大学生创新性实验计划项目申请表模板.docx
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大学生创新性实验计划项目申请表模板
项目编号______________
成都学院（成都大学）
大学生创新性实验计划
项目申请表
项目名称：
数控太阳能LED照明驱动系统
项目负责人：
所在学院、年级：
电了信息工程学院2010级
联系电话：
电子邮件：
指导教师：
项目起止时间：
起于：
2011年11月
止于：
2013年9月
填表日期：
2011年10月11日
成都学院（成都大学）教务处制
填表说明
1、《成都学院（成都大学）“大学生创新性实验计划”项目申请表》由立项负责人逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨，空缺项要填“无”。
并用A4纸打印，于左侧装订成册。
2、申请参加成都学院（成都大学）“大学生创新性实验计划”项目团队人数一般以2－3人为主，最多不得超过3人。
3、项目负责人填写完申请表后，必须请指导教师审核，并填写意见和签名。
4、《成都学院（成都大学）“大学生创新性实验计划”项目申请表》由申报学生所在学院初审，签署意见后（一式三份），由学院教务办一起报送教务处教学质量管理科。
5、如填表有不明事宜，请与教务处教学质量管理科联系和咨询。
联系电话：
84616053
项目名称
数控太阳能LED照明驱动系统的设计
申请经费
2000
项目负责人
姓名
学号
所在学院、专业
班级
项目中分工
签字
201010312136
电信学院，电信专业
一
主攻软件
项目成员
201010312121
电信学院，电信专业
一
主攻硬件
2010103122
电信学院，电信专业
二
主攻硬件
指导教师情况
姓名
职称
学历/学位
所在学院
E-mail地址
联系电话
1.课题来源：
□科研□教学□设计□工程□自选□其他（）
2.课题类别：
□工学□理学□文学□管理□经济□其他（）
一、项目简介和前期基础：
（包括项目简介300－500字；项目前期准备）
项目简介：
在能源日益短缺的今天，自然能的利用成了人们关注的焦点，在各种自然能中，无穷无尽的太阳能以其无处不在的优势倍受青睐。
实际上，地球上的一切能源都来自太阳。
煤和石油的生成，植物的生长，水和风的运动……但是，由于太阳能的分散性和不稳定性，直接利用太阳能并不容易，近年来，随着能源的短缺和太阳能利用技术的提高，直接利用太阳能才成为现实。
太阳能电池板是在有阳光时用来产生电能的，发电功率要根据照明用电的功率和照明时间来计算。
如照明灯具的功率是2瓦，要求没有阳光时连续照明时间10小时，再考虑变换电路的变换损失，太阳能电池板的发电功率必须是3瓦左右。
太阳能电池和LED照明是新能源和节能高效技术的典型应用，太阳能LED照明是利用太阳能电池将大自然中的太阳能转换为电能，提供给LED光源。
由于LED光源的低电压、节能和长效等特征，太阳能LED照明系统的应用，将实现很高的能源利用效率、工作可靠性和实用价值。
现在常见的应用有太阳能LED草坪灯、太阳能LED路灯和太阳能LED照明灯等。
太阳能LED照明系统的组成高效节能的太阳能LED照明数字控制驱动系统包括太阳能电池组、DC/DC转换器及MPPT（最大功率点追踪）充电控制、储存电能的蓄电池组和LED照明PWM控制驱动及LED光源等部分.
前期基础：
LED的运用如今已是达到了比较成熟的地步，比如用作光源类：
小功率LEDGU10，小功率LEDMR16（MR11），大功率LEDPAR灯系列，大功率LEDMR16系列等；LEDDRIVER驱动器及电源类：
大功率LEDDRIVER（驱动器）系列，LED恒压电源系列等；LED显示类等很多运用。
数字信号控制器DSPIC33F的运用也是比较多的，比如用来控制纯正弦波逆变器系统，基于开关电源芯片DSPIC33FJ16GS502的AC/DC电源设计等。
还有就是太阳能电池吸收能量来为外界供电的运用也是达到了一定的水平，例如利用太阳能发电来供给抽水机抽水等。
如今太阳能发电技术作为一种多学科综合交叉技术，包括物理电源（太阳电池）、化学电源（蓄电池）和电源变换（逆变器、充电器）等电源技术，也受到越来越多的电源工作者的注意。
在有了这些基础前提下，我们就能运用LED和数字信号控制器DSPIC33F来设计LED照明驱动系统。
二、项目方案和研究内容：
（研究意义与目的、现状、工作思路、方法及拟解决主要问题等）
太阳能LED照明系统的组成高效节能的太阳能LED照明数字控制驱动系统包括太阳能电池组、DC/DC转换器及MPPT（最大功率点追踪）充电控制、储存电能的蓄电池组和LED照明PWM控制驱动及LED光源等部分，系统组成如图所示。
太阳能电池组
太阳能LED照明系统的工作原理是：
在有太阳光的时间段，太阳能电池组将采集到的太阳能转化为电能，在控制系统的控制下，采用太阳能光伏电池MPPT方式，将电能储存到蓄电池组中，在LED照明系统需要电能供电时，采用PWM控制驱动方式，向LED照明光源提供安全高效的电压电流，使LED照明系统安全、稳定、高效并可靠地工作，为工作和生活提供洁净环保的绿色照明。
1 太阳能LED照明控制驱动系统
1.1控制驱动系统
太阳能光伏电池电能输出和储存的特点以及LED照明控制驱动的新技术进展，设计了一种新型太阳能LED照明系统控制驱动技术方案，控制方案能实现对太阳能电池和蓄电池的MPPT充放电管理、LED照明控制驱动管理。
系统的硬件框图如图所示，控制驱动系统以数字信号控制器DSPIC33FJ16GS502为核心控制芯片，这是美国微芯科技公司的新一代16位数字信号控制器（DSC），DSC与单片机的不同之处，在于增加了DSP资源，以单片机（MCU）为中心并融合
了DSP，具有MCU和DSP两类指令。
DSP引擎包含有一个高速17位×17位乘法器，能进行16位有符号乘法和除法运算，可进行小数或整数DSP乘法，一个40位ALU、两个40位饱和累加器和一个40位双向桶形移位寄存器。
DSPIC33F系列DSC全面支持数字控制系统，丰富的PWM控制和ADC转换功能特别适合DC/DC转换、电源管理和LED照明控制系统，可满足本设计对太阳能电池组、蓄电池组MPPT、充放电控制、DC/DC转换控制和LED照明驱动的控制管理。
系统的硬件框图
1.2太阳能光伏控制器及MPPT
太阳能光伏电池控制充电电路采用数字信号控制器为核心的全数字式DC/DC转换和MPPT电路（原理图见附图一）。
转换器采用升压降压双模式拓扑电路结构，这样的电路结构可以在从Vin>Vout到VinVT2、VT3、VT4分别受DSC的3路PWM信号驱动控制，U2和U3为数字温度传感器DS18B20，采用单总线测温，向DSC传送太阳能电池和蓄电池的工作温度，从R2处采样得到太阳能电池输出电压，从R11处采样获得蓄电池端电压，从R10处采样到充电电流，这些采样数据都通过DSC的A/D通道转换为数字信号，为MPPT控制和整个驱动控制系统工作提供工作状态参数，实现闭环数字系统控制。
MPPT控制采用基于占空比为控制变量的扰动观察法，由于太阳能光伏电池的输出呈非线性特性，为提高其利用率，对太阳能光伏电池的输出进行MPPT控制，以使太阳能光伏电池板的输出功率在不同的温度和太阳辐射强度下的达到最大化，本设计是将MPPT和DC/DC转换器结合起来，用高效率的转换器起太阳能光伏电池负载的阻抗变换作用，再在DSC的控制和管理下，寻求太阳能LED照明驱动系统的最大功率跟踪。
升压转换电路的输入输出电压见下式，降压转换电路的输入输出电压关系见公式：
Uout/Uint=1/（1-D）;
Uout/Uint=D
式中Uout为输出电压，Uint为输入电压。
D为PWM的占空比，可通过调节占空比来调节输出端的电压。
对于VT4通路，可通过调节PWM2H输出驱动的占空比，从而调节负载电流，因此，通过对PWM变换器的反馈控制，可将光伏系统的工作点跟踪稳定在最大功率点。
蓄电池是太阳能LED照明系统的重要部件，蓄电池的管理控制不仅影响到蓄电池和整个系统的工作效率，也极大影响蓄电池的工作寿命。
通常关注的是放电深度、充电程度和温度等3个方面，本设计采用DSC集中控制管理，是将蓄电池的管理和MPPT的工作过程统一控制进行，即进行蓄电池的MPPT充电管理方式，蓄电池控制和处理的内容有电池容量、三阶段充电电池端电压和电流测控、放电深度控制、温度补偿控制等。
MPPT程序模块流程如下图所示。
|ΔP|<ε|ΔP|<εΔP<-ε
ΔP>+ε
MPPT流程简图
在初始化后，通过电流和电压的采样测量，可获得光伏电池的输出功率，在输出电压稳定的状态下，通过电流占空比的微调DD，使光伏电池的输出电流有微量变化DI，再检测光伏电池的输出功率的变化，在设定的算法和当时的环境变量情况下，判断DP的变化方向，再来决定下一阶段的占空比的变化方向。
如果功率的变化小于了设定的微小量ε，则判定找到了最大输出功率点，只有到下一工作状态时，才继续寻找新的最大输出功率工作点。
1.3LED照明驱动控制电路
LED照明驱动控制为PWM方式恒压恒流控制（原理见附图二），可调光多路大功率LED驱动控制。
电感L3、功率MOSFET管VT6和VD4构成升压型DC/DC转换器，通过控制PWM3H输出的PWM的占空比，获得一个稳定的输出电压，PWM3L、PWM4H和PWM4L这3个PWM通道进行多路LED照明的恒流控制，R21、R23、R25提供LED照明驱动电路的电流反馈采样，U5是数字温度传感器DS18B20，通过单总线1-wireBUS和数字信号控制器dsPIC33F进行数据通信，将LED照明光源的温度送给DSC，R16向DSC提供输出电压采样，DSC将各路采样反馈参数和程序的设置参数进行对比后，通过调节各PWM的占空比，使LED照明光源得到稳定设置的驱动电压和电流。
VT7、VT8和VT9在DSC的数字PWM信号控制下，使LED光源实现宽的调光范围，在数字信号控制器DSC的控制管理下，对LED照明光源的驱动控制具有全面的过压、过流和热防护功能。
附图一
附图二
三、项目进度安排：
时间
项目
任务
负责人
成效
2011.11～2012.1
电子设计
技能训练
（学习）
部分电子元器件特性及其应用
张康
卓必新
唐子钱
熟练掌握电子设计基本操作技能
Protel、proteus等软件学习
元器件的安装与焊接学习
调试与故障检测学习
单片机原理及应用
2012.2～2012.4
软件学习
C语言编程学习
张康
卓必新
唐子钱
熟练掌握单片的使用和编程技术
2012.5～2012.6
研究其原理和作品设计
主要元器件的学习及其研究
张康
卓必新
唐子钱
完成作品设计
太阳能LED照明驱动系统原理，作品电路图
2012.7～2012.12
作品制作
元器件购买
张康
卓必新
唐子钱
完成作品制作
印制电路板制作
作品焊接与装配
2013.1～2013.5
调试与检测
调试和检测作品电路
张康
卓必新
唐子钱
作品能实现既定功能
2013.6～2013.8
设计报告
收集、整理作品设计资料
张康
卓必新
唐子钱
完成设计报告的撰写
学习设计总结报告写作格式
撰写设计总结报告
2013.9
作品上交
张康
四、项目特色与创新：
太阳能LED照明驱动控制技术进行了分析和研究，并针对太阳能光伏电池的特性，提出了基于数字信号控制器和DC/DC转换器的MPPT控制方式，结合大功率LED照明的驱动特性，设计了一种以DSC为控制核心的全数字化PWM式太阳能LED照明控制系统，具有恒压恒流控制性能，宽范围调光能力，能从多个方面保护和改善蓄电池的工作状态，延长蓄电池的使用寿命，采用数字PWM式的MPPT控制，能使太阳能光伏电池工作在最佳功率输出状态。
在这个系统的基础之上还可以进行改装，比如把LED照明系统那部分换成其他的,为手机等小型电器供电，可用在照明和外出供电方面，也可以作为车载装置加以应用。
五、拟使用资源（设备、场地、设施等具体情况）
小型的实验室，电脑以及数字式万用表、示波器等一些作品制作所需的工具。
六、经费使用计划
序号
支出项目
金额（元）
依据或理由
1
DSPIC33FJ16GS502×2片
200
主芯片
2
18V25W太阳能电池板×2块
400
将光能转换成电能
3
DSPIC33F×2
100
LED照明驱动控制器主芯片
4
DS18B20×4
100
温度传感器
5
蓄电池组×2
300
蓄电
6
其他电子元件
900
作品所必需的元器件
合计
2000
七、项目预期成果：
（研究论文、设计、调研报告、申请专利、开发软件、研制产品等）
该项目运用太阳能电池和LED照明等新能源和节能高效技术来完成照明系统的设计，将实现很高的能源利用效率、工作可靠性和实用价值。
这种太阳能LED照明驱动系统具有恒压恒流控制性能，宽范围调光能力，能从多个方面保护和改善蓄电池的工作状态，延长蓄电池的使用寿命。
另外，在此基础上还可以进一步改装，还可以加一些其他的负载在太阳能上面。
这样就可以把太阳能吸收的能量充分利用，比以前传统的太阳能发电的利用率提高20%～30%，即环保又节能。
做出一个高利用率的太阳能LED照明及小型供电系统。
八、指导教师意见：
（评价该项目研究方案的科学性、可行性、研究意义等）
指导教师（签名）：
年月日
九、所在学院意见：
学院院长（签字）：
年月日
十、专家小组意见：
专家小组负责人（签字）：
年月日
十一、学校意见：
盖章：
年月日
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