毕业论文定稿—基于单片机的太阳能路灯控制系统设计

毕业论文定稿—基于单片机的太阳能路灯控制系统设计内容摘要：

一般有铅酸蓄电池、 NiCd 蓄电池、 NiH 蓄电池。 铅酸蓄电池有多种充电形式 ,主要为 :恒流充电、恒压充电和 3 阶段最优形式充电。 一般来讲 ,这种蓄电池充电时 ,应 外接直流电源 (充电极或整流器 ),使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质 , 并把外界的电能转变为化学能储存起来。 其过充电时间与充电速率有关 ,实际工作中可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。 镍镉 (NiCd)蓄电池的正极为氧化镍 ,其负极为海绵状金属镉 ,电解液多为氢氧化钾 ,氢氧化钠碱性水溶液。 小型密封镍镉电池的结构紧凑 ,坚固 ,耐冲击 ,震动 ,成品电池自放电小 ,在使用上适合大电流放电 ,使用温度范围广 ,零下 40 度到零上 60 度。 镍氢 (NiH)蓄电池镍氢电池的设计源于镍镉电池 ,但 在改善镍镉电池的记忆效应上 ,有极大的发展。 其主要的改变 ,在于以储氢合金取代负极原来使用的镉 ,因此镍氢电池可以说是材料革新的典型代表。 镍氢电池所造成的污染 ,会比含有镉的镍镉电池小很多。 蓄电池是太阳能灯具的核心部件 ,它储存、并释放电能 ,功能等同于电能仓库。 蓄电池容量的选择一般遵循以下原则 :首先在能满足夜晚照明的前提下 ,把白天太阳能电池组件吸收的能量尽量存储下来 ,同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。 蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要 ,容量过大 ,一方面蓄电池始终处在亏电状态 ,影响蓄电池寿命 ,同时造成浪费。 蓄电池应与太阳能电池、用电负荷 (壁灯 )相匹配。 可用一种简单方法确定它们之间的关系。 太阳能电池功率必须比负载功率高出 4 倍以上 ,系统才能正常工作。 太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压 20~30%,才能保证给蓄电池正常供电。 蓄电池容量必须比负载日耗量高 6 倍以上为宜。 蓄电池结构分为 :板栅 (正极板栅、负极板栅 )、隔板、电解质及其它部件(外壳、电气盖等 )。 目前市场上蓄电池因酸液不同分为铅酸蓄电池和胶体蓄电池(固体蓄电池 )。 铅酸蓄电池因其维护复杂 (酸液因为析氢的损耗 ,需要补充酸液 ),使用 寿命短 (3 年左右 ),自恢复能力差等因素 ,正逐渐被胶体蓄电池所 替代。 胶体蓄电池的特点 : ,甚至在放电后未及时补充电的情况下容量也能 100%得到回充。 8~10 年 ,适合每天使用。 ,很小均衡充电。 ,充电 接受能力强。 ,电池内部水分损耗小。 综上对比 ,以及客观条件的要求可得 ,太阳能灯具优先采用胶体蓄电池。 照明灯具的选择 太阳能壁灯采用何种光源 ,是判断太阳能灯具能否正常使用的重要指标 ,一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、 LED 光源。 :功率小 ,光效较高 ,但使用寿命在 2020 小时左右 ,电压低 ,灯管发黑 ,一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。 :低压钠灯光效高 (可达 200Lm/w),但需逆变器 ,低压钠灯价格贵 ,整 个系统造价高 ,采用较少。 :功率小 ,光效较高。 该灯在 220V(纯正弦波 ,频率 50 赫兹 )普通市电条件下使用 ,寿命可以达到 5 万小时 ,但在太阳能灯具上使 用寿命大大减少 ,与普通节能灯差不多 (因为太阳能灯具都是方波逆变器 ,太阳能电源 220V 输出频率、相位、电压都是不能和普通市电相比的 )。 :LED灯光源 ,寿命长 ,可达 100000小时 ,工作电压低 ,不需要逆变器 ,光效较高 ,国产 50Lm/w,进口 80Lm/w。 随着技术进步 ,LED 的性能将进一步提高。 笔者认为 LED 作为太阳能壁灯的光源将是一 种趋势。 因此 ,为达到最佳性能要求 ,选择 LED 灯具作为光源。 控制器芯片的选择 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壁灯亮度的自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 AT89C51 的单片机。 AT89C51 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 MCS51 指令系统。 功能强大的 AT89C51单片机可为用户提供许多高性价比的应用场合 ,可灵活应用于各种控制领域。 AT89C51 的芯片管脚图如图 21. 其主要特性为 : ?与 MCS51 兼容 ?4K 字节可编程闪烁存储器 ?寿命 :1000 写 /擦循环 ?数据保留时间 :10 年 ?全静态工作 :0Hz24Hz ?三级程序存储器锁定 ?128 8 位内部 RAM ?32 可编程 I/O 线 ?两个 16 位定时器 /计数器 ?5 个中断源 ?可编程串行通道 ?低功耗的闲置和掉电模式 ?片内振荡器和时钟电路 鉴于对 AT89C51 比较熟悉 ,而且对于应用大型功率无人看守的光伏发 电系统 ,直接关系到运行、维修的成本及系统的可靠性因此选择此款芯片。 图 21 AT89C51 芯片管脚 方案的配置与计算 在众多太阳能壁灯实际 应用中 ,很多地方的太阳能壁灯不能满足正常照明需要 ,尤其在阴雨天的情况下更为突出 ,除使用了质量较差的相关组件外 ,另一个主要的原因就是一味的降低组件成本 ,不按需求设计配置 ,减小电池板和蓄电池的使用标准 ,所以导致在阴雨天壁灯无法提供照明。 壁灯设计所需的数据。 通过地理位置可以了解并掌握设备使用地的气象资源 ,比如月 (年 )的平均太阳能辐照情况、平均气温、 大气质量等 ,根据这些条件可以确定当地的太阳能标准峰值时数 h 和太阳能电池组件的倾斜脚与方位角。 用光源的功率。 光源功率大小直接影响整个系统的参数。 H。 这是决定系统组件大小的核心参数 ,通过确定工作时间 ,可以初步计算负载每天的功耗和与之对应的太阳能电池组件的充电电流。 d。 此参数决定了蓄电池容量大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳能电池组件功率。 D。 这是决定系统在一个连续阴雨天过后充满蓄电池所需要的电池组件功率。 壁灯设计参数的确定 以某市为例 ,安装一批太阳能壁 灯 ,光源功率 8W,要求壁灯每天工作 11小时 ,保证连续 7 个阴雨天能正常工作。 当地东经 114 度 ,北纬 23 度 ,年平均日太阳辐射为 ,年平均月气温为 度 ,两个连续的阴雨天间隔时长 25天。 根据以上资料 ,计算出光伏组件倾斜角 26 度 ,标准峰值时数约 4 小时。 负载日耗电量 : 21 式中 U 为系统蓄电池标称电压 2 满足负载日用电的光伏组件的充电电流 : 22 式中系数分别为太阳能充电综合损失系数 ,蓄电池充电效率和控制器效率 3 蓄电池容量 : 23 式 中 为蓄电池放电深度 , 为蓄电池安全系数 4 连续阴雨天过后需要恢复蓄电池容量的太阳能电池组件充电电流 :24 式中 为蓄电池放电深度 5 太阳能。