基于单片机的太阳能路灯控制系统推荐.docx

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基于单片机的太阳能路灯控制系统推荐

目录

第一章绪论6

1.1研究背景、目的与意义6

1.1.1新能源开发的必要性6

1.1.2太阳能利用的优势6

1.1.3太阳能LED路灯优势8

1.1.4系统的拓展应用9

1.2国内外应用现状10

1.3项目成员的组成、特长、分工及成员间相互协调配合的情况，导师指导情况12

第二章项目完成情况及取得的创新成果13

2.1概述13

2.2系统电路研究报告13

2.2.1系统模块介绍13

2.2.1.1AD电压采样模块13

2.2.1.2物体检测模块和环境明暗检测模块16

2.2.1.3LCD显示模块17

2.2.1.4键盘电路模块18

2.2.1.5路灯控制模块19

2.2.1.7串口通信模块20

2.2.1.8USB通信模块21

2.2.1.9时钟模块21

2.2.1.10电源模块22

2.2.1.11过流保护22

2.2.1.12太阳能电池组件及负载LED开关控制23

2.2.2本次系统电路搭建过程中的体会24

2.2.2.1电路接地去噪问题24

2.2.2.2布线注意事项25

2.3系统软件研究报告26

2.3.1软件编程要点26

2.3.2单片机软件编程26

2.3.2.1程序主流程图26

2.3.2.2按键功能规划27

2.3.2.3AD转换程序28

2.3.2.4蓄电池电压检测电路29

第三章项目实施过程中的收获和体会30

3.1概述30

3.2收获体会30

袁子晴：

团队合作教会我成长30

费婷婷：

团队——智慧的碰撞32

刘蓉：

平凡也能追求卓越34

周乐意：

兴趣激发创造的火花37

结论39

参考文献40

致谢41

附录42

第一章绪论

1.1研究背景、目的与意义

由于全球性能源危机，世界普遍重视可再生能源的利用与研究。

太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染等优点，正得到迅速的推广应用。

太阳能路灯以其不用专人管理和控制，安装一次性投资无需日后电费开支，无需架设输电线路或挖沟铺设电缆．可以方便安装在广场、校园、公园以及不便于架设输电线路的地方等多方面的优点而越来越受到重视。

1.1.1新能源开发的必要性

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。

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，是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

1.1.2太阳能利用的优势

人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。

据预测，到本世纪中叶可再生能源在世界能源结构中将占到50％以上，包括太阳能在内的可再生能源在本世纪将会以前所未有的速度发展，逐步成为人类社会基础能源的重点。

太阳能具有独特的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，成为21世纪后期的主导能源。

我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。

据估算，全国各地太阳年辐射总量达335～837中值为586。

从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。

尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。

例如被人们称为“日光城’’的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005．7h，相对日照为68％，年平均晴天为108．5天，阴天为98.8天，太阳总辐射为816，比全国其它省区和同纬度的地区都高。

全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。

例如素有“雾都’’之称的成都市，年平均日照时数仅为1152．2h，相对日照为26％，年平均晴天为24．7天，阴天达244．6天。

其它地区的太阳年辐射总量居中。

太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭"的安全、环保新能源越来越受到重视。

在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。

市电照明灯具安装复杂：

在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。

然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。

而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。

太阳能照明灯安装简便：

太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

市电照明灯具电费高昂：

市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。

太阳能照明灯具免电费：

太阳能照明灯具是一次性投入，无任何维护成本，三年可收回投资成本，长期受益。

市电照明灯具有安全隐患：

市电照明灯具由于在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。

太阳能照明没有安全隐患：

太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠。

太阳能灯照明的其它优势：

绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。

综上对比所述，太阳能照明之安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性将为楼盘的销售、市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。

1.1.3太阳能LED路灯优势

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世界一种节能环保的重要途径，太阳能LED路灯同时整合了这两者的优势。

LED（LightEmittingDiode，发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件，不依靠灯丝发热来发光，而是依靠材料中的正负电荷复合来发光，能量转化效率非常高。

具有高效、节能、寿命长、免维护、环保等优点。

传统的光源功耗比较大，而且大多在高压下工作，使用升压逆变环节又降低了能源利用率，而LED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，我们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路灯应用，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AVR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，太阳能装置市场仍然持续增长。

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