太阳能路灯系统设计.doc

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摘要

该太阳能LED路灯系统采用AT89C52单片机为核心，通过UC3906芯片充电，利用单片机的端口分别控制数码管显示和智能控制照明系统。

本系统既能通过光的强弱来控制路灯的开关，又可以通过调整时间来控制路灯的开关，实现两种功能，达到完美控制的效果。

该系统操作简单，功能齐全，界面友好。

关键词:

AT89C52;UC3906;LED路灯

ABSTRACT

ThesolarLEDStreetlampsystemusingAT89C52MCUcore,throughtheUC3906chipchargingportarecontrolledbymicrocontrollerdigitaldisplayandintelligentcontroloflightingsystems.Thesystembothbytheintensityoflightofstreetlampstocontroltheswitchandswitchcanbecontrolledbyadjustingthetimestreetlamps,achievingtwofeatures,theeffectperfectcontrol.Thesystemissimple,functional,friendlyinterface.

Keywords:

AT89C52;UC3906;LEDStreetlamp

I

目录

摘要 I

ABSTRACT II

前言 1

第一章绪论 2

1.1研究背景、目的与意义 2

1.2新能源开发的必要性 2

1.3太阳能利用的优势 2

1.4太阳能LED路灯优势 3

1.5国内外应用现状 5

第二章方案的论证与选择 7

2.1设计要求 7

2.2设计组成方框图 7

2.3太阳能电池板 8

2.4蓄电池 8

2.5主控模块 9

2.6显示模块 9

2.7时钟芯片的选择 10

2.8路灯的选择 10

2.9最终方案的确定 10

第三章硬件电路的设计 12

3.1电路的总体结构 12

3.1.1太阳能电池板 12

3.1.2蓄电池 12

3.1.3太阳能路灯光源 13

3.1.4控制器 13

3.1.5灯杆及灯具外壳 13

3.1.6线缆和连接紧固辅件 14

3.2控制模块电路设计 14

3.3电源稳压电路 16

3.4UC3906充电电路 17

3.5光敏电阻接收电路 18

3.6标准时钟电路 19

3.7按键可调电路 20

3.8LED路灯驱动电路 21

3.9单片机最小系统复位电路 23

3.10数码管显示电路 24

3.11整机电路总体设计 25

第四章系统软件设计 26

4.1主程序设计 26

4.2计时程序设计 29

第五章太阳能路灯的仿真 31

5.1仿真流程 31

5.2仿真图 31

第六章电路PCB图 34

第七章总结 35

致谢 36

参考文献 37

附录Ⅰ整体电路图 38

附录Ⅱ 41

前言

面对人类可持续发展，从现有常规能源向清洁、可再生的新能源过渡已提到议事上来了。

因为新能源是依托高新技术的发展，开辟持久可再生能源的道路，以满足人类不断增长的能源需求，并保护地球的洁净。

利用太阳能发电，既不需要燃料，也没有烟尘和灰渣，不污染环境，非常清洁。

特别是太阳能电池板，使用寿命可达20年以上，性能稳定，同时维护费用较低。

太阳能是取之不尽、用之不竭的,是人类能够自由利用的能源。

在世界能源短缺、环境污染日益严重的今天，充分开发利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。

与传统的照明工具相比，超高亮白光LED照明源体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面有不可比拟的优越性，再加上太阳能灯具的节能性和安装简便，所以凡有工频交流电灯具的地方，LED灯具的触角就会到达。

21世纪将是以固体发光材料为核心的，即以LED为代表的新型光源、绿色照明的世纪。

今后。

随着各国政府的高度重视和加大投入，LED必将成为本世纪极具竞争力的新型绿色环保光源而掀起一次照明领域新的革命。

太阳能道路照明灯不需要架设输电线路或挖沟铺设电缆，不用专人管理和控制，可安装在广场、停车场、高尔夫球场、校园、公园、街道和高速公路等任何地方。

道路照明与人们生产生活密切相关，随着我国城市化进程的加快，绿色、高效、长寿命的LED路灯逐渐走入人们的视野。

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]。

1.2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[2]：

（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。

1.3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。

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。

1.4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路灯比节能灯还要节能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。

1.5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