太阳能与电能的智能型路灯控制系统的设计毕业论文设计.docx

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太阳能与电能的智能型路灯控制系统的设计毕业论文设计

摘要

随着全球范围内的能源危机和环境污染问题的日益严重，利用绿色环保的新能源成为科研工作者关心的课题，光伏能源就是在这一背景下得以迅速发展，照明系统正是光伏能源的一个重要应用。

传统的光伏照明系统存在很多不足，如何应用新技术进行革新是本论文所要解决的问题。

在传统的光伏照明充电系统中，通常简单的将太阳能电池板与蓄电池直接相连，这将导致太阳能电池板的工作点偏离最大功率点，不能有效利用太阳能电池板的可输出功率；蓄电池因缺乏容量管理而出现过充电或者过放电，造成寿命缩减；传统系统往往欠缺电路主要节点工作状态的远程智能检测、对照明时间和LED亮度等参数的实时调节等功能。

为了解决传统太阳能照明充电系统效率不高、蓄电池寿命短和智能化程度低等问题，本课题设计了一种新型的基于AVR单片机的太阳能照明控制系统，采用UC3906实现蓄电池充电电路，独立的BOOST电路分别驱动两组LED。

试验证明，该系统能够实现按照预定参数在三个阶段以不同方式对蓄电池充电，能够准确控制路灯的开启。

关键词太阳能电池蓄电池LEDAVR

Abstract

Astheenergycrisisandenvironmentpollutionhasbeenaworldwideproblem,howtomakeuseofthenewgreenenergyresourcesisataskcaredbyscientists.Photovoltaicenergyhasbeengreatlydevelopedundersuchabackground,andlightingsystemisoneofitsmostimportantapplications.Therearemanyshortcomingsintraditionalphotovoltaiclightingsystems,sothispaperpresentssomepointsabouthowtoreformthetraditionalsystem.

Intraditionalsystems,thephotovoltaicbatteryisconnectedtothelead-acidbatterydirectly.Thissimpleconnectionwillresultinawasteinthephotovoltaicenergyastheoperatingpointisoftennotaccuratelythemaximumpowerpoint.Thelead-acidbatteryisusuallynotmanagedaccordingtoitscapacitystatusintraditionalsystems,sothisresultsinshortbatterylife.Lackofthefunctionofremotemonitoringofthemainnodes,adjustingtheLEDworkingtimeandparametersisanotherproblem.

Tosolvetheproblemoflow-efficiency,shortbatterylifeandlowextentofintellectualization,thispaperdesignsanewphotovoltaiclightingsystembasedontheAVRmicro-controller.AdoptingUC3906tochargethelead-acidbattery,andBOOSTtopologyfor2groupLEDchannels.TheexperimentresultsshowthatthenewsystemrealizesMaximumPowerPointTracking,chargesthebatteryinthethreestagesaccordingtothegivenparameters,switchesonandofftheLEDaccurately.

Keywordsphotovoltaicbatterylead-acidbatteryLEDAVR

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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1设计目的和意义1

1.2国内外相关技术发展概况2

1.3本文的设计指标3

1.4设计方案3

第2章太阳能LED路灯的光伏系统5

2.1太阳能路灯5

2.2太阳能电池原理及构造7

2.3太阳能电池组件设计9

第3章蓄电池充电与LED路灯控制技术11

3.1蓄电池主要参数11

3.2蓄电池的充电12

3.2.1蓄电池的充电方式12

3.2.2蓄电池的充电拓扑结构13

3.2.3基于UC3906的蓄电池充电器14

3.3蓄电池组容量设计19

3.4辅助电源设计20

3.5基于AVR的太阳能LED路灯控制器的设计25

3.5.1太阳能LED路灯控制器的功能25

3.5.2基于AVR单片机的智能控制器25

3.5.3太阳能路灯系统的软件设计35

第4章LED固态光源与驱动技术39

4.1LED光源的特点39

4.2LED的光学特性41

4.3白光LED驱动技术41

4.3.1白光LED驱动电源的分类及连接方式41

4.3.2白光LED恒流驱动电路43

4.4LED照明设计52

第5章结论53

致谢54

参考文献55

附录一57

附录二58

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第1章绪论

1.1设计目的和意义

随着社会生产的日益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。

传统的能源，尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更是有限，不合理地使用传统能源，它们在21世纪内就会濒临枯竭，产生能源危机，还会造成全球的环境问题。

大量使用化石能源已经开始造成全球变暖，燃煤会通过煤渣和烟尘放出大量有化学毒性的重金属和放射性物质。

随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。

人类在开发利用能源的历史长河中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期，仅是一个不太长的阶段，它们终将走向枯竭而被新的能源所取代。

人类必须及早寻求新的替代能源。

研究和实践表明，太阳直接辐射到地球的能源丰富，分布广泛，可以再生，不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源。

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。

近年来太阳能的利用得到了世界各国的广泛关注，美国、日本、德国相继提出了“阳光计划”、“节能计划”等大力发展太阳能光伏发电技术[1]。

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。

综上，太阳能发电的优点是：

能量随处可得，可循环使用；无污染，无噪音，属于清洁能源；建设周期短，维护简单，使用寿命长。

LED的优点是：

体积小，能耗低，电压低，发热少，控制简单，寿命长，冷光源。

太阳能光伏电池和LED同为半导体材料构成，又同为直流电、电压低并能相互匹配。

借助蓄电池，太阳能LED照明项目的优势在于：

将太阳能、LED光源按照实际需求进行结合使用，因地制宜，优势互补，发挥最大的能效。

1.2国内外相关技术发展概况

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