基于單片機控制的節(jié)能型太陽能led路燈的設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 利用電路仿真軟件 proteus 進行仿真設計與調(diào)試。根據(jù)提出的系統(tǒng)設計內(nèi)容和目標，本文給出整個系統(tǒng)的設計規(guī)劃，并且對于系統(tǒng)的各個模塊的實現(xiàn)進行元件選型。 系統(tǒng)各部分容量的選取配合，需要綜合考慮成本、效率和可靠性。與照明負載配合，考慮到連續(xù)陰天的情況，對系統(tǒng)容量留出一定裕度。太陽能電池是太陽能照明系統(tǒng)的輸入，為整個系統(tǒng)提供照明和控制所需電能。在白天光 照條件下，路燈熄滅，太陽能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)充電電路對蓄電池充電；天黑后，太陽能電池不再供電，充電器停止工作，轉(zhuǎn)而進入蓄電池放電階段，點亮路燈。蓄電池作為太陽能照明系統(tǒng)的儲能環(huán)節(jié)，白天將太陽能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學能儲存起來，到夜間再轉(zhuǎn)換回電能輸出到照明負載。全天中控制器的電源一直由蓄電池供給。控制系統(tǒng)以單片機為核心，來實現(xiàn)系統(tǒng)中太陽能電池工作狀態(tài)的 MPPT 即 最大功率點跟蹤（ Maximum Power Point Tracking） 、蓄電池容量檢測和蓄電池充電精確控制以及集中化的對區(qū)域內(nèi)路燈 故障的準確診斷和調(diào)試。從而實現(xiàn)太陽能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行與準確切換的要求提高太陽能照明系統(tǒng)效率，延長蓄電池的壽命，并實現(xiàn)人性化的集中遠程管理。 圖 光伏發(fā)電系統(tǒng) block of PV Systems 系統(tǒng)組成 畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 7 本課題研究的主要內(nèi)容是基于單片機的節(jié)能型太陽能 LED路燈的設計。太陽能路燈主要由太陽能電池板 (包括支架 )、 LED燈頭、控制器、蓄電池組、燈桿及燈具外殼幾個部分組成。 其中控制系統(tǒng)由單片機及邏輯電路實現(xiàn)。 各地應根據(jù)本地照明要求和氣候條件進行太陽能路燈設計 。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 the Structure of System 太陽能電池板 太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分，也是太陽能路燈中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)化為電能，或送至蓄電池中存儲起來。較實用的有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池等三種。本課題主要研究的也是硅太陽能電池。單晶硅太陽能電池性能參數(shù)比較穩(wěn)定，適合在陰雨天比較多、陽光相對不是很充足的南方地區(qū)使用；多晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝相對簡單，價格比單晶硅低，適合在太陽光充足、日照好的東西 部地區(qū)使用；非晶硅太陽能電池對太陽光照條件要求比較低，適合在室外陽光不足的地區(qū)使用。 太陽能電池的工作電壓約為蓄電池電壓的 倍，才能保證給蓄電池正常充電。太陽能電池的單位面積輸出功率約 127Wp/m2。太陽能電池一般由多個太陽能單元電池串聯(lián)組成，其容量取決于照明光源、線路傳輸部件所消耗的總功率以及當?shù)靥柲茌椛淠芰俊Ｌ柲茈姵亟M輸出功率宜為光源功率的 3~5 倍以上 :光照豐富、開燈時短地區(qū)為3~4 倍以上，反之為 4~5 倍以上。太陽能電池輸出功率 Wp 是標準太陽光照條件下，即 :歐洲委員會定義的 101 標準，輻射強度 1000W/m2，大氣質(zhì)量 ，電池溫度 25℃條件下，太陽能電池的輸出功率。 不同的時間，不同的地點，同樣一塊太陽能電池的輸出功率是不同的。所謂標準條件，接近平時晴天中午前后的太陽光照條件。表 即為我國不同地區(qū)太陽光照條件對比，表 為 年總輻射量與日平均峰值日照時數(shù)對應表。 表 我國不同地區(qū)太陽光照條件 畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 8 Table Solar illumination conditions in different regions of China 區(qū)域劃分 豐富地區(qū) 比較豐富地區(qū) 可以利用地區(qū) 貧乏地區(qū) 年總輻射量 ≥ 580 500～ 580 420～ 500 ≤ 420 千焦 /厘米 不宜用太陽能 地域 內(nèi)蒙西部、甘 新疆北部、東北、 東北北端、內(nèi)蒙呼 重慶、四川、 肅西部、新疆、 內(nèi)蒙東部、華北、 盟、長江下游、福 貴州、廣西、 南部、青藏高 陜北、寧夏、甘 建、廣州、廣西、 江西部分地 原 肅部分、青藏高 貴州部分、云南、 區(qū) 原東側(cè)、海南、 河南、陜西 臺灣 連續(xù)陰雨天 2 3 7 5 表 年總輻射量與日平均峰值日照時數(shù)對應表 Table The total radiation and daily average peak sunshine hours of the corresponding table 年總輻射量 (千焦 /厘米 ) 420 460 500 540 580 620 660 700 740 平 均峰值日照時數(shù)（ h） 路燈桿一般在 5m以上，重心較高，大部分太陽電池板都是懸掛式，為增強整套設備的抗風力，一般選擇多塊太陽電池板組成所需要的組件功率。即在實際運行中，按照所需要的功率等級和電壓等級可以將若干單個光伏電池串并聯(lián)組成光伏陣列。 表 我國主要城市年平均日照時間及最佳安裝轉(zhuǎn)角 State average sunshine time of major cities and the best installation angle 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 哈爾濱 Φ +3 杭州 Φ +3 長 春 Φ +1 南昌 Φ +2 沈陽 Φ +1 福州 Φ +4 北京 Φ +4 5 濟南 Φ +6 天津 Φ +5 鄭州 Φ +7 呼和 Φ +3 武漢 Φ +7 太原 Φ +5 長沙 Φ +6 烏魯 Φ +12 廣州 Φ 7 木齊 畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 9 續(xù)表 1 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 Φ (176。 ) (h) Φ (176。 ) (h) 西寧 Φ +1 海口 Φ +12 蘭州 Φ +8 南寧 Φ +5 銀川 Φ +2 成都 Φ +2 西安 Φ +14 貴陽 Φ +8 上海 Φ +3 昆明 Φ 8 南京 Φ +5 拉薩 Φ 8 合肥 Φ +9 太陽能控制器 無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。為了延長蓄電池的使用壽命，必須對它的充電放電條件加以限制，防止蓄電池過充電及深度充電。在溫差較大的地方，合格 的控制器還應具備溫度補償功能。同時太陽能控制器應兼有路燈控制功能，具有光控、時空、溫控等功能選擇，具有調(diào)光功能，并應具有夜間自動切控負載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。 要給蓄電池充電，太陽板的輸出電壓必須高于電池的當前電壓，否則輸出電流就會接近 0。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時，太陽能板的峰值電壓（ Vpp）大約在 17V 左右，這是以環(huán)境溫度為 25176。C 時的標準設定的。這樣設定的原因，在于當天氣非常熱的時候，太陽能板的峰值電壓 Vpp 會降到 15V 左右，但是在寒冷的天氣里，太陽能的峰值電壓 Vpp 可以達到 18V。傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點象手動檔的變速箱，當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應提高的話，勢必會影響車速。但是對于傳統(tǒng)控制器來說，充電參數(shù)都是在出廠之前就設定好的，這就像車的檔位被固定設置在 1 檔。那么不管你怎樣用力的踩油門，車的速度也是有限的。而MPPT 控制器是自動擋的。它會根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運行。即 MPPT 控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。電壓越高，通過最大功率點跟蹤，就可以輸出更多的電量，從而提高充電效率 。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠?qū)崟r偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值 (VI)，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電。理論上講，使用 MPPT 控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高 50%，但是跟據(jù)我們的實際畢業(yè)設計 (論文 )網(wǎng) : 10 測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高 20%~30%。從這個意義上講， MPPT 太陽能充放電控制器，勢必會最終取代傳統(tǒng)太陽能控制器。 蓄電池的選擇 由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。蓄電池在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的 電能儲存起來，到夜晚需要照明的時候再釋放出來。（ 1）類型選擇。其類型一般有鉛酸蓄電池（適于低溫高倍率放電，比能量偏低，目前大部分太陽能路燈采用，密封免維護，價格低。注意防止鉛酸污染，應逐步淘汰） NiH 蓄電池（放電倍率高、低溫性能好，循環(huán)壽命長，小型系統(tǒng)采用。注意防止福污染） NiCd 蓄電池（高倍率放電，低溫性能好，價格便宜，無污染，為綠色環(huán)保電池。小型系統(tǒng)采用，要大力提倡）目前廣泛采用的有鉛酸免維護蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳銘蓄電池三種。在此次設計中采用鉛酸蓄電池。 (2）容量選擇。蓄電池容量過小，不能 滿足夜晚照明的需要；容量過大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費。蓄電池容量 (Ah)與負載容量 (Ah)之比宜在 3~6 倍以上：連續(xù)陰雨天數(shù)較少地區(qū)約為 3~4 倍以上，連續(xù)陰雨天數(shù)較多地區(qū)約為 5~6 倍以上。（ 3）蓄電池聯(lián)結(jié)。并聯(lián)連接時，要考慮各單體電池間的不平衡影響。并聯(lián)組數(shù)不宜超過 4組。注意蓄電池防盜。 太陽能用蓄電池的幾點特殊要求 (1)額定容量。現(xiàn)有固定型 VRLA 電池，機械、郵電、電力等行業(yè)的標準為 10 小時率容量。 JB／ T96531999《儲能用鉛酸蓄電池》標準規(guī)定的 30 小時率容量， 主要是針對干荷電鉛酸蓄電池而言。對于固定型 VRLA 電池，最好采用 20 小時率或 24 小時率，以滿足每天使用 5H、能承受 3 天無太陽或無風時的日常供電。 (2)低溫放電和充電的性能。 (3)充電效率和深放電后的恢復性能。由于VRLA 蓄電池在運行中處于不完全充電狀態(tài)，有時還存在深放電后的靜置，所以蓄電池的充電效率和深放電后的恢復性能是很重要的指標。 (4)使用壽命。 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)蓄電池組內(nèi)各單體電池的一致性。單體電池的一致性不僅包括電池的開路電壓、初 期容量，而且還包括電池的內(nèi)阻、自放電以及 Ah 充電效率等方面。這就要求從鑄板工序開始到各項檢測都必須控制在較小公差范圍內(nèi)。采用機械鑄板、涂板、極板定量稱重和定量灌酸灌膠等工序是電池均一性的基本保障。 光源和應用 太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標，一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、 LED 光源。