太陽(yáng)能供電led路燈智能控制器的分析研究畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 第5章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 充電電路充電電路由BuckBoost型降升壓電路和環(huán)路開(kāi)關(guān)組成。該電路可以在多變的情況下實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，充分利用太陽(yáng)能電池的能量，提高太陽(yáng)能電池的利用率，并且在不損壞蓄電池的前提下，加快充電速度。環(huán)路開(kāi)關(guān)作用是接通或者斷開(kāi)環(huán)路，控制開(kāi)始或結(jié)束充電并防止蓄電池向太陽(yáng)能電池反充。電路結(jié)構(gòu)如圖51所示。圖51 充電回路結(jié)構(gòu)圖（1）BuckBoost電路工作原理 降升壓變換器可以看作是由降壓（Buck）變換器和升壓（Boost）變換器組合演變而來(lái)的。它的電感器同時(shí)起著濾波和升壓的雙重作用。其電路組成如圖52所示。BuckBoost變換器開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的等效電路如圖53，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的等效電路如圖54。開(kāi)關(guān)閉合期間能量從電源注入并存于電感L，此時(shí)二極管被反偏截止，由濾波電容放電提供負(fù)載電流。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間由于電感電流不能突變，電感反電勢(shì)呈現(xiàn)下正上負(fù)的極性，迫使二極管正偏導(dǎo)通，電感中的磁儲(chǔ)能經(jīng)二極管饋向輸出端，一方面向負(fù)載供電，一方面補(bǔ)充在開(kāi)關(guān)閉合期間電容C泄放掉的電荷。圖52 BuckBoost變換器電路圖53 開(kāi)關(guān)閉合時(shí)等效電路 圖54 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)等效電路如果開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間比較短，電感的磁儲(chǔ)能比較少，那么能向輸出端饋送的能量就少，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出端的電壓就維持在一個(gè)較低的數(shù)值之上；反之如果開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間比較長(zhǎng)，閉合期間電感L的儲(chǔ)能比較多，則每個(gè)周期向輸出端饋送的能量就多一些，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出電壓就可以維持在一個(gè)比較高的數(shù)值之上。因此調(diào)節(jié)占空比D就可以改變輸出電壓，并保持電壓穩(wěn)定。（2）主要參數(shù)計(jì)算 按照?qǐng)D53和圖54的等效電路，利用變換器穩(wěn)態(tài)時(shí)一個(gè)周期內(nèi)電感電流凈波動(dòng)量等于零的特點(diǎn)，建立開(kāi)關(guān)閉合前后電感電流的關(guān)系式，得出電壓增益M的表達(dá)式為： (51)式中 ——輸出電壓值 ——輸入電壓值由上式得M的值為： (52)得 （53）電路中電感L的表達(dá)式為： (54)式中 R——負(fù)載阻值取45Ω ——開(kāi)關(guān)頻率，取50KHZ δ——電感電流的相對(duì)波動(dòng)度。，取1mH。電容C計(jì)算公式為： (55)式中 γ——輸出紋波系數(shù)。求得C的值為215F，取300μF。 放電電路系統(tǒng)的放電回路即LED路燈的供電電路，當(dāng)進(jìn)入夜間時(shí)，充電回路斷開(kāi)，蓄電池單獨(dú)為L(zhǎng)ED路燈供電，根據(jù)蓄電池及LED燈的參數(shù)關(guān)系，選擇Boost升壓電路作為放電回路的主電路，電流閉環(huán)為L(zhǎng)ED燈提供恒定的電流。電路結(jié)構(gòu)如圖55所示。其中VT1控制電路輸出電流，VT2控制LED燈的工作模式。圖55 放電回路電路結(jié)構(gòu)圖（1）Boost電路工作原理 Boost型變換器也叫并聯(lián)開(kāi)關(guān)變換器。與串聯(lián)式開(kāi)關(guān)變換器相比，并聯(lián)式升壓變換器有較小的射頻干擾和較低的噪音。其電路組成如圖56所示。開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)的等效電路如圖5圖58所示。開(kāi)關(guān)閉合時(shí)能量從電源注入并存儲(chǔ)于電感L之中。由于二極管D被反偏，負(fù)載電流圖56 Boost變換器電路完全由濾波電容通過(guò)釋放電荷的形式提供。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，由于電感中的電流不能突變，將產(chǎn)生左負(fù)右正極性的電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)與輸入電源疊加并迫使二極管導(dǎo)通將電感儲(chǔ)能饋送至輸出端。 圖57 開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)等效電路 圖58 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)等效電路開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)間越長(zhǎng)，電感中的電流也就越大，磁儲(chǔ)能也就越多，因此輸出端的電壓也就越高。這樣，調(diào)節(jié)占空比D就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，并可以在輸入變動(dòng)時(shí)穩(wěn)定輸出電壓。（2）主要參數(shù)計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)[27]中的分析方法，得出了計(jì)算Boost變換器的增益M的公式： (56)電路中電感L的計(jì)算公式為: (57)電容C計(jì)算公式為： (58)算得電容的值為280μF，取300μF。充放電電路閉環(huán)都采用PI調(diào)節(jié)，參數(shù)由仿真試湊得到。 信號(hào)采集電路（1）電壓采集電路 本系統(tǒng)需要采集太陽(yáng)能電池和蓄電池的端電壓，采集電路使用電阻分壓電路，阻值的選擇由被采電壓范圍及AD轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓決定，電容C起濾波作用。具體電路如圖59所示。圖59 電壓采集電路（2）電流采集電路 本文的電流采集電路使用串小電阻的方式，再用一級(jí)放大電路將信號(hào)處理為AD轉(zhuǎn)換芯片可接受的數(shù)值。 保護(hù)電路系統(tǒng)的保護(hù)主要靠單片機(jī)完成，在充電回路和放電回路的環(huán)路上都接有一個(gè)開(kāi)關(guān)管，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)超過(guò)保護(hù)設(shè)定值時(shí)芯片控制斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，從而保護(hù)電路。同時(shí)在太陽(yáng)能電池回路中串聯(lián)一個(gè)二極管，二極管防止反充電，這個(gè)二極管應(yīng)該是肖特基二極管，肖特基二極管的壓降比普通二極管低[28]。 本章小結(jié)本章主要介紹了硬件電路的設(shè)計(jì)思路，包括主控電路，充電電路，放電電路，信號(hào)采集電路及保護(hù)電路。第6章 控制器的軟件開(kāi)發(fā) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 總體設(shè)計(jì)本控制器以單片機(jī)為核心。首先完成系統(tǒng)初始化，包括對(duì)內(nèi)部資源模塊寄存器和對(duì)有關(guān)標(biāo)志位的初始設(shè)置。在白天，周期性的采集太陽(yáng)能電池和蓄電池的端電壓，系統(tǒng)根據(jù)不同的電壓組合狀態(tài)進(jìn)入不同的控制流程。在夜間，周期性的采集蓄電池的端電壓及LED燈側(cè)的供電電流，完成路燈的不同功率控制以及蓄電池的放電保護(hù)。整個(gè)控制系統(tǒng)以兩種工作流程為主線，即白天的充電流程和夜間的放電流程。結(jié)合蓄電池的電壓狀態(tài)和充電電流情況，充電流程又分為MPPT、恒電壓充電和浮充三個(gè)子流程，給蓄電池快速而有效得補(bǔ)充能量。夜間放電流程主要實(shí)現(xiàn)LED的不同放電工作模式，即控制PWM占空比和放電時(shí)間的長(zhǎng)短。負(fù)載工作時(shí)，還應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)負(fù)載電路中電流，避免發(fā)生過(guò)載或短路，若發(fā)生過(guò)載或短路，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采取相應(yīng)的措施，保護(hù)電路。 總體軟件流程本系統(tǒng)包括三種工作狀態(tài)：太陽(yáng)能對(duì)蓄電池的充電、蓄電池對(duì)LED的放電和系統(tǒng)等待狀態(tài)。系統(tǒng)等待狀態(tài)是指：太陽(yáng)能既不滿足對(duì)蓄電池的充電條件，也沒(méi)有到照明設(shè)定時(shí)間，此時(shí)蓄電池只對(duì)控制系統(tǒng)供電。系統(tǒng)總體控制如下圖所示。系統(tǒng)上電后首先進(jìn)行初始化，包括各存儲(chǔ)單元初始化、外部時(shí)鐘初始化和溫度傳感器初始化等。之后檢測(cè)當(dāng)前是否為照明設(shè)定時(shí)間，如果是照明時(shí)間，程序轉(zhuǎn)到LED燈照明控制子程序，否則檢測(cè)太陽(yáng)能電池的端口電壓是否大于啟動(dòng)電壓，若滿足充電條件，則系統(tǒng)對(duì)蓄電池充電，否則繼續(xù)對(duì)時(shí)鐘和太陽(yáng)能電池輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)。流程圖如圖61所示。 系統(tǒng)軟件具體設(shè)計(jì) 充電控制程序?qū)τ谝粋€(gè)蓄電池，選擇適當(dāng)?shù)某潆姺椒ǎ粌H可以提高充電效率，而且能夠延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。本文根據(jù)太陽(yáng)能電池的輸出特性和蓄電池的輸入特性，采用最大功率充電(MPPT)、恒壓充電和浮充充電三種充電控制方式。其具體過(guò)程是：當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的端電壓小于蓄電池的最大電壓上限Uc時(shí)，實(shí)施MPPT充電；當(dāng)檢測(cè)U=Uc時(shí)，如果此時(shí)充電電流大于轉(zhuǎn)換門限值Ic，則對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電(CV)；若IIc，則轉(zhuǎn)換為浮充充電(VF)。，充電控制流程如圖62所示。 放電控制程序在LED工作的時(shí)候，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的電壓，以免蓄電池過(guò)放電。進(jìn)入放電子程序后首先點(diǎn)亮LED燈，然后判斷此時(shí)的蓄電池端口電壓是否大于最小閾值電壓U。= V，如果小于則關(guān)斷LED燈。流程圖如圖63所示。圖61 系統(tǒng)主程序流程圖圖62 充電控制程序流程圖圖63 放電控制流程圖結(jié)論本文對(duì)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)的各部分工作原理及特性進(jìn)行了介紹，對(duì)常用的充電方法、蓄電池保護(hù)方式以及LED 驅(qū)動(dòng)作了研究，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一款集三階段充電法蓄電池充電、充放電保護(hù)和LED驅(qū)動(dòng)控制的控制器。本文還對(duì)部分電路進(jìn)行了仿真，結(jié)果基本符合要求，并設(shè)計(jì)了主要器件的硬件電路。參考文獻(xiàn)1 吳繼杭．太陽(yáng)能—21世紀(jì)的主要能源．杭氧科技．2003，（3）：222 隋崗．小型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)．青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3 郝麗，陳超，崔永興．淺談太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)及其在我國(guó)的應(yīng)用發(fā)展．科技信息．2009，（17）：6974 張立文，張聚偉，田葳等．太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用．應(yīng)用能源技術(shù)．2010，（3）：4～85 亓立敏，尹成強(qiáng)，陳波．LED太陽(yáng)能路燈控制器的設(shè)計(jì)．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)．2011，（12）：6～76 曹承棟．淺談國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及展望．通信電源技術(shù)．2011，28（1）：35～377 鐘君．智能型太陽(yáng)能路燈光伏電源控制器的研究與開(kāi)發(fā)．西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8 程莉莉，趙建龍，熊勇等．用太陽(yáng)能電池供電的鋰電池充電管理集成電路的設(shè)計(jì)．中國(guó)集成電路．2010，（6）：48～529 黃琴．淺談太陽(yáng)能發(fā)電．才智．2010，（23）：3310 張智峰．太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)．2010，（21）：11711 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applications．Solarenergy．2004，76：759～769致謝四年的大學(xué)生活接近尾聲，回首來(lái)時(shí)路，我深感自己收獲頗多。在畢業(yè)論文即將完成之際，謹(jǐn)向在此期間指導(dǎo)和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)及朋友致以最崇高的敬意和深深的感謝！首先，要感謝***老師，閆老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、廣博的理論知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、踏實(shí)的工作作風(fēng)充分體現(xiàn)了師者風(fēng)范，從論文的選題到論文的撰寫，無(wú)不傾注著閆老師的細(xì)心指導(dǎo)和不懈的支持，導(dǎo)師的悉心培養(yǎng)和不倦教誨將使我受益終生。在此，謹(jǐn)向閆老師表示衷心的感謝和無(wú)比的敬意!再次，還要感謝在畢設(shè)工作中幫助過(guò)我的同學(xué)、朋友，他們的耐心幫助給了我很大的動(dòng)力和支持。我還要感謝我的父母和家人，是他們?cè)谏詈蛯W(xué)習(xí)上給予的關(guān)愛(ài)和支持，讓我能順利完成畢業(yè)論文的研究工作。最后，對(duì)在百忙中抽出寶貴時(shí)間來(lái)閱讀本文的各位評(píng)委老師表示衷心的感謝!附錄1燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱：太陽(yáng)能供電LED路 燈智能控制器研究 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院電氣工程系年級(jí)專業(yè)： 08級(jí)應(yīng)電2班 學(xué)生姓名： *** 指導(dǎo)教師： ***