应用电子技术专业毕业论文24530.doc

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1、毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 设计（论文）题目：太阳能光伏控制系统 扬州职业大学设计（论文）第 2 页 共 37 页 目目 录录 第一章 引言5 1.1 太阳能应用5 1.2 路灯工作原理介绍6 第二章 方案论证6 2.1 设计要求.6 2.2 方案选择.7 2.3 设计原理. .7 第三章 系统总体框架8 第四章 系统硬件9 4.1 太阳能电池板.9 4.2 太阳能电池的基本特性.9 4.3 蓄电池.10 4.4 太阳能控制器介绍. 11 4.5 照明负载.12 4.6 蓄电池和太阳能板选用.14 4.7 太阳能充放电路15 第五章 系统软件设计16 5.1 时间设置子程序.18

2、 5.2 充电控制子程序18 5.3 电池电压检测子程序.19 5.4 按键子程序.20 5.5 外中断 1.21 5.6 显示子程序.21 5.7 延时子程序.22 5.8 外中断 扬州职业大学设计（论文）第 3 页 共 37 页 0.22 结论24 致谢25 参考文献26 附录 A 27 附录 B 28 附录 C29 附录 D36 图 1 37 扬州职业大学设计（论文）第 4 页 共 37 页 太阳能路灯控制电路设计太阳能路灯控制电路设计 徐培培徐培培 摘要：摘要：近年来能源及与之相关的环境成为全世界各国最为关注的热 点，各国都在从自己本国的国情出发来解决能源与环境问题。对我 国来说，由于

3、人均能源资源短缺（尤其是油、气、水），环境容量 （亦是资源）有限，西部生态脆弱，这几个问题尤为严重，它将极 大的制约我国的可持续发展。从某种意义上讲，人类社会的发展离 不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的 发展，环境的和谐是全世界共同关心的问题，也是我国社会经济发 展的重要问题。近年来，我国 GDP 每年以 10%的速度发展，能源消 耗急骤增加，环境、生态日益恶化。这种对自然无序的、掠夺性索 取的发展模式已难以为继，实际上已造成当前十分严重的、不可逆 转的后果，大自然的惩罚已经不断地凸现出来，并还要继续加重。 本文设计了一种具有时控和光控相结合的太阳能路灯控制器，利用 光

4、敏电阻实现光电控制。傍晚光线暗时控制器自动接通路灯电源， 深夜行人少时根据设置的时间熄灭路灯，早上再自动接通电源点亮 路灯、天亮后自动关断。 扬州职业大学设计（论文）第 5 页 共 37 页 关键词：关键词： LED ；控制器；太阳能电池；蓄电池充放电控制 第一章第一章 引言引言 1.1 太阳能应用太阳能应用 面对人类的可持续发展，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 池组件，使

5、用寿命可达 20 年以上，性能稳定，同时维护费用较低。 太阳辐射能是取之不尽、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。 太阳能光伏发电是 21 世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源 危机的重要手段之一，太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转化成其 他形式的能量才能利用和贮存。将太阳能转换成不同的形式的能量需要不同的 能量转换器，集热器通过吸收面可以将太阳能转化成热能，利用光伏效应太阳 能电池可以将太阳能转换成电能，通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物 质能，还有转化成氢能和各种机

6、械能等等，原则上，太阳能可以直接或间接转 换成任何形式的能量，但是转换次数越多，最终太阳能转换的效率越低。 当前国际常规能源价格不断上涨，国内能源供应紧张，许多城市出现拉闸 限电的尴尬，能源替代已上升到国家能源战略安全的高度。太阳能作为无限可 再生能源，逐步部分替代城市生产、生活常规能源已是大势所趋。太阳能照明 扬州职业大学设计（论文）第 6 页 共 37 页 作为太阳能最重要的利用方式之一，也越来越受到能源行业和照明行业的关注。 目前中国太阳能照明技术已经比较成熟，太阳能路灯具的可靠性得到很大程度 的提高， 业界先进企业的太阳能照明灯具已经达到甚至超过国家照明标准。 在能源紧张、拉闸限电的城

7、市及用电困难的边远地区，有着很强的可推广性。 太阳能利用的意义 (1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或 岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。共 (2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环 境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。共 (3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 130 万亿 t 标煤， 其总量属现今世界上可以开发的最大能源。共 (4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿 年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用 之不竭的。 下文介绍的简易太阳能电

8、池充放电控制器，可有效地防止蓄电池过充电或 过放电。 1.2 太阳能路灯工作原理太阳能路灯工作原理 系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED 灯头、控制箱（内有控制 器、蓄电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到 127Wp/m2，效率较高， 对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以 1W 白光 LED 和 1W 黄光 LED 集成于印 刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。 控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池 和充放电控制器。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又 被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上 兼

9、顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成 本控制。 扬州职业大学设计（论文）第 7 页 共 37 页 第二章第二章 方案论证方案论证 2.1 设计要求设计要求 （1）电池板功率的计算和选用； （2）蓄电池容量、充放电控制和充放电状态显示； （3）连续阴雨天三天路灯仍能照明； (4）光线暗时路灯自动点亮，为节省电能晚上24点熄灭，早上5点路灯点 亮，早上光线强时路灯自动熄灭（开关灯时间点可调） ； （5）系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。 2.2 方案选择方案选择 太阳能路灯跟普通路灯控制电路功能基本一样，都是为了完成晚上亮灯， 早晨熄灯的作用,还有就是对蓄电池的

10、充电管理。国内外常用的控制器有单独的 光控制型、时钟控器型等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。 单独的光控型一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启路灯；早上 光线较强时，自动关闭路灯，达到自动控制的作用。为节省电力，早期的光控 开关，使用分立半导体器件，电路复杂，元器件较多，体积也较大，并且故障 率高。随着半导体技术的发展，出现了时基集成电路。使光控开关电路简化。 感光探头是影响光控开关性能的关键元器件，同时对它安装位置也有一定要求， 力求避免各种干扰光线，但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线， 经常会产生误动作。 采用时钟控器型的路灯控制器，要预先设定开关时间，使路灯按时亮灯、

11、 准时熄灯，从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不 受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊 的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于 节省电力。定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型，机械钟表型以石英钟为 主，走时精准，但是由于机芯内使用塑料齿轮在高温下会变形，从而导致停机 现象。 路灯的智能控制这一课题己有研究者，但目前尚未有成熟的产品上市。本 扬州职业大学设计（论文）第 8 页 共 37 页 设计是结合以上几种控制方式的优点，综合从节电、经济和实用等方面考虑， 利用定时控制和光敏电阻控制相结合的方式，实现太阳能路灯

12、的设计。 2.3 设计原理设计原理 太阳能路灯系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。 太阳能路灯系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠 工作所需的太阳电池组件和蓄电池的容量。同时要注意协调系统工作的最大可 靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量地 减少系统成本。 太阳能路灯系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备 包括太阳电池组件的选型，支架设计，电缆的选择，控制系统的设计、防雷设 计、照明和照度设计等。在进行系统设计时候需要综合考虑系统的软硬件两方 面。 在进行太阳能路灯系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择 必需的基

13、本数据：太阳能路灯系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和 海拔；该地区的气象资料等。 太阳能路灯系统软件设计的内容包括负载用电量的估算，太阳电池组件数 量和蓄电池容量的计算以及太阳电池组件安装最佳倾角的计算。因为太阳电池 组件数量和蓄电池容量是光伏系统软件设计的关键部分，所以本节将着重讲述 计算与选择太阳电池太阳电池组件和蓄电池的方法。 第三章第三章 系统总体框图系统总体框图 太阳能 LED 路灯在白天通过太阳能电池组件采集太阳光的能量，并将其转 化为电能存储起来，即向蓄电池充电，在晚上光线较暗时由蓄电池经路灯控制 处理器控制，点亮 LED 灯用于路灯照明。 根据各部分电路的功能不同，整体

14、电路可以分为以下几个部分，太阳能电 池板组件、过充过放电控制电路、STC12C2051 单片机、蓄电池、时控光控电路、 照明负载和时间显示电路。系统总体方框图如图 1 所示。由太阳能电池板通过 7805 稳压电路为单片机供电，并通过为蓄电池充电，当蓄电池电压较低时其容 量损耗得很快，使用寿命也会缩减，为延长蓄电池的寿命，要防止蓄电池出现 扬州职业大学设计（论文）第 9 页 共 37 页 过充或过放，因此本电路加的有过充过放控制电路。 第四章第四章 系统硬件系统硬件 4.1 太阳能电池板太阳能电池板 在新能源中，公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能发电。太阳能 发电主要有太阳能热发电和太阳能

15、光发电两种基本方式。 (1) 太阳能热发电：将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，可分为两 类：一类是太阳能热电直接转换，如温差发电等，目前功率都很小，有的尚处 于原理试验阶段；另一类是太阳能热动力发电，是将太阳热能通过热机带动发 电机发电，其基本构成包括集热装置、储能系统、热机和发电机等。有些国家 正在研制较大功率的装置，已达到并网发电的实际应用水平。由于太阳能热发 电技术复杂，商业应用只适合比较大的容量，因此发展不快，实际应用不多。 (2) 太阳能光发电：直接将太阳的光能转换成电能的利用方式，可分为光 伏发电、光感应发电、光化学发电和光生物发电。目前应用的光伏发电，是将 照射到太阳能电池上

16、的光，产生光伏效应直接转换成直流电能输出，一般由太 阳能电池方阵及支架、蓄电池、控制器、逆变器等部分组成。其缺点：间歇性。 受气候条件影响；能量密度低；初始投资高。迄今已有100多个国家参与太阳能 光电池的开发应用。近年来，产量迅速增加生产成本开始下降。目前光伏 发电主要用于三大方面：为无电场合提供电源；太阳能日用电子产品。如各类 太阳能充电器、太阳能灯具等；并网发电。 4.2 太阳能电池的基本特性太阳能电池的基本特性 太阳能电 池板 充放电控 制电路 蓄 电 池 路灯控制 处理电路 LED 路灯 负载 图图 3.1 总体电路方框图总体电路方框图 扬州职业大学设计（论文）第 10 页 共 37

17、 页 太阳能电池阵列的伏安特性具有强烈的非线性。太阳能电池阵列的额定功 率是在以下条件下定义的：当日射 S=l000Wm2；太阳能电池温度 T=25；大 气质量 AM=1.5 时，太阳能电池阵列输出的最大功率便定义为它的额定功率。太 阳能电池阵列额定功率的单位为“峰瓦” ，记以“Wp” 。 为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，要为太 阳能电池组件选择一个最佳倾角。关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨， 近年来在一些学术刊物上出现得不少。 通过Hay模型的计算，可以得到的不同倾角平面的月平均太阳辐照量变化。 在不同角度倾斜面上，太阳辐照量差别较大，要为电池板选择合适的倾角使

18、其 能获得最大的太阳辐照量。 太阳能电池板分为单晶硅和多晶硅两种，多晶面积较大，发电效率没有单 晶高，因此根据需要本设计采用 70W 单晶硅太阳能电池组件。 4.3 蓄电池蓄电池 蓄电池组是太阳能电池方阵的储能装置，其作用是将方阵在有日照时发出 的多余电能储存起来，在晚间或阴雨天时供负载使用。蓄电池组由若干蓄电池 串并联而成。一般容量要能在无太阳辐射的日子里，满足用户要求的供电时间 和供电量。目前常用的是铅酸蓄电池，重要的场合也有用镉镍蓄电池，但价格 较高，相对来说应用没有前一种广泛。 蓄电池是一种化学电源，它将直流电能转变为化学能储存起来。需要时再 把化学能转变为电能释放出来。能量转换过程是

19、可逆的，前者称为蓄电池充电， 后者称为蓄电池放电。在光伏发电系统中，蓄电池对系统产生的电能起着储存 和调节作用。由于光伏系统的功率输出每天都在变化，在日照不足发电很少或 需要维修光伏系统时。蓄电池也能够提供相对稳定的电能。 在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，方阵给蓄 电池充电；冬天日照量小，这部分储存的电能逐步放出。在这种季节性循环的 基础上还要加上小得多的日循环：白天方阵给蓄电池充电，晚上负载用电则全 部由蓄电池供给。因此要求蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率 要高，当然还要考虑价格低廉，使用方便等因素。 蓄电池的循环寿命主要由电池工艺结构与制造质量所决定。但

20、是使用过程 扬州职业大学设计（论文）第 11 页 共 37 页 和维护工作对蓄电池寿命也有很大影响，有时是重大影响。首先，放电深度对 蓄电池的循环寿命影响很大，蓄电池经常深度放电，循环寿命将缩短。其次， 同一额定容量的蓄电池经常采用大电流充电和放电，对蓄电池寿命都产生影响。 大电流充电，特别是过充时极板活性物质容易脱落，严重时使正负极板短路； 大电流放电时，产生的硫酸盐颗粒大，极板活性物质不能被充分利用，长此下 去电池的实际容量将逐渐减小，这样使用寿命也会受到影响。 本电路采用铅酸免维护蓄电池，不需专门的维护；即便倾倒电解液也不会 溢出，不向空气中排放氢气和酸雾；安全性能更好。但是对蓄电池的过

21、充电更 为敏感，因此对过充保护要求高；当长时间反复过充电后，蓄电池极板易变形。 4.4 太阳能控制器太阳能控制器 太阳能控制器采用高速 CPU 微处理器和高精度 A/D 模数转换器，是一个微 机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随 时获得 PV 站的工作信息，又可详细积累 PV 站的历史数据，为评估 PV 系统设计 的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，太阳 能控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理 和远距离控制。 太阳能控制器通常有 6 个标称电压等级： 12V、24V、48V、110V、220V、600V。

22、 退退出出保保护护电电压压 一些客户经常发现，太阳能路灯在亮了一段时间后，尤其是连续阴雨天之 后，路灯就会连续几天甚至很多天不亮，检测蓄电池电压也正常，控制器、灯 也都没有故障。这个问题曾经让很多工程商疑惑，其实这个是“退出欠压保护” 的电压值的问题，这个值设置的越高，在欠压后的恢复时间越长，也就造成了 很多天都无法亮灯。 L LE ED D 灯灯恒恒电电流流输输出出 LED 由于自身的特性，必须要通过技术手段对其进行恒流或限流，否则无 法正常使用。常见的 LED 灯都是通过另加一个驱动电源来实现对 LED 灯的恒流， 扬州职业大学设计（论文）第 12 页 共 37 页 但是这个驱动却占到整个

23、灯总功率的 10-20左右，比如一个理论值 42W 的 LED 灯，加上驱动后实际功率可能在 46-50W 左右。在计算电池板功率和蓄电池 容量的时候，必须多加 1020来满足驱动所造成的功耗。除此以外，多加 了驱动就多了一个产生故障的环节。工业版控制器通过软件进行无功耗恒流， 稳定性高，降低了整体功耗。 输输出出时时段段 普通的控制器一般只能设置开灯后 4 小时或者 8 小时等若干个小时关闭， 已经无法满足众多客户的需求。工业版控制器可以分成 3 个时段，每个时段的 时间可任意设置，根据使用环境的不同，每个时段可以设置成关闭状态。比如 有些厂区或者风景区夜间无人，可以把第二个时段（深夜）关闭

24、，或者第二、 第三个时段都关闭，降低使用成本。 L LE ED D 灯灯输输出出功功率率调调节节 在太阳能应用的灯具当中，LED 灯是最适合通过脉宽调节来实现输出不同 的功率。限制脉宽或者限制电流的同时，对 LED 灯整个输出的占空比进行调节， 例如单颗 1W 的 LED 7 串 5 并合计 35W 的 LED 灯，在夜间放电，可以将深夜和凌 晨的时段分别进行功率调节，如深夜调节成 15W、凌晨调节成 25W，并锁定电流， 这样即可以满足整夜的照明，又节约了电池板、蓄电池的配置成本。经长期试 验证明，脉宽调节方式的 LED 灯，整灯产生的热量要小的多，能够延长 LED 的 使用寿命。有些灯厂在

25、为了达到夜间省电的目的，把 LED 灯的内部做成 2 路电 源，夜间关闭一路电源来实现输出功率的减半，但实践证明，此种方法只会导 致一半的光源首先光衰，亮度不一致或者一路光源提早损坏。 线线损损补补偿偿 线损补偿功能目前常规的控制器很难做到，因为需要软件设置，根据不同 的线径与线长给予自动补偿。线损补偿在低压系统中其实是很重要的，因为电 压较低，线损相对比较大，如果没有相应的线损电压补偿，输出端的电压可能 会低于输入端很多，这样就会造成蓄电池提前欠压保护，蓄电池容量的实际应 用率被打了折扣。值得注意的是，我们在使用低压系统时，为了降低线损压降， 尽量不要使用太细的线缆，线缆也不要过长。 扬州职

26、业大学设计（论文）第 13 页 共 37 页 散热控制器 为了降低成本，没有考虑散热问题，这样负载电流较大或者充电电流较大 时，热量增加，控制器的场管内阻被增大，导致充电效率大幅下降，场管过热 后使用寿命也大大降低甚至被烧毁，尤其夏季的室外环境温度就很高，所以良 好的散热装置应该是控制器必不可少的。 4.5 照明负载照明负载 LED 外施电压后在其内部会产生受激电子跃迁光辐射。按照不同半导体基 本材料的物理特性，所产生的光波长是不同的。发光二极管的实质性结构是 PN 结，在半导体 PN 结通以正向电流时注入少数载流子，少数载流子的发 光复合就是发光二极管的工作机理。半导体 PN 结发光实质为固

27、体发光，而各 种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果。半导体材料的发光机 理决定了单一 LED 芯片不可能发出连续光谱的白光，必须以其它的方式合成白 光。白光 LED 通常是在发射蓝光的 InGaN 基材上涂荧光材料，荧光材料在受到 蓝光激励时会发出黄光，蓝光和黄光的混合物形成白光。 由于 LED 是直流供电器件，很容易制成直流灯具，广泛应用于直流系统， 如太阳能灯具产品。超高亮白光 LED 应用于太阳能灯具，单个束光型超高亮度 LED 发光管其产生的光线方向性太强，综合视觉效果较差，因此应首选平光型 超高亮 LED 或平光型与束光型超高亮 LED 组合使用，将多个 LED 集中于一

28、起， 排列组合成一定规则的 LED 发光源。超高亮白光 LED 发光源既要保证有一定的 照射强度，又要使其具有较高的光效，然而电流的增大，光通量虽然增大，但 是，另一方面电流的增加会引起光源热损耗的增加，通常导致管温的增加，其 综合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合点为最佳工作点，一般为 17.5mA 。 超高亮白光 LED 发光源具有如下优点 ： (1)寿命长。LED 的寿命长达 100000h，而白炽灯的寿命一般不超过 2000 h，荧光灯的寿命也不过 5000 h 左右。 (2)效率高。相对于传统的第一代照明光源白炽灯，LED 的功耗只有前者的 1020。 (3)绿色环保。与广泛使

29、用的第二代照明荧光灯相比，LED 不含汞、无频闪， 扬州职业大学设计（论文）第 14 页 共 37 页 是一种环保光源。 (4)耐低温。环境使用温度在一 4080 ，环境适应性非常强。 这种电路的关键是针对蓄电池的充放电特性设计一个比较好的电压比较点， 再加上发光二极管构成的充放电状态指示电路，便成了一个具有实用功能的智 能控制器，具有防蓄电池过放电、过充电功能。在太阳辐照不足的几个月，由 于蓄电池的充电状态通常较低，使蓄电池放电时端电压也较低，这样负载工作 电流较小、功率小，系统也能够工作更长的时间。反之在太阳辐照比较充足时， 负载工作电流较大、功率大、也更亮。 太阳能 LED 发光源：在太

30、阳能 LED 灯具中，发光源所用的 LED 数量，从 1 个到上千个不等，一定数量的 LED 组成一个发光源时，其排列和组合是一个非 常重要的关键点。即不同的排列和组合对整体的亮度都有影响。在 LED 排列组 合上依据光学原理及数学推导建立数学模型，最有效地发挥超高亮白光 LED 的 发光效率，并使得单位面积 LED 的数量少以降低成本。 本设计采用的单个高亮管的正常工作电压 3.3V，共采用 28 个 1W 高亮管， 每 7 个高亮管串联成一组，共四组并连在电路中，这样也可以减少当电路中的 某一个高亮管出现故障时对其他高亮管的影响，由于高亮管的直射效果好，所 以灯具的体积要尽量小一些，这样可

31、以使高亮管的照射范围更大一些，高亮管 尽量选用照射角度大一些的高亮管。 4.6 蓄电池和太阳能板的选用蓄电池和太阳能板的选用 扬州地区安装在太阳能路灯。路灯的工作电压为12V /15W,由于路灯一天要 工作8个小时左右,考虑连续阴天3天情况下系统的供电,扬州地区平均日照数4小 时。且按80%的放电率计算,求组件选用的功率以及蓄电池的容量： 组件功率：(15W8H)/31.560W 4-日照数，在当地气象局都可查询到 8-照明时间 1.5-损耗系数 电池容量： Qx=(15W8H）/12V（41）1.8=90AH 扬州职业大学设计（论文）第 15 页 共 37 页 式中: Qx蓄电池容量; 8蓄

32、电池放电时间; 1.8-损耗系数 最佳倾角为70 连续阴雨天3天，考虑当天夜间已放电一天，故按4+1天计算 应选用组件功率60W和90Ah免维护蓄电池。 太阳能 LED 灯具的具体技术指标如表 1 所示： 表 1 太阳能 LED 灯具的主要性能指标 太阳能电池60W ，12V LED 发光源28 只 LED、每只 1W 工作温度 -40 +80 过充保护电压 12V(25) 过放保护电压 10V 蓄电池 12V,90Ah 照明时间 天黑后，光控自动启动电光转换功能，使路灯点亮；在 深夜时控（时间点可调）自动使路灯熄灭；早晨时控（时间 点可调）自动使路灯点亮；天亮后光控自动恢复到光电转换 模式

33、阴雨天保证时间保证连续 3 个阴雨天正常工作 4.7 太阳能充放电电路太阳能充放电电路 下图 1 为本设计的过充电路，图 2 为过放电路： 扬州职业大学设计（论文）第 16 页 共 37 页 图 1 过充电路 图 2 过放电路 图 1 中 SUN+经过 D7 再到 BAT+，再经过蓄电池(CON2)，最后到达 SUN- ，构成一个闭合回路，对蓄电池进行充电；D7 起防止蓄电池的电流反流进太阳 能电板作用；ADC3 和 ADC4 分别采集太阳能电压和蓄电池电压，然后进行比 较，是否满足充电条件；R20 为精密电阻，可以帮助 A/D 对太阳能电压起到精 确采集的作用；Q6 为 MOS 管，作用和三

34、极管相似。 图 2 为蓄电池充满电后对其进行放电电路。CON2 处接负载器件，ADC0 对蓄电池电压进行实时检测，比较其是否小于过放的预定电压，若小于过放的 最低值，则停止放电；LM393 对 ADC0 采集的电压进行放大，从 1 脚输出供 INT0 端使用；Q5 和图 1 中的 Q6 作用相似。 第五章第五章 系统软件设计系统软件设计 系统的软件设计主要包括程序初始化、时间设定子程序、1302 的读写程序、 扬州职业大学设计（论文）第 17 页 共 37 页 24C02 的读写程序、时间比较子程序、按键子程序、显示刷新子程序等共同组 成。程序开始要进行初始化，调用 24c02 内部存储的开关

35、路灯时间点，程序每 各一段时间调一次 1302 中的时间17。通过程序将设定的时间同系统当前时间 进行比较，设定的比较间隔为 1 秒一次，当时间相同时，则通过程序输出控制 信号，对驱动电路进行驱动。系统总体程序流程图如图 5.1 所示。 扬州职业大学设计（论文）第 18 页 共 37 页 扬州职业大学设计（论文）第 19 页 共 37 页 5.1 时间设置子程序时间设置子程序 S2 为时控时间设置键，按 S2 显示当前设定的延时时间，进入延时设置模 式后，S2 为加键，S3 为减键。 void time(void) int a,b; a=NO3_V0; while(1) a-; dis_hua

36、n0=a/100; dis_huan1=(a/10)%10; dis_huan2=a%10; for(b=60;b0;b-) delay1s(); if(a2000) PWMCOT2=1; led1=led2=led3=led4=1; if(a2) a=0; dis_huan0=14; dis_huan1=13; dis_huan2=a+1; delay(300); /3us return a; 扬州职业大学设计（论文）第 22 页 共 37 页 5.5 外中断外中断 1 void Timer0Interrupt(void) interrupt 1/*串口中断*/ EA=0; TH0 = 0x

37、ec; TL0 = 0x78; display_func(); EA=1; 5.6 显示子程序显示子程序 void display_func(void) /送串口显示 unsigned char code dis=0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99,0x49,0x41,0x1F,0x01,0x09, 0x11,0xC1,0x63,0x85,0x61,0x71,0xff,0xF1; /*0f ，不亮,r*/ static char flag; switch(flag) case 0 : smg2=smg3=1;smg1=0;break; case 1 : smg1=smg3=1;s

38、mg2=0;break; case 2 : smg1=smg2=1;smg3=0;break; default :break; if(flag=1) SBUF=disdis_huanflag else SBUF=disdis_huanflag; flag+; 扬州职业大学设计（论文）第 23 页 共 37 页 if(flag2) flag=0; 5.7 延时子程序延时子程序 void delay(int m) /50us * unsigned char a,b; int d; for(d=m;d0;d-) for(b=173;b0;b-) for(a=143;a0;a-); void dela

39、y1s(void) /误差 0us unsigned char a,b,c,n; for(c=142;c0;c-) for(b=168;b0;b-) for(a=250;a0;a-); for(n=1;n0;n-); 5.8 外中断外中断 0 void int0(void) interrupt 0 int i; PWMCOT0=0; led1=led2=led3=led4=0; for(i=500;i0;i-) 扬州职业大学设计（论文）第 24 页 共 37 页 dis_huan0=14; dis_huan1=17; dis_huan2=17; display_func(); delay(1)

40、; led1=led2=led3=led4=1; 扬州职业大学设计（论文）第 25 页 共 37 页 结结 论论 本次毕业设计的太阳能路灯设计是针对已经存在的路灯进行改进，首先采 用了太阳能电池作为能源，以达到环保节约的目的。设计中使用了光控和时控 相结合的方法，避免了光控方法易受干扰，时控需频繁设置时间的麻烦，为了 节约用电，在深夜行人较少时路灯根据设置的熄灯时间熄灭，早上行人多时根 据设置的开灯时间亮灯。其次内部设置有蓄电池，用于保证在阴雨天长时间对 外供电。 希望这个问题在以后的新型能源出现之后可以得到圆满的解决。 扬州职业大学设计（论文）第 26 页 共 37 页 致致 谢谢 历时多个

41、月，在我参考收集大量资料和组员老师讨论研究之下，太阳能光 伏控制电路这一毕业设计总算完成了。 由于设计课题较为困难，期间，我花了不少的时间去收集相关资料，对其 进行学习了解。在写论文的时候，我对我们的专业有了更深层次的了解和认识， 同时也使我对太阳能光伏发电这个领域有了初步的了解。 感谢指导老师，在我做毕业设计期间给了我很多的启蒙及指导。您严谨细 致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习的榜样。从课题的选择到设计的最终 完成，都始终给予我细心的指导和不懈的支持。 扬州职业大学设计（论文）第 27 页 共 37 页 参考文献： 1 刘树民. 太阳能光伏发电系统的设计与施工. 科学出版社，2006 2

42、 王效华. 单片机原理及应用. 北京交通大学出版社，2007 3赵争鸣. 太阳能光伏发电及其应用M. 北京:科学出版社，2005 4王庆有. 光电技术. 电子工业出版社，2010 5李朝青. 单片机原理及接口技术. 北京:北京航空航天出版社，1999 6清源科技. Protel99SE 电路原理图与 PCB 设计与仿真. 机械工业出版社， 2006 7周乐挺. 传感器与检测技术. 高等教育出版社，2010 8张正华. 有机太阳电池与塑料太阳电池. 化学工业出版社，2006 扬州职业大学设计（论文）第 28 页 共 37 页 附录附录 A 元件清单元件清单 名称 型号 个数 数码管 SM1105

43、61K 3 移位寄存器 74ALS164 1 按键开关 3 电阻 10k 7 其它电阻 若干 二极管 1N5819 1 LED 发光二极管 5 三极管 9012 3 三极管 8050 1 温度传感器 18B20 1 光电耦合器 1 运放 LM358 2 三端稳压器 W7805，W7812 各 1 电解电容 470uf/10uf 各 1 电解电容 330uf/16V 1 瓷片电容 104（0.1uf） 4 瓷片电容 30p 2 晶振 11.0592MHz 1 场效应管IRF640 1 接线柱 3 单片机 STC12C5410AD 1 扬州职业大学设计（论文）第 29 页 共 37 页 附录附录

44、B 太阳能控制器说明书太阳能控制器说明书 一、三种控制模式： 按键 S1 为模式切换按钮，按下依次在三种模式之间切换，切换后数码管显 示当前模式“NoX“3 秒钟。 No1 输出模式： 充电条件 数码管显示 led 显示 VbatVbat10.5V 温度 D1 负载不控制，一直有输出 No2 光控模式： 充电与 No1 相同 负载控制，光亮不允许输出允许充电；光暗不允许充电允许输出， 输出时 D1-D4 显示剩余电量。 No3 光控时控：充电与 No 相同 负载控制，光暗延时 D 小时后允许输出，光亮则不允许输出 D 由键盘设置 上电后默认 1 小时，可以设定 1-9 小时 二、充电控制 电池

45、电压0;i-) tem(); no_mod=key_fun(no_mod); 扬州职业大学设计（论文）第 31 页 共 37 页 if(no_mod=0) NO1(); if(no_mod=1) NO2(); if(no_mod=2) NO3(); void NO1(void) int a,Vsun; Vsun=change_adc(SADC);/测量*6 =实际值 a=change_adc(BATADC);/测量*6 =实际值 if(aNO1_V0) PWMCOT0=1;led4=1; if(a100) a=change_adc(BATADC); PWMCOT0=0; dis_huan0=1

46、4; dis_huan1=17; dis_huan2=17; void NO2(void) int a,Vsun,lig; PWMCOT2=0; delay(1); batvcc(); Vsun=change_adc(SADC);/测量*6 =实际值 a=change_adc(BATADC);/测量*6 =实际值 if(aNO1_V0) PWMCOT0=1; if(aNO2_V0) PWMCOT0=1; if(lig100) a=change_adc(BATADC); PWMCOT0=0; dis_huan0=14; dis_huan1=17; dis_huan2=17; void NO3(v

47、oid) int a,Vsun,lig; static char flag; PWMCOT2=0; delay(1); batvcc(); lig=change_adc(LIGHTADC); if(ligNO2_V0) if(flag=1) flag=0; time(); PWMCOT0=1; else PWMCOT0=0; flag=1; if(key2=0) switch1(); Vsun=change_adc(SADC);/测量*6 =实际值 a=change_adc(BATADC);/测量*6 =实际值 if(aNO1_V0) if(a100) a=change_adc(BATADC); PWMCOT0=0; dis_huan0=14; dis_huan1=17; dis_huan2=17; void time(void) int a,b;