太阳能LED路灯照明节能控制系统的控制器文档格式.docx
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PWM控制；
亮度自适应节能控制。
Abstract
Withthedevelopmentofsolarlightingtechnology,inrecentyearsthesolarstreetlampindustryisdevelopingrapidly,continuestoexpandthescale,andwiththenewenergy-savingLEDlamp,solarLEDstreetlampshavebeenwidelypromotedforitsgoodenergysavingadvantage.ThispaperintroducestheprincipleofpulsewidthmodulationtechnologyPWMcontrolthebrightnessofLED,designedacontrollerofMSP430F149solarLEDstreetlightingenergy-savingcontrolsystembasedon.Thecontrollerincludeshardwarecircuitdesignandsoftwaredesignofthehardwarecircuit,givesthehardwarecircuitofthecontrollerschematics,designoftheperipheralcircuitofMCU,LEDconstantcurrentdrivecircuit,sensordetectioncircuit,real-timeclockcircuit,keyboardanddisplaycircuitandpowercircuit.ThesoftwarepartoftheadaptivebrightnesscontrolalgorithmflowchartandtheClanguagesourcecode,thealgorithmaccordingtothetime,thebrightnessoftheenvironmentandpersonnelactivitieschangethedutyratioofPWMsignal,automaticadjustmentofbrightnessofLED,makefulluseofthecontrollabilityoftheLED,toachievethebestilluminationcontrol,toachievethepurposeofenergysaving.
Keywords:
LEDconstantcurrentdrive;
MSP430microcontroller;
LEDlighting;
PWMcontrol;
adaptiveenergy-savingcontrolbrightness.
1绪论
1.1课题的研究背景及意义
1.1.1课题的背景
随着太阳电池转换效率和生产技术的不断提高，太阳能光伏发电的应用越来越广泛，在照明领域，太阳能路灯作为光伏发电系统在国内的主要应用模式，被越来越多的人认识并接受。
跨入21世纪后，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。
而能源问题更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更严重的是化石能源的开发利用更加剧了环境的恶化。
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。
近年来，随着我国城市建设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点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，抵消、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、太阳能庭院灯建成规模，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。
太阳能是可再生资源和新能源的重要组成部分。
太阳能有取之不尽、用之不竭、不会污染环境和破坏生态平衡等特点。
太阳光线照射地球40分钟产生的能量够全球一年的总能源消耗。
新能源技术现在已经成为21世纪各国都重点研究的热点问题。
即使有经济危机的压力，各国仍然投入大量的人力物力研究新能源技术。
在各种新能源技术的研究和应用中，太阳能光伏技术及相关产业在世界发达国家和我国都得到了迅速发展，产业规模也不断扩大。
我国提出了可再生能源的中长期计划，预期到2020年装机总量达到2000万千瓦。
全球40％以上的太阳能电池板是中国生产，但是2009年我国太阳能发电设施的实际部署仅占全球的5％。
由此看出我国的太阳能光伏发电产业发展远远落后与国外。
由于太阳能发电在现阶段仍然是计划经济产业，并没有发展成为市场经济，目前还是一个亏本产业。
中国的政府现在并没有投入大量的财力来为太阳能发电产业买单。
我国照明用电量中的很大一部分用于户外照明，由此可见太阳能LED路灯在我国有着广阔的发展前景。
据统计中国在2009年已经安装的路灯大约有2亿盏。
每盏灯平均每天消耗2度电，一盏灯一年消耗730度电，2亿盏路灯一年消耗的能源相当于三峡发电站两年的发电总量。
而且随着城市化建设的加快，路灯的总量每年还在剧增。
目前几乎所有路灯用的照明光源均为高压钠灯，随着LED技术的不断发展和成熟，其优势会不断显现，势必取代高压钠灯成为一种新型的照明光源。
由于LED光源有巨大市场潜力，科技部提出了LED路灯的“十城万盏"
计划。
现在LED路灯发展势头相当强劲。
据保守估计，十城万盏计划的总数将会超过200万盏。
由此可见太阳能LED路灯在我国是一个举足轻重的大市场。
1.1.2课题的意义
我国土地辽阔，资源富饶，总面积有960万平方公里。
占世界陆地总面积的7％。
在我国广阔富饶的土地上，太阳能资源十分丰富。
我国和同纬度的其它国家相比，除了四川盆地和其周围的地区外，绝大部分地区的太阳能资源非常丰富。
我们要利用先天的优势，充分利用起太阳能，解决好人民生活生产所需的能源问题，发展好我国的太阳能相关产业。
近几年太阳能照明技术快速发展，太阳能路灯行业规模不断扩大，随着LED节能灯具的出现，利用LED作为照明灯具的太阳能LED路灯得到了大幅推广。
太阳能灯具的照明需求逐渐往干道路灯发展，这样对灯具照明功率、控制器及驱动器的要求会有所提高。
我国在太阳能电池技术的发展和生产规模、LED光源技术的发展等方面的产业规模在逐渐扩大，已经在世界上占有一席之地了，但是太阳能路灯控制器作为太阳能路灯系统中的核心部件之一，其研究还有待深入。
市场上的太阳能控制器大多属于简易型，仅有基本的充放电控制功能，没有考虑到如何使太阳能电池的能量转换率最大，提高蓄电池的能量转换效率和延长使用寿命等问题。
本课题的控制器在完成基本的充放电控制的基础上设计了合理的充放电控制算法来实现能量的充分利用和蓄电池的充分保护。
另一核心部件LED灯驱动电源，一般没有根据路灯的组合形式具体分析设计。
由于不同厂商生产的的白光LED的正向压降可能相差数百毫伏，因此直接影响了白光LED实际消耗的功率在驱动器的输出总功率中的比例。
本系统的驱动器是在
LED路灯先串后并的组合形式以及具体的正向导通电压和额定功率的基础上设计的。
本套太阳能LED路灯控制系统，用合理的充放电算法控制太阳能路灯正常的充放电功能，完成充电阶段自动转换，LED亮度智能控制且完成对蓄电池的充分保护。
驱动器和LED阵列能够很好的匹配，使LED阵列发光质量高且实现较高的能量利用率。
整套系统的成功设计无论在价格和性能方面均具有一定的市场竞争力。
1.2课题相关技术概述
1.2.1太阳能LED路灯的优势
太阳能LED路灯系统用太阳能电池供电，阀控式密封铅酸蓄电池储存电能，用高效节能的LED灯照明，用控制器控制智能充放电，配合LED灯驱动电源，具有稳定性高、发光性能好、能量利用率高、安装方便、采用直流供电、经济、环保、实用等优势，是未来户外照明的发展趋势。
LED照明灯工作电流是直流，并且在低电压下工作[1]。
太阳能电池将光能转化为直流电能，这点恰好与LED相匹配。
若将两者组合配以控制器和驱动器即可获得很高的能量利用率、较高的安全性和可靠性的照明系统。
因为两者结合不需要将太阳能电池输出的直流电转变为交流电，因此整个照明系统的照明效率会大大提高。
随着LED灯相关技术的不断成熟，其使用寿命会不断延长。
在未来几年里，若其价格继续下降，则白光LED必将取代旧有灯具成为21世纪照明的新光源。
LED作为路灯的一种光源，它和传统路灯光源相比较其优势主要体现在：
1）节能且光效高。
按照LED技术的发展趋势，LED的光效在未来五年里有达到150～2001m/W的可能，大大超过了现在所有光源的光效。
另外，现在使用的荧光灯、汞灯等照明光源中含有汞，对人体有害。
而LED中不含此种物质所以它是一种“清洁"
的光源。
2）命长，节约成本。
一般情况下LED光源的使用寿命可以达到十万小时，在恶劣的自然条件下工作，寿命也至少可达到五万小时。
因此，在一些维护和更换设备困难的地方，使用太阳能LED路灯照明系统，可显著降低安装和使用的成本。
3）可以自动控制其功率。
可通过控制器控制其夜间亮灯的功率，提高节能性。
LED灯可以实现完美调光功能，因此在本系统中将通过调节脉冲的占空比来有效的调节其发光强度。
4）具有很好的显色性。
阳光的显色系数为100，一般情况下显色系数与100相差越小，显色性越好，反之越差。
高压钠灯显色系数仅为23，而LED灯的显色系数达到85以上，发出的是白光。
由此可见大功率LED路灯显色性明显好与高压钠灯。
5）直流供电，提高能量利用率。
太阳能电池输出的是直流电，路灯系统中LED的驱动也是用直流电源，这样可以不用太阳能光伏系统中使用其他照明设备所需要的逆变器，既使系统有较高的能源利用率，又降低了成本，还可
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