采用低压直流供电，安全而且光源控制成本低。LED的响应时间一般只有几纳秒至几十纳秒，使频繁开关，调节明暗成为可能。而且LED作为全固态发光体，耐震、耐冲击不易破碎、发热量低、无热辐射、是冷光源、不含汞、钠元素等可能危害健康的物质，废弃物可回收、没有污染。
太阳能灯箱以太阳光为能源，不需要铺设复杂的管线，安全节能无污染。基于单片机的太阳能控制系统很好地把太阳能光伏技术与单片机智能控制技术结合了起来。而且具有电路结构简单、工作稳定可靠、实用性强等优点。
（1）节能环保:据统计，所有路灯改为太阳能路灯可以节省一个三峡水电站的发电量。不仅如此，太阳能是一种清洁的可再生能源，它不仅节约了电能，而且减少了二氧化碳的排放量。有关数据表明太阳能路灯每年可以减少7740万吨二氧化碳就相当于节省了310亿美元的二氧化碳减量成本！
（2）可靠耐用：太阳能路灯在恶劣的环境和气候条件下，光伏发电系统很少发生故障；目前绝大多数太阳能电池组件的生产技术都足以保证10年以上性能不下降，太阳能电池组件可以发电25年或更长的时间。
（3）安装组件积木化：安装灵活方便，便于用户根据自己的需要选择和调整太阳能路灯的容量大小。
（4）安全：太阳能路灯不使用易燃燃料，而且不像交流电那样联网运行，导致在雷击等情况下经常会出现高压浪涌，对设备安全造成威胁，只要设计和安装适当，系统具有很高的安全性。
（5）自主供电：离网运行的太阳能路灯具有供电的自主性、灵活性。 但是太阳能LED路灯的优势远远不仅这些。一般人认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源伟大的革新。除此之外，LED还具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。由于LED具有的光效率高，发热量低等优势，已经越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。
太阳能与LED相结合的技术运用在路灯领域完全符合“绿色，节能，低成本”的现代化设计理念。而且针对现阶段太阳能LED路灯研究遭遇技术“瓶颈”而处于“花香”却难“满园绽放”的尴尬境地的情况，因此这个课题具有很大的研究价值，而从上面一系列的分析中也不难看出这个课题本身所具有的潜在价值更是无法估量的。
1.1.4 系统的拓展应用
基于单片机的太阳能控制系统不仅可以利用在灯箱应用，其设计思路及其技术还可以广泛使用到电池控制器，逆变控制器，汽车等领域，对相关科学具有推动作用并且有很大拓展价值。
（1）用于基于89S51单片机的太阳能电池控制器的研制
太阳能电池发电是基于“光生伏特效应”原理，将太阳能转化为电能，利用充电效应将太阳辐射直接转化为电能。具有永久性、清洁性和灵活性大的优点，是其他能源无法比拟的。
（2）用于太阳能逆变控制器的研制
采用高性能单片机、低损耗MOSFET全数字化控制方案的太阳能逆变控制器，不仅可靠性好、效率高，而且具有针对蓄电池过充、过放、逆变输出过载等异常情况的多种保护措施；价格低廉，功能齐全，具有广阔的市场空间．大力推广使用后，必将创造出巨大的经济效益和社会效益。
（3）用于太阳能车一体化智能化的控制系统设计
该构想将太阳能车电力系统的特点和单片机控制的强大功能相结合，用单片机来实现有现代理念的一体化、智能化监控，给太阳能车这个“绿色汽车”注入了“智能集成化”的强大动力。 1.2 国内外应用现状
在国家可持续发展战略的推动下，太阳能产业从无到有、从小到大发展起来。国内各大研究单位都对太阳能路灯作了详尽的研究，特别是近几年来，已经初步形成在“产业上规模、技术上水平、产品上档次和市场要规范”的产业发展思路引导下，太阳能产业得到了快速发展，如太阳能热水器、太阳能光伏电池技术日趋成熟，产品质量不断提高。
欧洲各国都在开辟通向持久能源的通道，影响他们决策的主要因素是环境保护、创造就业机会和能源供应的安全可靠，可再生能源技术在这些方面有着较大优势。它对环境的影响最小、可替代部分常规能源、增加能源供应的安全性和可靠性。它要求较大的设备投资、创造了更多的就业机会、有助于经济增长[2]。
在欧洲大部分地区，环保的思路推动着替代能源技术的开发，太阳能被公认为是一种极好的替代能源。它的利用有助于降低CO2的排放，因而达到保护环境，很多国家，如丹麦、芬兰、德国和瑞士，都认为气候变暖是推动太阳能研究开发、发展和销售活动的主要因素。尽管受到常规能源的低价影响，在欧洲很多国家中，太阳能装臵市场仍然持续增长。虽然太阳能公司的数量在减少，但保留下来的公司都趋向于更具规模、更能抵御市场的波动。在某些国家实行的电力公司私有化，可能提高他们将太
阳能装臵推向市场的兴趣。在奥地利等国，自己动手建造集热器的活动，促进了太阳能装臵的主动发展。挪威已安装70000多套小型光伏装臵，每年安装约5000套，大多数装臵是为偏远小镇、山区和沿海地带度假旅社供电。芬兰人每年也购买几千套小型(40～100W)光伏装臵，用于消夏小屋。国家石油公司Neste对进一步开发太阳能发电有着强烈的兴趣，重点为建筑物薄膜光伏组件、蓄电池和成套装臵。此外，有些国家在高性能太阳能发电窗、太阳能热水器、储能装臵、透明隔热材料、日光照明和与建筑物结合的光伏装臵等产品的商业化方面进行努力[3]。
法国的太阳能设计师们，正在用“绿色设计”原则代替“太阳能”设计原则，就是要统筹考虑能源性能、安全材料的应用、日光照明、居住的舒适度和健康等因素。这种新设计方法，将应用于Angers的法国环境保护和能源管理署的办公大楼。现今,LED路灯相对于高压钠灯路灯的优越性已被绝大部分专业人士认可，然而遗憾的是目前大多数的LED路灯仍然采用交流电供电，一方面是交流电路灯的技术已经十分成熟，而太阳能路灯还有很多不确定因素，另一方面主要的考虑仍然是太阳能的初始投资过大，从而忽略了太阳能供电的很多根本优越性。
然而真正要用太阳能来取代一切能源还是一个长期而艰巨的任务,任何新生事物最好先从小打小闹开始，而且采用“自产自销”的方式，路灯就是一个最好的采用太阳能的试点工程。而且，节能和减排一样，必须先由政府倡导，甚至像德国那样采用政府补贴的方法来推广。我们欣喜地发现,路灯工程原本即政府工程，是由政府来进行招投标的。因此,由LED路灯取代高压钠灯、由太阳能LED路灯取代交流电LED路灯正是大势所趋。
近年来，随着我国城市建设规模的不断扩大和建设水平的不断提高，我国城市的路灯总数以每年约20%的平均速度递增，全国数千万盏路灯的节电问题已引起政府部门的关注。在能源日趋紧张、电力供应持续紧张的今天，低效、高耗的传统城市照明已成为节能降耗的重要领域。为此，建设部和发改委明确提出城市道路照明要向“高效、节能、环保、健康”的“绿色照明”方向发展。随着太阳能发电技术的不断发展，太阳能路灯以环保、节能等优势成为城市道路照明行业的新宠，市场潜力巨大。我国太阳能路灯首先在沿海发达地区使用，上海市于2005年在崇明岛建成风光互补道路照明工程。在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐成规模，太阳能资源相对丰富的青海省自2006年以来已在西宁等地安装太阳能路灯超过200套；在北京奥运会主要场馆及其相关场所，太阳能路灯得到普遍应用。
然而，业内人士也指出，由于存在成本、技术等诸多问题，现阶段推广太阳能路灯遇到“瓶颈”困扰。总体而言，太阳能路灯在我国城市道路照明行业中仍处于“花香”却难“满园绽放”的尴尬处境[4]。
2 方案论证
2.1 设计要求
（1）电池板功率的计算、选用和蓄电池充放电技术；
（2）光电控制要求光线较暗、路灯未点亮时开始照明灯箱，天亮后关断灯箱电源；
（3）定时控制要求晚上12点时关断灯箱电源，早上5点接通电源、天亮后关断电源；
（4）LED或直流无极灯灯具、发光亮度的计算、测试，以及与4×20W日光灯照明亮度的等效计算和测试；
（5）系统有很好的抗干扰性，断电时可以保存用户所设定的各种参数。 2.2 方案选择
太阳能灯箱跟普通灯箱控制电路功能基本一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用,还有就是对蓄电池的充电管理。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。
单独的光控型一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启灯箱；早上光线较强时，自动关闭灯箱，达到自动控制的作用。为节省电力，早期的光控开关，使用分立半导体器件，电路复杂，元器件较多，体积也较大，并且故障率高。随着半导体技术的发展，出现了时基集成电路，如NE555等，使光控开关电路简化。感光探头是影响光控开关性能的关键元器件，同时对它安装位臵也有一定要求，力求避免各种干扰光线，但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线，经常会产生误动作[6]。
采用时钟控器型的灯箱控制器，要预先设定开关时间，使灯箱按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于节省电力。定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型，机械钟表型以石英钟为主，走时精准，但是由于机芯内使用塑料齿轮在高温下会变形，从而导致停机现象。电子钟表型定时开关使用的也较多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成块为中心的电子钟电路。近几年还出现将电子钟LED液晶显示为一体的集成块，体积小、外围元器件少，可设六组开关点，有星期功能，许多厂家大量生产该产品，现在大多用于灯箱控制中。
经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关不会自动变换开关时间之短处。目前灯箱控制常采用这种
控制方式，但其价格较高，在灯箱中使用将会增加不必要的成本。
灯箱的智能控制这一课题己有研究者，且目前有较成熟的产品上市。本设计是结合以上几种控制方式的优点，综合从节电、经济和实用等方面考虑，利用定时控制和光敏电阻控制相结合的方式，实现太阳能灯箱的设计。 2.3 系统总体框图
根据各部分电路的功能不同，整体电路可以分为以下几个部分，太阳能电池板组件、充电控制电路、单片机系统、蓄电池、光控电路和照明负载。
白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚光控电路发出一个信号给单片机系统，单片机系统根据要求控制蓄电池对灯箱放电，工作设定时间以后时控电路 发出一个信号给单片机系统，单片机系统根据要求停止蓄电池对灯箱的供电；黎明前时控电路再给单片机发出一个信号，单片机系统根据要求控制蓄电池对灯箱放电，天亮后光控电路给单片机系统发出一个信号，单片机系统根据要求控制蓄电池停止放电，蓄电池放电结束。系统总体方框图如图1所示。
太阳能电池板充放电控制电路LED负载单片机系统蓄电池组光控电路
图1 系统总体框图
3 系统硬件设计
3.1 太阳能充电控制 3.1.1 控制电路功能
太阳能电路的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护的作用。控制电路根据蓄电池电压高低，调节充电电流大小，决定是否向负载供电，并具有以下性能：经常保持蓄电池处在饱满状态，防止蓄电池过度充电，防止夜间蓄电池