智能安防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

　　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。

　　圖2 DSPIC30F3011 原理

　　圖3 電壓采樣電路和CUK 電路

　　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。

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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

　　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

　　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

　　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。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。

　　編輯點評：上圖中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。本文主要介紹的監控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。