太阳能路灯控制器设计Word文档格式.docx

1、3A-10A；6、太阳能电池单体工作电压：0.45-0.50V，电池组的功率可打到几瓦到几百瓦；7、充放电控制器欠压保护：10.8-14.7V，低压保护：12-14.7V。三、主要工作内容：1.调查分析太阳能的发展历程和路灯控制器的发展状况2.对所需资料进行搜集、分析、总结确定总体设计方案；3.根据课题要求确定硬件方案与设计；4.软件设计；5.完成文献综述，开题报告及毕业设计说明书和设计说明书的撰写工作；6.与老师和同学们进行交流、研究、讨论，对毕业设计修改，直到达到毕业设计要求，进行答辩。 四、主要参考文献: 1冯垛生.太阳能发电技术与应用.北京：人民邮电出版社，2009,160-166 2

2、王君一，徐仁学.太阳能利用技术.北京：金盾出版社，2008,16-35 3熊绍珍，朱美芳.太阳能电池基础与应用.北京：科学出版社，2009 4杨恒.LED照明驱动器设计步骤详解.北京：中国电力出版社，2010 5沙占友，王彦朋等.开关电源设计入门与实例解析.北京:中国电力出版社，2009 学 生（签名） 年 月 日指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目一、选题的背景和意义： 太阳能控制器是太阳能光伏系统的核心部分，但在过去的太阳能控制器发展过程中，常常受到太阳能控制器性能影响从而造成：电池往往用不到

3、一年就需要更换，不仅提高了后期维护费用，而且增加了客户的消费成本，也造成了浪费。其次是太阳能属于不稳定能源，而且能量分布不均，夏天能量充足，但路灯使用时间短，冬天有效光照时间短，但路灯使用时间长，大大降低了运行的可靠性，这也是受到太阳能控制器性能影响。通过研究不同的电路拓扑结构和先进的控制算法，在太阳光强度、太阳能电池温度以及负载改变的情况下，尽可能使太阳能电池时刻保持最大输出功率状态，即实现最大功率点跟踪（MPPT）。蓄电池充电策略直接影响到蓄电池的寿命，研究智能化的充电方法，提高蓄电池的充电接受率，减少充电时间，对于整个光伏系统的工作状况具有重要意义。独立光伏系统的环境一般比较恶劣，如何提

4、高系统稳定性也是当前所有光伏电源控制器研究者最急需解决的问题之一。二、课题研究的主要内容：1、太阳能路灯控制器的整体设计方案2、太阳能电池种类3、太阳能路灯控制器的电路图设计4、蓄电池充放电特性研究5、过充过放电路设计三、主要研究（设计）方法论述：1、调查分析太阳能的发展历程和路灯控制器的发展状况；2、在以上找到资料的基础上进行整合并学习；3、在对相关资料的学习之后大体确定一个设计框架，并着手开始进行每部分设计；4、接下来是着重对太阳能路灯照明系统的设计和各种性能研究进行阐述，最终完成整个系统设计。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2013.09.162013.09.27

5、拟定题目、完成毕业设计任务书2013.09.282013.10.08完成毕业设计开题报告2013.10.092013.10.10完成摘要和前言2013.10.112013.10.16完成第一章到第三章的内容撰写2013.10.172013.10.23完成中期的检查报告2013.10.142013.10.24完成第四章到第七章的内容撰写2013.10.252013.11.05完成对于整篇论文的检查2013.11.062013.11.17根据老师的指导对论文进行修改2014.06.132014.06.15准备毕业答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名：目录摘

6、要Abstract第1章 前言 11.2太阳能路灯控制器设计意义 1第2章 太阳能路灯控制器的发展现状和介绍 22.1 太阳能路灯控制器发展现状 22.2 太阳能路灯控制器介绍 22.3 日常生活中马路边安装的太阳能路灯 32.4 太阳能路灯的工作原理及特性 42.5 本章小结 4第3章 系统的整体设计 53.1 控制器设计 53.1.1控制器设计的理论基础 63.1.2 控制器芯片选择 63.1.3 控制器充放电电路 83.1.4太阳能路灯系统的组成介绍 103.2 太阳能路灯系统设计总体分析 103.3 锂蓄电池的充放电特性 113.4 本章小结 12第4章 系统的硬件设计 134.1 系

7、统电路框图 134.2 硬件设计的原理流程图 134.3 LED驱动电路设计 144.4涓流充电电路 154.5 单片机外围电路设计 164.5.1复位模块电路设计 164.5.2 晶振电路 174.5.3 按键开关电路 174.6 本章小结 18第5章 系统软件设计 195.1 设计思路 195.2 系统主程序流程 195.3 初始化子程序 205.4 A/D转换子程序 215.5 显示子程序 225.6本章小结 22第6章 系统调试 236.1软件调试 236.2硬件及总体电路调试 236.3系统改进方案 23第7章 结束语 24参考文献答谢辞随着经济的发展,社会的进步,人们对能源的需求与

8、日俱增,大家开始关注能源危机,对能源的要求越来越高,怎样寻找新能源并为人类所用,已经成为一个迫切需要解决的全球问题,而太阳能则是一个取之不尽、用之不竭的能源。太阳能的利用主要包括太阳能的光热利用、太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用。太阳能光电利用是近年来发展最快,也是最具活力的研究领域,也是最具活力的研究领域。 由于LED的工作电流是直流,且工作电压较低。太阳能电池将光能转化为直流电能,且太阳能电池组件可以通过串并联方式组合得到实际需要的电压。这些特点恰好与LED相匹配,两者结合将获得很高的利用率、较高的安全性能,实现节能、环保、安全、高效的照明系统。太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中的重要

9、的部件,也是与各路灯系统的最大的区别所在。控制器的性能如何,决定了一个太阳能光伏系统运行情况的优劣。所以设计功能完备,结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的。 本课题是基于单片机80C51的太阳能LED路灯控制器的设计。蓄电池充放电精确控制也在此控制器中得到实现。设计结果表明，应用此控制器的太阳能光伏系统效率高、运行稳定，蓄电池寿命也可延长。关键词：太阳能；单片机；充放电电路With the development of economy, the progress of the society, people grow with each passing day demand for ene

10、rgy, we begin to pay attention to the energy crisis, the increasingly high demand for energy, how to find new energy and used for the human, has become an urgent need to address global problem, and the solar energy is a huge, long endless energy. The use of solar energy mainly includes the utilizati

11、on of solar energy solar thermal utilization, solar photovoltaic and solar energy use photochemistry. The use of solar PV is the most rapid development in recent years, the research field is also the most active research fields, and also the most active. Because of the working current of LED is dire

12、ct, and low operating voltage. Solar cells convert light energy into DC power, and the solar battery components can be voltage by series parallel combination to get the actual needs of the. Which just matches with the LED, the combination will get very high utilization rate, high safety performance,

13、 achieve energy saving lighting system, environmental protection, safety, high efficiency. Solar street lamp controller is an important component of solar street lamp system, and also the biggest difference is the lighting system. How the performance of the controller, determines a solar PV system r

14、unning the merits of the case. So the design of complete function,intelligent street light controller has the advantages of simple structure is very important. This topic is the design of solar LED street lamp controller based on MCU 80C51. Precise control of battery charging and discharging is achi

15、eved in the controller. The experimental results show that, the efficiency of solar energy photovoltaic system with this controller is high, stable running,the battery life is also extended.Keywords:Solar energy;Controller;The charging and discharging circuit 第1章 前言1.1太阳能发电背景介绍 跨入21世纪后，人类面临着实现经济和能源可

16、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,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。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

17、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，光伏发电必将取代部分常规能源。1.2太阳能路灯控制器设计意义本文就是对太阳能路灯进行深入研究。太阳能路灯以太阳光为能源

18、，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。现在我们就是以单片机的太阳能路灯控制器的设计为基础，对12V和24V蓄电池可以自动识别，能实现对蓄电池的科学管理，能指示蓄电池过压、欠压等运行状态，具有两路负载输出，每路负载额定电流可以达到5A，两路负载可以随意设置为同时点亮，分时点亮，单独定时等工作模式，同时对负载的过流、短路具有保护功能，具有较高的自动化和智能化程度。第2章 太阳能路灯控制器的发展现状和介绍2.1 太阳能路灯控制器发展现状随着新能源的全面发展，太阳能

19、作为最普遍、最给力的主力新能源，由传统的光热应用，已经更多的应用于光电领域。渗透到家庭、电力、交通、照明、监控、通信等多种不同的行业，而作为目前最大的太阳能光电应用主要是体现在太阳能路灯照明系统种。太阳能路灯照明系统的主要组成部分是太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、太阳能路灯这几个部分组成。而其中太阳能控制器价值最低，而作用最大，也是最关键的一个环节。一个好的太阳能控制器能够保障整个太阳能系统的稳定性、可靠性，在一定程度上关系到整个工程的质量好坏。2.2 太阳能路灯控制器介绍 图2-1 双时段型太阳能路灯控制器 图2-2 防潮型太阳能路灯控制器图2-3 市电互补型太阳能路灯控制器 图2-4

20、无线调光型路灯控制器太阳能路灯控制器经过几年的发展，目前大概状况如下：从技术角度来讲主要分：PWM 和MPPT模式，开关控制的控制器早已经被淘汰。PWM是目前应用最多的，MPPT作为一种新的最大功率跟踪技术，更有效的提高的系统的充电效率，在不久的将来，有可能会全面替代现有的PWM控制器，不过还需要很长的一段时间。从功能上分：目前的控制器主要有光控、时控、双时段、双路、四季定时、市电互补、防水型等类型的控制器产品。各种功能释义如下：光控：根据光线强弱来控制路灯的启停。或者说根据白天和黑夜来控制路灯的工作；时控：这个再控制器行业里，不是顾名思义的，不是指时钟控制，而是指延时控制，就是在光控启动路灯

21、的同时可以设定路灯的工作延时时间；双时段：是指控制器路灯可以在两个预设的时段内工作，比如说要在天黑后4小时内工作，另外还要在天亮前的两小时内工作，中间的时间由于基本无人夜行，为了节省资源，则在中间的时间段关闭路灯；双路： 是指该太阳能控制器能够控制两路路灯工作；四季定时：是指可以根据一年四季的四个季节来调整设置每个季节的路灯工作时间，包括路灯的启停时间和工作时间；市电互补：是太阳能和市电相互辅助工作的一种模式，一般控制器行业里说市电互补都是以太阳能系统优先，市电作为备用供电系统，称之为市电互补，也有特殊情况，需要市电优先，太阳能备用的，这种情况极少。防水型：顾名思义，这是一款针对沿海或者特别潮

22、湿地区研发的高防水性能控制器。防护等级为IP67。真正做到能够泡到水里工作。然而，现已研制出来的光伏电源控制器还存在许多急需解决的问题。实际上，在MPPT技术的使用和蓄电池充电策略的优化之间存在矛盾冲突，能源利用效率较低，蓄电池充放电方式的不合理，对蓄电池的保护不够充分，这些都是目前市场上电源控制器普遍存在的问题。为了对太阳能光伏资源进行全面的开发和利用，控制器的稳定性和可靠性也有待进一步提高。2.3 日常生活中马路边安装的太阳能路灯图 2-5 常见路灯样式太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，也是各种路灯系统最大的区别所在。可以说，光伏路灯系统的不同，其实质就是控制器的不同。其设

23、计的好坏，决定了一个太阳能光伏发电系统运行情况的优劣。所以设计功能完备，结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的。太阳能灯具中,一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命,必须对它的充电放电条件加以限制,防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能,具有光控、时控的功能,并应具备夜间自动切断负载功能,便于阴雨天延长路灯工作时间控制模块的基本思想是检测太阳能电池板电压，若白天到，封锁控制电路，LED灯关闭；夜晚，太阳能电池板电压较低，开启控制电路，LED灯点亮。同时检测蓄电池端电压，判断其充电方式、以及

24、对负载LED的供电方式。控制器结构电路主要由充电电路、放电电路、单片机外围电路和LED驱动电路等几部分组成。太阳能控制器功能：1.电池组件防反充保护；2.蓄电池过充保护；3.蓄电池的过放保护；4.电池组件、蓄电池的反接保护；5.负载过压保护； 6.智能充电：增加浮充功能，即恒压控制。2.4 太阳能路灯的工作原理及特性 太阳能路灯就是以太阳能为光源，在白天天阳能电池板会给蓄电池充电，晚上，当需要照明的时候，蓄电池会开始给灯源供电使用。其在使用中无需铺设复杂昂贵的供电线路，使得其能在任何场地任何环境安装，它的电池采用自然光，可以循环使用，无须外界电源，来源绿色环保，当太阳光不足一定程度时，太阳能路

25、灯能够自动调节开关，真正做到了无人守护、全天候工作。太阳能路灯的特点、材质结构和供电线路上都有很大的不同。在产品特点上，太阳能路灯在灯源上采用了太阳能。白天，它可以利用太阳能电路板给路灯里面的蓄电池充电，到了晚上，蓄电池就可以给灯具进行供电，完全可以满足照明的需要。太阳能路灯采用的太阳能电源绿色环保，自然界处处可见，这就节省了铺设供电线路所需要的材料，节省了大量的人力物力，提高了施工效率。此外，太阳能路灯绿色环保、节能降耗、使用寿命长、产品结构稳定，具有非常好的社会效益和经济效益。太阳能路灯是我们国家采用太阳能这种新型能源作为路灯外在供电能源的一种交通道路状况照明灯，在城市生活中，路灯发挥着非

26、常重要的作用，是我们出行和夜生活的眼睛。2.5 本章小结本章通过查阅资料了解到太阳能的发展历程，从国外国内对太阳能的发展作了较为详细的介绍，同时也对太阳能路灯控制器和太阳能路灯目前国内外的技术作了详细的介绍，让大家有所了解对太阳能利用之一的太阳能路灯的相关概况，以及介绍太阳能路灯的照明工作是如何实现的。从而发现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。第3章 系统的整体设计3.1 控制器设计控制器的设计是本系统设计的核心，下面我们就从了

27、解控制器设计理论基础开始对控制器进行设计，如图3-1所示为设计框图。图3-1设计框图3.1.1控制器设计的理论基础同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能,具有光控、时控的功能,并应具备夜间自动切断负载功能,便于阴雨天延长路灯工作时间。控制模块的基本思想是检测太阳能电池板电压，若白天到，封锁控制电路，LED灯关闭；1、电池组件防反充保护；2、蓄电池过充保护；3、蓄电池的过放保护；4、电池组件、蓄电池的反接保护；5、负载过压保护；6、智能充电：3.1.2 控制器芯片选择智能化控制芯片中，单片机凭其体积小、封装形式简单、易于焊接、功能齐全、功耗较小等优点不失为最佳选择。利用单片机完全可以实现路灯亮度的自

28、动调节并能达到节省能源的目的，并且一旦开机就可以智能地持续工作，减少了工作人员的维护量。在光伏发电系统中，充电器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，能快速、平稳高效的为蓄电池充电，同时保护蓄电池，避免过充现象的发生，并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命。选择控制器的关键取决于芯片的不同和电路的不同，以下从三个方面进行对比论证。首先是简易并联调节的控制器，其近似可以看作是恒流源对蓄电池充电。因此，当在蓄电池达到浮充电压点时，蓄电池并没有充满，切断电源后，蓄电池电压会有很大的降落。如果将浮充电电压点值设定得太高，欲使蓄电池尽量充满，这样又会导致蓄电池的过早损坏。其充放电曲线不

29、是很好，因此只适用于小功率的用户和要求不高的场合，特别适用于12V和24V输入的220W以下的用户系统。其次是PIC1F6716，众所周知的PIC系列单片机具有的特点有，哈佛总线结构，精简指令集技术，寻址方式简单、寻址空间独立，代码压缩率高、程序保密性强，功耗低，驱动力强，拥有两种串行总线端口，外接电路简洁，开发方便，运用C语言编程，程序存储器版本齐全等。具有性能完善，功能强大，学习容易，开发应用方便等优点。最后，对于芯片AT80C51的单片机。AT80C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。