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1、太阳能照明系统第1页，共18页，编辑于2022年，星期五绪论 当前,太阳能的利用主要包括光热、光电转换两方面的内容。太阳能照明系统是利用太阳能组件的光生伏特效应,将光能转换为电能,并储存在蓄电池中供负载使用,它是集太阳能光伏技术、蓄电池技术、照明光源技术和灯具设计技术于一体的新兴技术。第2页，共18页，编辑于2022年，星期五本次设计的主要内容 研究装备led灯具的太阳能照明系统,主要完成由单片机组成的控制电路第3页，共18页，编辑于2022年，星期五太阳能照明系统的硬件设计1、系统的总体设计方案2、电压采集电路3、充电控制电路4、放电控制电路5、A/D转换滤波电路 6、接口电路第4页，共18
2、页，编辑于2022年，星期五1、系统的总体设计方案 在太阳能照明系统中控制器是系统的控制部分,在整个系统中占据着重要的位置。它对系统运行状态进行参数采集和监控,控制整个系统充放电回路的状态,保证供电系统能可靠的运行,配以输入输出、显示控制等外围电路,组成一个实用控制系统。系统框图如下图所示：太阳能电池蓄电池 照明灯具控制器第5页，共18页，编辑于2022年，星期五 我们采用单片机作为控制器的主控芯片，选用相应的外围芯片设计了太阳能路灯充放电控制器。其结构框图如图所示:微处理器电源复位模块电压采集模块充电控制模块放电控制模块第6页，共18页，编辑于2022年，星期五2、电压采集电路 电压测量电路
3、采用电阻和运放组成。LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。第7页，共18页，编辑于2022年，星期五由LM324组成的电压采集电路：输出电压为：由于AVR单片机的供电电压一般为2.75.5V，而蓄电池和太阳能电池的电压值远大于这个范围，所以必须通过前级的放大器，将输入电压值放大到最大值不超过这个电压范围之内。第8页，共18页，编辑于2022年，星期五3、充电控制电路 本论文设计的充电控制器采用了PWM原理，分两阶段，第一阶段为快充阶段，第二阶段为PWM阶段（慢充阶段）。检测蓄电池的充电端电压，将检测得到的蓄电池端电压，与给定点电压比较，若小于给定电压，斩波器全通，迅速给蓄电
4、池充电；当蓄电池的电压大于给定电压，则根据比例调整功率管的占空比，充电进入慢充阶段，改善充电特性，防止过充。第9页，共18页，编辑于2022年，星期五充电控制电路如图：该电路充电过程如下所述：由单片机提供PWM信号，控制三极管Q1的通断，当PWM0=1时，NPN型的三极管Q1导通,由于稳压管DW1的作用,使得IRF4905管(P沟道增强型MOS管)的栅源电压钳位在-10V,IRF4905管导通,太阳电池向蓄电池充电.反之，Q1三极管截止 =0V,IRF4905管断开,太阳电池不能向蓄电池充电。第10页，共18页，编辑于2022年，星期五4、放电控制电路 同充电控制电路一样，放电控制的开关管也选
5、用IRF4905,电路如图:第11页，共18页，编辑于2022年，星期五Buck-Boost变换器:Buck-Boost变换器又称为降压-升压变换器。实际电路如图：Buck-Boost变换器输出电压表达式为 式中，-开关管T的导通占空比。第12页，共18页，编辑于2022年，星期五 电路采用Buck-boost 变换器，单片机提供的信号PWM1控制开关管Q4的导通占空比，从而实现对LED负载的升降压控制。R20是限流电阻，它的作用主要是控制LED电流，限流电阻R20应该比LED的正向等效电阻要大，这样才能克服LED电流随输入电压和环境温度等因素而产生的变化，但是从效率角度看，其值却不能取得太大
6、，否则会增加电能损耗以及引起元器件温度升高。稳压二极管DW3的作用是稳压，其稳压值选择应等于负载电路的工作电压。第13页，共18页，编辑于2022年，星期五5、A/D转换滤波电路 为减小AD转换的电源干扰，Mega16芯片有独立的AD电源供电。官方文档推荐在VCC串上一只10uH的电感（L1），然后接一只0.1uF的电容到地（C5）。Mega16内带2.56V标准参考电压。也可以从外面输入参考电压。习惯上在AREF脚接一只0.1uF的电容到地（C4）。第14页，共18页，编辑于2022年，星期五6、接口电路蓄电池接口电路：D3是一个防止蓄电池正负极反接的保护二极管,即当蓄电池反接时,D3正向导
7、通,电流很大,熔断丝即可烧断,电路断开,保护了控制器和蓄电池,提高了系统的可靠性。第15页，共18页，编辑于2022年，星期五太阳能电池接口电路：R10为压敏电阻，压敏电阻是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变的电阻。它的作用是：当加在它上面的电压低于压敏电阻的的阀值时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过阀值时，流过它的电流激增，相当于阀门打开，将电压限制在阀值内。利用这一功能，可以防止闪电时光强太大,太阳能电池的电压过高,保护电路免受过电压的损害。第16页，共18页，编辑于2022年，星期五系统原理图第17页，共18页，编辑于2022年，星期五致谢 本次毕业设计是在翟因虎老师的指导下和同学的帮助下完成的，在这里向他们表示衷心的感谢。第18页，共18页，编辑于2022年，星期五