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1、太原理工大学毕业设计（论文）设计说明书设计(论文)题目：可变亮度的太阳能LED路灯灯源设计学 生： 专 业：自动化班 级：0902班指导教师： 设计日期：2013年6月18日太原理工大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：可变亮度的太阳能LED路灯灯源设计毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：设计一种可调光的太阳能LED路灯控制器，可根据太阳能路灯控制系统的指令实现路灯的亮度控制，能满足节能和照明的要求。同时集成物体移动传感器，当亮度较低时如果感知到有人或车辆通过能够自动提高亮度。要求整个系统主要由以下四个功能模块构成，分别是太阳能控制器、灯控制器、物体检测控制器以及LED路灯灯源。
2、四个功能模块构成现场基站，对现场的参数和信息进行采集，并根据参数和信息的变化对路灯做出相应的控制。各个现场基站之间可以通过无线传感网络进行通信。具体的功能应有：1. 可测量光照强度，能根据光照的强弱，自行调整灯源的亮度；2. 可检测人或物体，感知到有人或车辆到来及离去时可自动调整亮度；3. 可调整系统的工作参数；4. 与同功率的照明灯相比能减少能耗；5. 采用太阳能作为一次能源。第1页毕业设计（论文）主要内容：1. 查阅课题相关技术资料，了解功能需求，熟悉CC2530单片机结构；2. 软硬件总体结构构思与设计；3. 硬件设计与制作，包括硬件原理图设计、PCB板图设计与绘制和电路板焊接制作；4.
3、 软件设计与调试，包括软件程序流程图设计、算法程序设计、程序编写和调试；5. 整机制作及调试；6. 编写毕业设计说明书（即毕业论文）。第2页学生应交出的设计文件（论文）：1. 毕业设计说明书一本（要求用Word编辑打印）。主要内容包括：(1) 总体设计概述；(2) 硬件设计说明，包括硬件总体结构设计和硬件结构总框图、硬件原理图、PCB板图等；(3) 软件设计说明，包括软件总体结构设计和软件结构总框图、程序流程图、程序清单及注释等；(4) 设计难点和遗留问题，包括设计中遇到的难题和解决方法，以及尚未解决的问题和解决思路；(5) 与设计课题相关的英文资料原文（1万个印刷符号）和译文。2. 光盘，内
4、容包括：(1) 毕业设计说明书电子文档；(2) 硬件原理电路图及PCB板图原文件；(3) 源程序清单。第3页主要参考文献（资料）：1 周志敏，纪爱华太阳能光伏发电系统设计与应用实例电子工业出版社，20102 郑郁正单片微型计算机原理及接口技术高等教育出版社，2012.73 Sanjaya maniktala精通开关电源设计人民邮电出版社，20084 桂长清胶体密封铅蓄电池特性分析J蓄电池，2002(3)：103106专业班级自动化0902班学生刘飞要求设计(论文)工作起止日期2013年3月1日2013年6月12日指导教师签字日期教研室主任审查签字日期系主任批准签字日期第4页 可变亮度的太阳能L
5、ED路灯灯源设计摘 要随着能源危机的日益严重，“低碳”、“节能”逐渐成为人们日常生活的主题。如何节能降耗已成为近年来研究的热点课题。由于太阳能光伏技术的日益成熟，太阳能越来越多的作为一次能源被广泛利用。本课题旨在利用太阳能为系统提供能源，并实现太阳能路灯系统的智能控制，显著的降低系统的能耗。本课题主要完成四部分的设计内容，包括太阳能控制器、物体检测控制器、灯控制器以及LED灯源。系统由上述四部分组成现场基站，对光照强度进行测量并根据光强的变化自动调节路灯亮度，同时可以感知人员和车辆的来往情况并控制路灯的开启和关闭。各个现场基站之间采用射频单片机CC2530构成基站节点间的树形通讯网络，相互传递
6、信息，实现对路灯的综合控制。关键词：节能降耗；太阳能路灯系统；现场基站；树形网络Solar LED Street Light Source Design Variable BrightnessAbstractWith应根据修改后的中文摘要内容修改英文摘要 the increasingly serious energy crisis, low carbon, energy has gradually become the subject of peoples daily lives. How to saving energy has become a hot research topic in
7、recent years. As the solar photovoltaic technology has become more sophisticated, more and more solar energy as the primary energy.The purpose of this project is to use solar energy system and solar street lighting system, intelligent control, a significant reduction in system energy consumption. Th
8、e main subject of the complete four-part design, including solar controller, object detection controller, light controller and LED light source. The above-mentioned four-part on-site base station, the light intensity measured according to changes in light intensity may adjust the brightness of the s
9、treetlight can be perceived at the same time the exchange of personnel and vehicles, on the is street lamp turned on and off control. Each site between the base station set up in a tree network, pass information to each other, in order to achieve a more reasonable control on the street. Communicatio
10、n between each node of the tree network rely on radio frequency single-chip CC2530.Key words: energy saving；solar street lighting system；on-site base station；tree network- II -目 录第1章 绪论11.1 太阳能开发利用的意义11.2 太阳能照明的研究现状和发展趋势11.3 本文的主要研究内容2第2章 方案论证32.1 设计要求32.2 方案选择3第3章 系统硬件结构设计63.1 系统硬件总体结构63.2 路灯系统结构概述
11、6第4章 太阳能控制器的设计与实现84.1 太阳能控制器结构设计84.2 太阳能控制器实物图94.3 太阳能控制器功能概述94.4 太阳能控制器功能实现104.5 太阳能电池板和蓄电池选型104.5.1 太阳能电池板组件104.5.2 蓄电池114.5.3 蓄电池和太阳能电池板的选用124.5.4 太阳能电池板和蓄电池实物图134.6 太阳能控制器单片机系统设计154.6.1 单片机选型154.6.2 LCD显示屏选型164.6.3 MOS管选型174.7 PID控制设计19第5章 灯控制器的设计与实现235.1 灯控制器结构设计235.2 灯控制器实物图235.3 灯控制器功能概述235.4
12、 射频控制器设计245.4.1 CC2530射频单片机性能245.4.2 CC2530射频控制电路设计255.5 灯控制器所用传感器选型255.5.1 光敏电阻选型255.5.2 红外热释电传感器选型265.5.3 传感器实物图265.6 环境光控制电路设计27第6章 物体检测控制器的设计与实现296.1 物体检测控制器功能概述296.2 物体检测控制器实物图296.3 物体检测控制器电路设计30第7章 LED路灯灯源的设计与实现317.1 LED路灯灯源概述317.2 LED路灯灯源实物图317.3 LED路灯灯源驱动电路设计31第8章 系统软件设计与实现338.1 太阳能控制器软件程序流程
13、图338.2 路灯系统整体程序流程图348.3 相关软件程序代码358.3.1 PID控制算法相关代码358.3.2 PWM相关代码368.3.3 调光方案相关代码37设计总结38致 谢39参考文献40附录 部分英文参考资料及译文41- ii -第1章 绪论1.1 太阳能开发利用的意义随着科学和技术的迅速发展，世界能源短缺危机日趋严重，石油、煤炭等不可再生能源价格不断上涨，单一利用常规能源已不能适应世界经济快速增长的需求。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨大的可再生能源，每天达到地球表面的辐射能量大约等于2.5亿万捅石油，可以说是取之不尽、用之不竭的清洁能源。随着全球
14、气候变暖，“低碳”生活也逐渐成为人类新的追求。开发和利用新能源，尤其是太阳能利用，已越来越引起各国政府的重视，从事太阳能开发利用的企业也迎来了新的发展机遇。太阳能路灯的应用在世界能源问题和环境问题倍受困扰和关注的今天具有十分重大的现实意义，尤其是靠小规模火力发电或季节性水力发电的地区，因没有或无法并入国家大电网而本身电网调节能力相对较差，更应大力开发太阳能电力。1.2 太阳能照明的研究现状和发展趋势采用太阳能电池提供电能的照明系统才是真正意义上的绿色环保照明。对政府来讲，在路灯运行时不用支付电费，对老百姓来讲，太阳能灯可直接提供安全电压（36V以下）和无处不在的照明。但在城市照明中占主体地位的
15、道路照明是否可以全面应用太阳能路灯呢？在太阳能照明系统的发展中，人们不断地对照明系统常用的控制模式进行分析，设计出各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中，有效利用率越来越高。在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断发展完善。由于光伏技术的逐渐成熟，成本不断下降，各种各样的利用太阳能开发的太阳能电子产品发展非常迅速，太阳能路灯作为目前太阳能光伏利用的主要形式已经获得了较大规模的发展，其使用寿命长，维修方便、节约能源的显著特点，在城市路灯照明中已显现出十分广阔的应用和发展前景。作为一种新型能源，作为一种新的技术和产业，与其它成
16、熟技术产业相比，太阳能利用产业发展时间短，技术上还存在不完善的地方，例如性能、标准、性价比、维护、环保、管理等诸多问题。1.3 本文的主要研究内容在太阳能路灯系统中，必不可少的一个组成部分就是太阳能控制器。太阳能控制器的全称为太阳能充放电控制器，是控制太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给负载供电的自动控制设备，以防止蓄电池过充电和过放电，并按照负载对电源的需求控制太阳能电池组件和蓄电池组对负载的电能输出，太阳能控制器是整个太阳能路灯系统的核心。本文的主要研究内容是太阳能路灯控制器设计。本文主要研究了太阳能电池组件和蓄电池组在太阳能路灯系统中的应用性能，并在对太阳能控制器的设计方案进行了充分论
17、证的基础上，设计了太阳能控制器、物体检测控制器、灯控制器和LED灯源，实现对光照强度的测量并根据光强的变化自动调节路灯亮度，同时可以感知人员和车辆的来往情况并控制路灯的开启和关闭。在设计上兼顾了光控、时控、过充保护、过放保护、反接保护和检测人员及物体移动等功能，并充分考虑了成本控制，以提高性价比。本设计除具有上述功能外，还以每个路灯控制系统作为一个现场基站，构成一个树形网络，各个现场基站之间可以通过无线传感网络进行通信和信息传递，从而实现路灯控制系统的智能综合控制。第2章 方案论证2.1 设计要求本设计要求实现的是一个太阳能路灯控制系统，具体设计要求如下：（1）电池板功率的计算和选用；（2）蓄
18、电池容量、充放电控制和充放电状态显示；（3）连续阴雨天时能保证三天路灯仍能照明；（4）为节省电能，白天光线强时路灯自动关闭，夜间光线暗时路灯自动开启，夜间24时至凌晨5时路灯自动关闭，路灯开关时间点可调；（5）全天任何时刻光线暗时，当有人员或者车辆等物体经过时路灯自动开启，且能根据光线强弱自动调节路灯亮度；（6）系统断电时可以保存用户所设定的各种参数。综合以上设计要点，同时结合实际情况，本设计主要完成以下设计任务：（1）选择合适的大功率LED灯具恒流驱动电路，设计恰当的LED灯具调光方案。（2）对调光参数进行计算，确定输入电压范围。（3）采用CC2530作为主控制器，设计硬件电路。（4）设计P
19、CB电路板，并进行焊接安装和调试。2.2 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、经纬型控制器型等，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，如NE555等，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，同时对它的安装位置
20、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2这是第一个参考文献标注，应该从序号1开始。也应该把文后相应的参考文献列写在第一个。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、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。电子钟表
21、型定时开关使用的也较多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成块为中心的电子钟电路。近几年还出现将电子钟LED液晶显示为一体的集成块，体积小、外围元器件少，可设六组开关点，有星期功能，许多厂家大量生产该产品，现在大多用于路灯控制中3这是第二个参考文献标注，序号应该是2。也应该把文后相应的参考文献列写在第二个。经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关不会自动变换开关时间之短处4这是第三个参考文献标注，序号应该是3。也应该把文后相应的参考文献列写在第三个。目前
22、路灯控制常采用这种控制方式，但其价格较高，在路灯中使用将会增加不必要的成本。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。目前常见的路灯控制方式有时控方式，人工控制，电力载波，蜂窝数字分组数据，2G网络控制等。时间控制方式是把时间当作开关灯的依据，到了规定的时间则开启或者关闭路灯。人工控制是工作人员根据时间手动掌握灯的开关。2G网络控制则通过手机发送短信来控制路灯的开关，虽然方便但费用较高。电力载波灯容易受到周围高压电线强磁场的干扰。下面就两种最常见的方法加以叙述。第一种方法比较简单，具体如下：应用红外控制和光控，白天太阳能电池板给蓄电池充电作为供电能源，灯不亮；在晚上，由红外
23、控制和光控实现人来灯亮，人走灯灭的效果。电路具有蓄电池过充、过放保护功能，当充电电压高于电池的最高阈值电压时，保护电路动作，太阳能板不对蓄电池充电；当蓄电池放电两端电压接近最低阈值电压时，保护电路使电池不再供电，以此来保护电池，延长其使用寿命。在阴雨天或电池处于过放状态时，电池不供电，自动转为后备电源供电。另外一种控制方案是将ZigBee技术和GPRS移动通信技术相结合，设计出基于ZigBee+GPRS的LED路灯照明远程监控系统。系统采用两级双网组网模型和簇-链型网络拓扑结构，通过网络化、智能化控制，实现了灯具的遥测、遥控。此外，还有的方案提出了一种应用于路灯照明的亮度自适应节能控制算法，该
24、算法可根据时段、环境亮度和人员活动情况改变PWM信号的占空比，自动调节LED的亮度，充分利用LED的可控性，实现最佳照度控制，达到节能目的。本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，利用光敏电阻控制和人员及物体车辆控制相结合的方式，实现太阳能路灯的设计。路灯智能照明调控装置采用单片机控制系统，组建成现场控制基站，实时采集光照强度的变化，以及车辆和人员的经过情况。综合以上各个因素，当有人或者车辆经过时，若此时光线强度已暗且达到了开灯的程度，则根据此时的光照强度计算合适的PWM占空比，打开路灯照明。当行人或车辆走过一定时间的延时之后，灯熄灭。当光强达到一定程度之后，灯熄
25、灭。各个现场基站之间组建成树形网络，相互之间进行通信，从而实现路灯的提前开启。系统的实施方案如图2.1所示，由蓄电池为单片机系统供电，单片机CC2530实现接近检测，并能通过无线网络接收中心系统的指令，同时对LED路灯驱动电路进行控制，调整LED路灯阵列的电流，从而控制LED路灯的亮度。图2.1 亮度可变LED光源示意图第3章 系统硬件结构设计3.1 系统硬件总体结构系统硬件总体结构见图3.1所示，主要由四部分构成，分别为：（1）太阳能控制器（2）灯控制器（3）物体检测控制器（4）LED灯源太阳能电池板为整个系统提供能源，蓄电池接受太阳能电池板输出的电能，为系统的其他部分供给能源。太阳能控制器
26、负责太阳能电池板充放电的控制。灯控制器和物体检测控制器共同提供LED路灯的控制信号。根据光照强度的变化和车辆以及行人的移动情况，对路灯的亮度进行控制。图3.1 系统硬件总体框图3.2 路灯系统结构概述由蓄电池通过稳压电路为单片机系统供电，包括太阳能控制器、灯控制器以及物体移动控制器。并通过太阳能电池板为蓄电池充电，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，要防止蓄电池出现过充或过放，因此本电路加的有太阳能控制器，即是蓄电池过充过放控制电路。灯控制器和物体检测控制器共同组成路灯控制处理部分，综合光照和人员车辆移动情况对路灯进行控制。图3.2所示为系统整体示意图。各
27、个现场基站之间组建成树形网络，相互之间进行通信，从而实现路灯的提前开启。图3.3所示为系统网络示意图。图3.2 路灯系统示意图图3.3 路灯系统网络示意图第4章 太阳能控制器的设计与实现4.1 太阳能控制器结构设计太阳能控制器系统结构如图4.1所示。电路由防反充二极管、滤波电容、续流二极管D2、MOSFET管等构成。二极管是为了防止蓄电池向太阳能电池板反向充电，当阴天或晚上蓄电池电压高于太阳能电池电压时，防反充二极管反向截止。通过控制MOSFET管开关闭合与断开时间（即PWM脉冲宽度调制），可以控制输出电压。所使用的MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而
28、且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，非常适合作控制充放电开关。设计中采用STP75N75 N沟道MOSFET管，N沟道MOSFET的导通电压Vth0。若G极和S极之间压降大于0则MOSFET管导通，若G极和S极之间电压为0则MOSFET管截至。TTL电平可以实现对MOSFET的控制，通过单片机的I/O口控制MOSFET的导通与截至，则可以控制太阳能电池板对蓄电池的充电。单片机对电源质量要求严格，只有波形稳定清晰的电源才能使单片机上电复位，否则无法上电复位，晶振不能起振，单片机就不能工作。蓄电池提供的电压是24V，单片机电源使用5V电压，因此需
29、要稳压后才能供单片机使用，本设计采用LM7805稳压后得到波形较好的电源供单片机使用。图4.1 太阳能控制器系统框图4.2 太阳能控制器实物图图4.2所示为本设计完成的太阳能控制器实物图。图4.2 太阳能控制器实物图4.3 太阳能控制器功能概述本设计完成的太阳能控制器主要具有以下功能：（1） 恒流充电（2） 过充保护（3） 过放保护（4） 过充过放报警（5） 人机交互界面（6） 反充保护（7） 断电数据不丢失4.4 太阳能控制器功能实现（1）恒流充电太阳能控制器对蓄电池进行充电，可以通过人机交互界面对充电的电流进行设置，一般将充电电流设置为蓄电池容量的十分之一。为了实现以接近蓄电池容量的十分之
30、一的电流对蓄电池进行恒流充电，本设计采用基于PID算法的PWM占空比调节方法，通过调节充电的关断与开启时间比实现恒流控制。（2）过充及过放电保护报警功能通过采集蓄电池上的电压，与经过人机交互界面设定的电压上、下限进行比较，从而判定是否过充与过放电，并据此驱动继电器动作，实现充电或放电回路的断开与连接。（3）人机交互界面人机交互界面采用四路轻触按键与诺基亚5110LCD显示屏实现。（4）断电数据保护采用24C02 EEPROM芯片，记录数据和参数，断电后对数据参数进行保护。4.5 太阳能电池板和蓄电池选型4.5.1 太阳能电池板组件1. 太阳能发电在新能源中，技术含量最高、最有发展前途的是太阳能
31、发电。太阳能发电主要有太阳能热发电和太阳能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，目前此类发电装置功率都很小，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。此处论述是否有引用文献？若有的话，应该加引用角注。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，实际应用并不多见。（2）太阳能光发电太阳能光发电不是通过热过程，而是直接将太阳的光能转
32、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。目前广泛应用的是光伏发电，是将光线照射到太阳能电池板上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。其缺点是昼夜间歇性，还受气候条件影响，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伏电池的开发应用，近年来，产量迅速增加生产成本开始下降7这是第四个参考文献标注，序号应该是4。也应该把文后相应的参考文献列写在第四个。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。2. 太阳能电池的基本特性太阳
33、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=l000W/m2,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”。此处论述是否有引用文献？若有的话，应该加引用角注。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已有很多论述。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
34、选择合适的倾角使其能获得最大的太阳辐照量8这是第五个参考文献标注，序号应该是5。也应该把文后相应的参考文献列写在第五个。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。4.5.2 蓄电池所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学装置。蓄电池能将化学能直接转化成电能，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理是：充电时利用外部电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池等。
35、它用填满海绵状铅的铅基板栅（又称格子体）作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度1.26-1.33g/mlg/ml的稀硫酸作电解质。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，生成硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，生成硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成单质铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅蓄电池是能反复充电、放电，它的单体电压是2V，电池是由一个或多个单体构成的电池组，简称蓄电池，最常见的是6V、12V蓄电池，其它还有2V、4V、8V、24V蓄电池。如汽车上用的蓄电池（俗称电瓶）是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。此处论述是否有引用文献？若有的话
36、，应该加引用角注。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
37、伏系统时。蓄电池也能够提供相对稳定的电能9这是第六个参考文献标注，序号应该是6。也应该把文后相应的参考文献列写在第六个。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，太阳能电池阵列给蓄电池充电；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：白天太阳能电池阵列给蓄电池充电，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。但是使用过程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
38、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。此处论述是否有引用文献？若有的话，应该加引用角注。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，不会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。4.5.3 蓄电池和太阳能电池板的
39、选用按照LED路灯的供电需求，路灯工作电压为24V，工作电流约1.2A。由于每天路灯要工作8个小时左右，考虑连续三天阴天的情况下路灯仍能正常工作，系统后备电源须具有24h的供电能力，且按80%的放电率计算蓄电池的容量，其计算公式见式4-1所示。 Qx=(TxIs)=(241.2)/0.8=36(Ah) (式4-1)式中： Qx蓄电池容量 Tx蓄电池放电时间 Is设备工作电流本设计选用24V/36Ah免维护蓄电池。有日照时，要求太阳能板给蓄电池充电，每天有效充电时间8小时，两天充满，则可计算出太阳能板的输出功率如式4-2所示。 P =Vg Qx+Qs (D-1) / (Tc D) (式4-2)式
40、中： Vg设备工作电压 Qx蓄电池容量 Qs日耗蓄电池容量 D 充满电需要的天数 Tc充电满电所用时间上式计算结果为： P=24Qx/Tc =24*(36+9.6)/16 =68.4W本设计选用24V/70W太阳能板。太阳能LED灯具的具体技术指标如表4.1所示。表4.1 太阳能LED灯具的主要性能指标太阳能电池70 W，24 VLED发光源28只LED，每只1 W工作温度-40 +80过充保护电压26 V(25)过放保护电压22 V蓄电池24 V，36Ah照明时间天黑后，光控自动启动电光转换功能，使路灯点亮深夜时，时控（时间点可调）自动使路灯熄灭早晨时，时控（时间点可调）自动使路灯点亮天亮后
41、，光控自动恢复到光电转换模式阴雨天保证时间保证连续3个阴雨天仍能正常工作4.5.4 太阳能电池板和蓄电池实物图本设计选配的太阳能电池板和蓄电池实物如图4.3和图4.4所示。图4.3 太阳能电池板实物图图4.4 蓄电池实物图4.6 太阳能控制器单片机系统设计本设计完成的太阳能控制器单片机系统原理图如图4.5所示。图4.5 太阳能控制器单片机系统原理图4.6.1 单片机选型本设计的太阳能控制器采用ATMEL的AT89C51单片机。AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51是一种带4K
42、字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，与标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。1. AT89C51的主要特性AT89C51与MCS-51产品兼容，4K字节可编程闪烁存储器，写/擦循环可达1万次，数据保留时间10年，全静态工作0Hz-16MHz，三级程序存储器锁定，Vcc可为+2.7V+6V的宽工作电压范围，空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。2. AT89C51的引脚图AT89C51有双列直插（DIP）和方形两种封装方式。双列直插式的外形及引
43、脚排列如图4.6所示。电源及时钟引脚：VCC、GND、XTAL1、XTAL2。控制引脚：/PSEN、ALE/PROG、/EA/VPP、RESET（即RST）。I/O引脚：P0、P1、P2、P3，为4个8位I/O的外部引脚。图4.6 AT89C51单片机引脚图4.6.2 LCD显示屏选型本设计使用的LCD显示屏是诺基亚的5110显示屏，选用该款显示屏的考虑原则如下。（1）性价比高。Nokia 5110可以显示15个汉字，30个字符，裸屏仅8.80元。而LCD1602虽然可以显示32个字符，但价格一般在15元左右，LCD12864一般要在5070元。Nokia 5110已能满足本设计需求，价格也较
44、低廉。（2）接口简单。Nokia 5110仅需四根I/O线即可驱动。而LCD1602需11根I/O线驱动，LCD12864需12根I/O线驱动。（3）速度快。Nokia 5110的显示刷新速度是LCD1602的40倍，LCD12864的20倍。（4）功耗低。Nokia5110的工作电压为3.3V，正常显示时工作电流在200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。图4.7所示为Nokia 5110的实物图。图4.8所示为Nokia 5110的接线原理图。图4.7 诺基亚51110液晶屏实物图图4.8 诺基亚5110液晶屏原理图4.6.3 MOS管选型本设计采用MOS管作为开关器件控
45、制太阳能充电的开启和关断。MOS管的选型原则主要有如下几方面。1. MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。2. MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。NMOS的特性是Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10
46、V就可以了。PMOS的特性是Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。3. MOS开关管损失无论是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。4. MOS管驱动与双极性晶体管相比，