基于单片机控制的节能型太阳能led路灯的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机控制的节能型太阳能led路灯的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

利用电路仿真软件 proteus 进行仿真设计与调试。 根据提出的系统设计内容和目标，本文给出整个系统的设计规划，并且对于系统的各个模块的实现进行元件选型。 系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。 与照明负载配合，考虑到连续阴天的情况，对系统容量留出一定裕度。 太阳能电池是太阳能照明系统的输入，为整个系统提供照明和控制所需电能。 在白天光 照条件下，路灯熄灭，太阳能电池将所接收的光能转换为电能，经充电电路对蓄电池充电；天黑后，太阳能电池不再供电，充电器停止工作，转而进入蓄电池放电阶段，点亮路灯。 蓄电池作为太阳能照明系统的储能环节，白天将太阳能电池输出的电能转换为化学能储存起来，到夜间再转换回电能输出到照明负载。 全天中控制器的电源一直由蓄电池供给。 控制系统以单片机为核心，来实现系统中太阳能电池工作状态的 MPPT 即 最大功率点跟踪（ Maximum Power Point Tracking） 、蓄电池容量检测和蓄电池充电精确控制以及集中化的对区域内路灯 故障的准确诊断和调试。 从而实现太阳能照明系统在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求提高太阳能照明系统效率，延长蓄电池的寿命，并实现人性化的集中远程管理。 图 光伏发电系统 block of PV Systems 系统组成 毕业设计 (论文 )网 : 7 本课题研究的主要内容是基于单片机的节能型太阳能 LED路灯的设计。 太阳能路灯主要由太阳能电池板 (包括支架 )、 LED灯头、控制器、蓄电池组、灯杆及灯具外壳几个部分组成。 其中控制系统由单片机及逻辑电路实现。 各地应根据本地照明要求和气候条件进行太阳能路灯设计。 图 系统结构图 the Structure of System 太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。 其作用是将太阳的辐射能力转化为电能，或送至蓄电池中存储起来。 较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池等三种。 本课题主要研究的也是硅太阳能电池。 单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区使用；多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低，适合在太阳光充足、日照好的东西 部地区使用；非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光不足的地区使用。 太阳能电池的工作电压约为蓄电池电压的 倍，才能保证给蓄电池正常充电。 太阳能电池的单位面积输出功率约 127Wp/m2。 太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照明光源、线路传输部件所消耗的总功率以及当地太阳能辐射能量。 太阳能电池组输出功率宜为光源功率的 3~5 倍以上 :光照丰富、开灯时短地区为3~4 倍以上，反之为 4~5 倍以上。 太阳能电池输出功率 Wp 是标准太阳光照条件下，即 :欧洲委员会定义的 101 标准，辐射强度 1000W/m2，大气质量 ，电池温度 25℃条件下，太阳能电池的输出功率。 不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。 所谓标准条件，接近平时晴天中午前后的太阳光照条件。 表 即为我国不同地区太阳光照条件对比，表 为 年总辐射量与日平均峰值日照时数对应表。 表 我国不同地区太阳光照条件 毕业设计 (论文 )网 : 8 Table Solar illumination conditions in different regions of China 区域划分 丰富地区 比较丰富地区 可以利用地区 贫乏地区 年总辐射量 ≥ 580 500～ 580 420～ 500 ≤ 420 千焦 /厘米 不宜用太阳能 地域 内蒙西部、甘 新疆北部、东北、 东北北端、内蒙呼 重庆、四川、 肃西部、新疆、 内蒙东部、华北、 盟、长江下游、福 贵州、广西、 南部、青藏高 陕北、宁夏、甘 建、广州、广西、 江西部分地 原 肃部分、青藏高 贵州部分、云南、 区 原东侧、海南、 河南、陕西 台湾 连续阴雨天 2 3 7 5 表 年总辐射量与日平均峰值日照时数对应表 Table The total radiation and daily average peak sunshine hours of the corresponding table 年总辐射量 (千焦 /厘米 ) 420 460 500 540 580 620 660 700 740 平 均峰值日照时数（ h） 路灯杆一般在 5m以上，重心较高，大部分太阳电池板都是悬挂式，为增强整套设备的抗风力，一般选择多块太阳电池板组成所需要的组件功率。 即在实际运行中，按照所需要的功率等级和电压等级可以将若干单个光伏电池串并联组成光伏阵列。 表 我国主要城市年平均日照时间及最佳安装转角 State average sunshine time of major cities and the best installation angle 城 市 纬度 最佳倾角 年平均日照时间 城市 纬度 最佳倾角 年平均日照时间 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 哈尔滨 Φ +3 杭州 Φ +3 长 春 Φ +1 南昌 Φ +2 沈阳 Φ +1 福州 Φ +4 北京 Φ +4 5 济南 Φ +6 天津 Φ +5 郑州 Φ +7 呼和 Φ +3 武汉 Φ +7 太原 Φ +5 长沙 Φ +6 乌鲁 Φ +12 广州 Φ 7 木齐 毕业设计 (论文 )网 : 9 续表 1 城 市 纬度 最佳倾角 年平均日照时间 城市 纬度 最佳倾角 年平均日照时间 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 西宁 Φ +1 海口 Φ +12 兰州 Φ +8 南宁 Φ +5 银川 Φ +2 成都 Φ +2 西安 Φ +14 贵阳 Φ +8 上海 Φ +3 昆明 Φ 8 南京 Φ +5 拉萨 Φ 8 合肥 Φ +9 太阳能控制器 无论太阳能灯具大小，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、时空、温控等功能选择，具有调光功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。 要给蓄电池充电，太阳板的输出电压必须高于电池的当前电压，否则输出电流就会接近 0。 所以，为了安全起见，太阳能板在制造出厂时，太阳能板的峰值电压（ Vpp）大约在 17V 左右，这是以环境温度为 25176。 C 时的标准设定的。 这样设定的原因，在于当天气非常热的时候，太阳能板的峰值电压 Vpp 会降到 15V 左右，但是在寒冷的天气里，太阳能的峰值电压 Vpp 可以达到 18V。 传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速箱，当发动机的转速增高的时候，如果变速箱的档位不相应提高的话，势必会影响车速。 但是对于传统控制器来说，充电参数都是在出厂之前就设定好的，这就像车的档位被固定设置在 1 档。 那么不管你怎样用力的踩油门，车的速度也是有限的。 而MPPT 控制器是自动挡的。 它会根据发动机的转速自动调节档位，始终让汽车在最合理的效率水平运行。 即 MPPT 控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。 电压越高，通过最大功率点跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。 所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值 (VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。 理论上讲，使用 MPPT 控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高 50%，但是跟据我们的实际毕业设计 (论文 )网 : 10 测试，由于周围环境影响与各种能量损失，最终的效率也可以提高 20%~30%。 从这个意义上讲， MPPT 太阳能充放电控制器，势必会最终取代传统太阳能控制器。 蓄电池的选择 由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。 蓄电池在有光照时将太阳能电池板所发出的 电能储存起来，到夜晚需要照明的时候再释放出来。 （ 1）类型选择。 其类型一般有铅酸蓄电池（适于低温高倍率放电，比能量偏低，目前大部分太阳能路灯采用，密封免维护，价格低。 注意防止铅酸污染，应逐步淘汰） NiH 蓄电池（放电倍率高、低温性能好，循环寿命长，小型系统采用。 注意防止福污染） NiCd 蓄电池（高倍率放电，低温性能好，价格便宜，无污染，为绿色环保电池。 小型系统采用，要大力提倡）目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍铭蓄电池三种。 在此次设计中采用铅酸蓄电池。 (2）容量选择。 蓄电池容量过小，不能 满足夜晚照明的需要；容量过大，蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，也造成浪费。 蓄电池容量 (Ah)与负载容量 (Ah)之比宜在 3~6 倍以上：连续阴雨天数较少地区约为 3~4 倍以上，连续阴雨天数较多地区约为 5~6 倍以上。 （ 3）蓄电池联结。 并联连接时，要考虑各单体电池间的不平衡影响。 并联组数不宜超过 4组。 注意蓄电池防盗。 太阳能用蓄电池的几点特殊要求 (1)额定容量。 现有固定型 VRLA 电池，机械、邮电、电力等行业的标准为 10 小时率容量。 JB／ T96531999《储能用铅酸蓄电池》标准规定的 30 小时率容量， 主要是针对干荷电铅酸蓄电池而言。 对于固定型 VRLA 电池，最好采用 20 小时率或 24 小时率，以满足每天使用 5H、能承受 3 天无太阳或无风时的日常供电。 (2)低温放电和充电的性能。 (3)充电效率和深放电后的恢复性能。 由于VRLA 蓄电池在运行中处于不完全充电状态，有时还存在深放电后的静置，所以蓄电池的充电效率和深放电后的恢复性能是很重要的指标。 (4)使用寿命。 12V 系列在 5 年左右， 2V 系列在 8 年左右。 (5)可在海拔 5000m以上的地方使用。 (6)蓄电池组内各单体电池的一致性。 单体电池的一致性不仅包括电池的开路电压、初 期容量，而且还包括电池的内阻、自放电以及 Ah 充电效率等方面。 这就要求从铸板工序开始到各项检测都必须控制在较小公差范围内。 采用机械铸板、涂板、极板定量称重和定量灌酸灌胶等工序是电池均一性的基本保障。 光源和应用 太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能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。