 和PDU 格式的SMS可通過AT 命令或關斷信號實現重啟和故障恢復。

　　MC39i 模塊有40 個引腳，通過一個ZIF（Zero InsertionForce，零阻力插座）連接器引出。這40 個引腳可以劃分為5類，即電源、數據輸入/輸出、SIM 卡、音頻接口和控制。MC39i的第1～5 引腳是正電源輸入腳，第6～10 引腳是電源地，15 腳是啟動腳IGT，系統加電后為使MC39i 進入工作狀態，必須給IGT 加一個大于100 ms 的低脈沖，電平下降持續時間不可超過1 ms。18 腳RXD、19 腳TXD 為TTL 的串口通訊腳，需要和單片機或者PC 通訊。MC39i 使用外接式SIM 卡，24～29 為SIM 卡引腳，MC39i 的第32 腳SYNC 引腳為控制腳，有兩種工作模式，一種是指示發射狀態時的功率增長情況，另一種是指示MC39i 的工作狀態，可用AT 命令AT+SYNC 進行切換，35～38 為語音接口［5］。MC39i 的電源輸入采用開關型可調高性能微波電路專用穩壓芯片LM2941S。啟動腳IGT 可以通過單片機軟件控制，也可通過按鍵控制其電位高低變化的控制，18 腳RXD、19 腳TXD 直接與DSPIC30F3011 單片機的異步串口RXD2 和TXD2 進行連接，實現單片機對MC39i 發送和接收指令的控制，24～29 引腳直接與SIM 卡的對應引腳進行連接，便于檢測SIM 卡是否插好，以及完成短信發送的功能，SYNC 腳可外接發光二極管用于檢測模塊是否處于工作狀態。
電子發燒友網技術編輯點評分析：

　　這里系統對現有的太陽能控制器進行改造，將光伏電源最大功率點設置集成到太陽能控制器中，借助于串口通信技術實現了主從機的通信連接，借助GSM 技術實現了主機與監控中心之間的通信連接，最終實現了太陽能控制系統的聯網監控。因此該系統不僅提高了太陽能的利用效率，還實現了太陽能控制器間的無線數據傳輸，提高了現有太陽能路燈控制器的使用價值。
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