精品基于单片机的太阳能路灯控制系统设计毕业论文设计Word文件下载.docx

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答辩时间:

答辩委员会主席：

毕业设计（论文）评阅人：

2011年6月

摘要

随着可持续发展的不断深入，人们在积极开发各类可再生新能源的同时也在倡导节能减排的绿色环保技术。

太阳能作为一种清洁的优秀的可再生能源，已成为最有价值的新能源。

而在照明领域，寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富、微型化的LED固态照明也已被公认为一种节能环保的重要途径。

本文研究的路灯同时整合了这两者的优势，利用清洁能源以及高效率的LED实现绿色照明。

太阳能LED路灯是一种结合太阳能光伏发电技术与LED技术的新型路灯。

系统通过蓄电池将太阳电池组件产生的电能储存起来供负载在夜晚照明使用。

基于单片机控制的太阳能路灯具有很多优点：

安全可靠，维护方便；

不需要常规能源，不污染环境；

安装方便，自动控制。

从而不仅节约了电能，而且避免了由于四季昼夜长短不一，需要调整电路系统的麻烦，使路灯更为人性化。

关键词：

光伏发电，蓄电池，发光二极管

ABSTRACT

Withthedeepeningofthesustainabledevelopment,peopleareactiveinthedevelopmentofallkindsofrenewableenergy,whilealsoadvocatinggreenenvironmentaltechnologyofenergysavingandreducingemission.Solarenergyasakindofcleanexcellentrenewableenergyhasbecomethemostvaluablenewenergy.Whileinthelightingarea,longlife,energysaving,safety,greenenvironmentalprotection,richcolors,miniaturizationoflightemittingdiode（LED）solid-statelightinghasbeenconsideredasoneoftheimportantwaysofsavingenergyandenvironmentalprotection.Thestreetlampinthispapersimultaneouslyintegratesboththeadvantages;

utilizecleanenergyandhighefficientLEDtorealizegreenlighting.

SolarLEDlampisonenewtypeofstreetlampbyunitingsolarphoto-voltaic（PV）powergenerationtechnologyandLEDtechnology.Thesystemstoreselectricalenergyviabattery,generatedbycomponentsofsolarcells,tosupplynightilluminationofstreetlamps.SolarstreetlampsbasedonMCUcontrolhavemanyadvantages:

safety,reliability,easytomaintain;

energysaving,withoutpollutiontoenvironment;

easyinstallation,automaticcontrol.Consequently,notonlysaveelectricalenergybutalsoavoidthetroublestoneedadjustingthecircuitsystemduetothedifferentday-and-night’slengthsinthefourseasons,tomakethestreetlampmoreuser-friendly.

KeyWords:

PV,Battery,LED

第一章绪论1

1.1概述1

1.2太阳能路灯的优势2

1.3太阳能路灯的应用现状3

1.4本论文研究的主要内容5

第二章系统方案论证及选择6

2.1方案比较与论证6

2.1.1太阳能电池板的选择6

2.1.2蓄电池的选择6

2.1.3照明灯具的选择8

2.1.4控制器芯片的选择9

2.2方案的配置与计算11

2.2.1路灯设计所需的数据11

2.2.3路灯设计参数的确定12

第三章系统设计的理论分析14

3.1系统基本介绍14

3.2太阳能路灯系统设计总体分析15

3.3太阳能光伏发电的理论15

3.4控制器设计的理论基础17

3.5蓄电池的充放电原理18

3.6蓄电池充电技术研究20

3.6.1恒流充电20

3.6.2恒压充电21

3.6.3恒压限流充电22

3.6.4两阶段、三阶段充电22

3.6.5快速充电23

3.6.6智能充电24

3.7LED的发光及驱动原理25

3.7.1发光原理25

3.7.2驱动原理27

第四章系统的硬件设计29

4.1系统电路框图29

4.2硬件设计的原理流程图30

4.3电源电路设计31

4.4LED指示电路31

4.5光控电路32

4.6LED驱动电路设计33

4.7涓流充电电路35

4.8过充、过放控制电路35

4.9单片机外围电路设计37

4.9.1复位模块电路设计37

4.9.2晶振电路37

4.9.3按键开关电路38

4.9.4显示模块电路设计38

第五章系统的软件设计40

5.1系统软件框图40

5.2计时程序设计41

5.3中断程序设计43

第六章系统调试44

6.1软件调试44

6.2硬件及总体电路调试44

6.3系统改进方案45

第七章总结与展望46

附录147

附录248

参考文献I

致谢I

前言

城市照明是一门科学、一种文化、一项艺术。

城市照明体现了一个城市的形象，反映了一个城市的科学管理，是一项社会系统工程。

太阳能LED灯具以其优越的节能效果、人文的光源照明控制，倍受客户青睐，其性价比与工频交流电灯具基本持平，且具有不破坏环境、不消耗不可再生能源的特点，易于客户接受，所以只要光源充足的地方就有太阳能LED灯具开发应用的市场。

太阳能LED照明是未来照明的方向，其最大的特点：

环保、节能、发光效率高，因此使它将会逐步取代传统光源。

更值得一提的是，LED发光效率是以每十年提高十倍的速度来提高，成本也将逐年下降。

1.系统技术指标：

（1）太阳能板：

18V，110Wp

（2）输出电压：

12V

（3）输出电流：

恒流

（4）灯具：

6支1W大功率白光LED

（5）控制器：

光控，时控，防止蓄电池过度充放电

（6）阴雨天连续工作时间：

7天

2.系统用途：

（1）安装在公园、小区等小路两旁当路灯使用。

（2）安装在交通路段、港口等作为指示灯，保证交通航海的安全有序。

（3）安装在繁华闹区或旅游景区作为装饰照明，营造气氛。

（4）应用于果园，种植园，草坪等场所，既可以照明又可以杀虫。

第一章绪论

1.1概述

跨入21世纪后，人类面临着实现经济和能源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。

主要表现为以下几个方面：

（1）能源短缺。

常规能源的有限性和分布不均匀，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需求。

从长远来看，全球已探明石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。

因此，人类迟早要面临化石燃料枯竭的危机局面。

（2）环境污染。

燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质排入天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，甚至在局部地区形成酸雨，严重污染水土资源。

（3）温室效应。

化石能源的利用不仅造成环境污染，同时会排放大量的温室气体，产生温室效应，引起全球气候变化。

太阳能作为可再生能源，很早就被人们开发和利用了。

随着科学和技术的迅速发展，世界能源危机的日益严重，利用常规能源已不能适应世界经济快速增长的需要，开发和利用新能源，尤其是太阳能越来越引起各国政府的重视。

同时，以煤、石油等作为燃料油面临严重的环境污染，再者人民生活水平的提高对能源的需求量越来越大，这就迫使政府和社会在大力发展常规能源的同时必须加大对新能源的开发和利用。

为贯彻落实科学

发展观，把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济与人口、资源、环境相互协调发展的要求。

因而，可再生、无污染的太阳能利用在世界各国崛起，世界光伏产业迅猛发展。

根据可持续发展战略和环境保护的需求，在可以预计的将来，光伏发电必将部分取代常规能源。

目前太阳能企业面临新机遇，由于光伏发电技术的逐渐成熟，成本不断下降，太阳能的利用无处不在。

各种各样的利用太阳能开发的太阳能电子产品发展非常迅速。

1.2太阳能路灯的优势

太阳能路灯以太阳光为能源，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的把太阳能光伏发电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。

综上，太阳能路灯较传统路灯的优势有如下几点：

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.成本低廉：

就产品本身价格和首次投入费用而言，太阳能路灯比普通路灯造价要高。

若按使用寿命15年把运行费用和路灯维护费用考虑进

去的话，太阳能路灯在寿命周期内所发生的总费用要比普通路灯的总费用要低。

且规模越大，普通路灯安装的相关费用越高，如把电力增容费用、架设电力变压器、光源的功率因数补偿耗能、电力电缆、远距离线路功率损耗及路灯开启控制系统和管理人员工资等相关费用考虑进去的话实际费用要远大于预计费用。

4.安全稳定：

运行维护费用低，普通路灯明显高于太阳能路灯，而且会随着使用时间的增长而越来越高