1、学院学生毕业设计(论文)报告系别：专业：班号：学生姓名：学生学号：W (rU)题目：太阳能路灯控制器设计指导教师：设计地点：起迄 日期： 2013.09.16 2014.06.25学院毕业设计论文毕业设计（论文）任务书专业 班级 姓名一、课题名称：太阳能路灯控制器设计二、主要技术指标（或基本要求）：1、控制器选用80C51单片机微处理器；2、路灯选用24V36W的LED灯；3、太阳能电池板的峰值电压：17V左右；4、太阳能电池充电开始与停止时的电流值：0.24A、0.25A; 5、散热器允许电流的工作范围：3A-10A; 6、太阳能电池单体工作电压：0.45-0.50V，电池组的功率可打到几瓦
2、到几百瓦；7、充放电控制器欠压保护：10.8-14.7V ,低压保护：12-14.7V。三、主要工作内容：1.调查分析太阳能的发展历程和路灯控制器的发展状况2.对所需资料进行搜集、分析、总结确定总体设计方案；3.根据课题要求确定硬件方案与设计；4.软件设计；5.完成文献综述，开题报告及毕业设计说明书和设计说明书的撰写工作；6.与老师和同学们进行交流、研究、讨论，对毕业设计修改，直到达到毕业设计要求，进行答辩。四、主要参考文献：1冯垛牛.太阳能发申技术与应用 .北京：人民邮电出版社.2009,160-1662王君一，徐仁学.太阳能利用技术.北京：金盾出版社，2008,16-353熊绍珍， 朱美芳
3、 .太阳能电池基础与应用 .北京：科学出版社，20094杨恒.LED照明驱动器设计步骤详解 .北京：中国电力出版社， 20105沙占友，王彦朋等.开关电源设计入门与实例解析.北京：中国电力出版社，2009年月日年月日年月日年月日学生（签名）指导教师（签名）教研室主任（签名）系 主 任（签名）毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目太阳能路灯控制器设计一、选题的背景和意义：太阳能控制器是太阳能光伏系统的核心部分，但在过去的太阳能控制器发展过程 中，常常受到太阳能控制器性能影响从而造成：电池往往用不到一年就需要更换，不 仅提高了后期维护费用，而且增加了客户的消费成本，也造成了浪费。其次是太阳能 属
4、于不稳定能源，而且能量分布不均，夏天能量充足，但路灯使用时间短，冬天有效 光照时间短，但路灯使用时间长，大大降低了运行的可靠性，这也是受到太阳能控制 器性能影响。通过研究不同的电路拓扑结构和先进的控制算法，在太阳光强度、太阳能电池温度以及负载改变的情况下，尽可能使太阳能电池时刻保持最大输出功率状态，即实现最大功率点跟踪（MPPT）。蓄电池充电策略直接影响到蓄电池的寿命，研究智能化的 充电方法，提高蓄电池的充电接受率，减少充电时间，对于整个光伏系统的工作状况 具有重要意义。独立光伏系统的环境一般比较恶劣， 如何提高系统稳定性也是当前所 有光伏电源控制器研究者最急需解决的问题之一。二、课题研究的主
5、要内容：1、太阳能路灯控制器的整体设计方案2、太阳能电池种类3、太阳能路灯控制器的电路图设计4、蓄电池充放电特性研究5、过充过放电路设计三、主要研究（设计）方法论述：1、调查分析太阳能的发展历程和路灯控制器的发展状况；2、在以上找到资料的基础上进行整合并学习；3、在对相关资料的学习之后大体确定一个设计框架，并着手开始进行每部分设计；4、接下来是着重对太阳能路灯照明系统的设计和各种性能研究进行阐述，最终完成 整个系统设计。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作内 容2013.09.16 2013.09.27拟定题目、完成毕业设计任务书2013.09.28 2013.10.08完成毕业设
6、计开题报告2013.10.09 2013.10.10完成摘要和前百2013.10.11 2013.10.16完成A章到第二章的内容撰写2013.10.17 2013.10.23完成中期的检查报告2013.10.14 2013.10.24完成第四章到第七章的内容撰写2013.10.25 2013.11.05完成对于整篇论文的检查2013.11.062013.11.17根据老师的指导对论文进行修改2014.06.13 2014.06.15准备毕业答辩五、指导教师意见：指导教师签名：年 月 日六、系部意见：系主任签名：年 月 日太阳能路灯控制器设计目录摘要Abstract第1章前言 11.2太阳能路
7、灯控制器设计意义 1第2章太阳能路灯控制器的发展现状和介绍 32.1 太阳能路灯控制器发展现状 32.2 太阳能路灯控制器介绍 32.3 日常生活中马路边安装的太阳能路灯 42.4 太阳能路灯的工作原理及特性 52.5 本章小结 5第3章系统的整体设计 63.1 控制器设计 63.1.1 控制器设计的理论基础 73.1.2 控制器芯片选择 73.1.3 控制器充放电电路 93.1.4 太阳能路灯系统的组成介绍 103.2 太阳能路灯系统设计总体分析 113.3 锂蓄电池的充放电特性 123.4 本章小结 13第4章系统的硬件设计 144.1 系统电路框图 144.2 硬件设计的原理流程图 14
8、4.3 LED驱动电路设计 154.4 涓流充电电路 164.5 单片机外围电路设计 174.5.1 复位模块电路设计 174.5.2 晶振电路 184.5.3 按键开关电路 184.6 本章小结 19第5章系统软件设计 205.1 设计思路 205.2 系统主程序流程 205.3 初始化子程序 215.4 A/D转换子程序 225.5 显示子程序 225.6 本章小结 23第6章系统调试 246.1 软件调试 246.2 硬件及总体电路调试 246.3 系统改进方案 2426第7章结束语 参考文献 答谢辞摘要随着经济的发展，社会的进步，人们对能源的需求与日俱增，大家开始关注能 源危机，对能源
9、的要求越来越高，怎样寻找新能源并为人类所用，已经成为一个迫 切需要解决的全球问题，而太阳能则是一个取之不尽、用之不竭的能源。太阳能的 利用主要包括太阳能的光热利用、太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用。太 阳能光电利用是近年来发展最快，也是最具活力的研究领域，也是最具活力的研究 领域。由于LED勺工作电流是直流，且工作电压较低。太阳能电池将光能转化为直 流电能,且太阳能电池组件可以通过串并联方式组合得到实际需要的电压。这些特 点恰好与LEM匹配,两者结合将获得很高的利用率、较高的安全性能,实现节能、 环保、安全、高效的照明系统。太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中的重要的部件，也是与各路灯系统的
10、最大的区别所在。控制器的性能如何 ，决定了一个太阳能光伏系统运行情况的优 劣。所以设计功能完备，结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的。本课题是基于单片机80C51的太阳能LED各灯控制器的设计。蓄电池充放电精确控制也在 此控制器中得到实现。设计结果表明，应用此控制器的太阳能光伏系统效率高、 运行稳定，蓄电池寿命也可延长。关键词：太阳能；单片机；充放电电路AbstractWith the development of economy, the progress of the society, people grow with each passing day demand for energ
11、y, we begin to pay attention to the energy crisis, the increasingly high demand for energy, how to find new energy and used for the human, has become an urgent need to address global problem, and the solar energy is a huge, long endless energy. The use of solar energy mainly includes the utilization
12、 of solar energy solar thermal utilization, solar photovoltaic and solar energy use photochemistry. The use of solar PV is the most rapid development in recent years, the research field is also the most active research fields, and also the most active. Because of the working current of LED is direct
13、, and low operating voltage. Solar cells convert light energy into DC power, and the solar battery components can be voltage by series parallel combination to get the actual needs of the. Which just matches with the LED, the combination will get very high utilization rate, high safety performance, a
14、chieve energy saving lighting system, environmental protection, safety, high efficiency.Solar street lamp controller is an important component of solar street lamp system, and also the biggest difference is the lighting system. How the performance of the controller, determines a solar PV system runn
15、ing the merits of the case. So the design of complete function,intelligent street light controller has the advantages of simple structure is very important. This topic is the design of solar LED street lamp controller based on MCU 80C51. Precise control of battery charging and discharging is achieve
16、d in the controller. The experimental results show that, the efficiency of solar energy photovoltaic system with this controller is high, stable running,the battery life is also extended.Keywords:Solar energy;Controller;The charging and discharging circuit学院毕业设计论文第1章前言1.1 太阳能发电背景介绍跨入21世纪后，人类面临着实现经济和
17、能源可持续发展的重大挑战，如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。而能源问 题更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更严重的是化石能源的开发利用更加 剧了环境的恶化，燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质排入大 空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，甚至在局 部地区形成酸雨，严重污染水土资源。化石能源的利用不仅造成环境污染，同时 会排放大量的温室气体，产生温室效应，引起全球气候变化。太阳能作为可再生能源，很早就被人们开发和利用了。随着科学和技术的迅 速发展，世界能源危机的日益严重，利用常规能源已不能适应世界经济快速增长 的需要，开发
18、和利用新能源，尤其是太阳能越来越引起各国政府的重视。同时， 以煤、石油等作为燃料油面临严重的环境污染，再者人民生活水平的提高对能源 的需求量越来越大，这就迫使政府和社会在大力发展常规能源的同时必须加大对 新能源的开发和利用。为贯彻落实科学发展观，把节约资源作为基本国策，发展 循环经济，保护生态环境，加快 建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济与 人口、资源、环境相互协调发展的要求。因而，可再生、无污染的太阳能利用在 世界各国崛起，世界光伏产业迅猛发展。根据可持续发展战略和环境保护的需求， 在可以预计的将来，光伏发电必将取代部分常规能源。1.2 太阳能路灯控制器设计意义本文就是对太阳能路灯进行
19、深入研究。太阳能路灯以太阳光为能源，不需要 铺设复杂的管线，安全节能无污染。基于单片机的太阳能控制系统很好的把太阳 能光伏发电技术与单片机智能控制技术结合了起来。而且具有电路结构简单、工 作稳定可靠、实用性强等优点。现在我们就是以单片机的太阳能路灯控制器的设 计为基础，对12V和24V蓄电池可以自动识别，能实现对蓄电池的科学管理，能 指示蓄电池过压、欠压等运行状态，具有两路负载输出，每路负载额定电流可以达到5A,两路负载可以随意设置为同时点亮，分时点亮，单独定时等工作模式, 同时对负载的过流、短路具有保护功能，具有较高的自动化和智能化程度。27第2章太阳能路灯控制器的发展现状和介绍2.1 太阳
20、能路灯控制器发展现状随着新能源的全面发展，太阳能作为最普遍、最给力的主力新能源，由传统 的光热应用，已经更多的应用于光电领域。渗透到家庭、电力、交通、照明、监 控、通信等多种不同的行业，而作为目前最大的太阳能光电应用主要是体现在太 阳能路灯照明系统种。太阳能路灯照明系统的主要组成部分是太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电 池、太阳能路灯这几个部分组成。而其中太阳能控制器价值最低，而作用最大， 也是最关键的一个环节。一个好的太阳能控制器能够保障整个太阳能系统的稳定 性、可靠性，在一定程度上关系到整个工程的质量好坏。2.2 太阳能路灯控制器介绍图2-1双时段型太阳能路灯控制器图2-3市电互补型太阳能路
21、灯控制器图2-2防潮型太阳能路灯控制器图2-4无线调光型路灯控制器太阳能路灯控制器经过几年的发展，目前大概状况如下：从技术角度来讲主要分：PW*口 MPPT式，开关控制的控制器早已经被淘汰。 PWM：目前应用最多的，MPPT为一种新的最大功率跟踪技术，更有效的提高的系 统的充电效率，在不久的将来，有可能会全面替代现有的PWM制器，不过还需要很长的一段时间。从功能上分：目前的控制器主要有光控、时控、双时段、双路、四季定时、 市电互补、防水型等类型的控制器产品。各种功能释义如下：光控：根据光线强弱来控制路灯的启停。或者说根据白天和黑夜来控制路灯 的工作；时控：这个再控制器行业里，不是顾名思义的，不
22、是指时钟控制，而是指延 时控制，就是在光控启动路灯的同时可以设定路灯的工作延时时间；双时段：是指控制器路灯可以在两个预设的时段内工作，比如说要在天黑后 小时内工作，另外还要在天亮前的两小时内工作，中间的时间由于基本无人夜行, 为了节省资源，则在中间的时间段关闭路灯；双路：是指该太阳能控制器能够控制两路路灯工作；四季定时：是指可以根据一年四季的四个季节来调整设置每个季节的路灯工 作时间，包括路灯的启停时间和工作时间；市电互补：是太阳能和市电相互辅助工作的一种模式，一般控制器行业里说 市电互补都是以太阳能系统优先，市电作为备用供电系统，称之为市电互补，也 有特殊情况，需要市电优先，太阳能备用的，这
23、种情况极少。防水型：顾名思义，这是一款针对沿海或者特别潮湿地区研发的高防水性能 控制器。防护等级为IP67。真正做到能够泡到水里工作。然而，现已研制出来的光伏电源控制器还存在许多急需解决的问题。实际上, 在MPPT术的使用和蓄电池充电策略的优化之间存在矛盾冲突，能源利用效率较 低，蓄电池充放电方式的不合理，对蓄电池的保护不够充分，这些都是目前市场 上电源控制器普遍存在的问题。为了对太阳能光伏资源进行全面的开发和利用， 控制器的稳定性和可靠性也有待进一步提高。2.3 日常生活中马路边安装的太阳能路灯图2-5 常见路灯样式太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，也是各种路灯系统 最大的区
24、别所在。可以说，光伏路灯系统的不同，其实质就是控制器的不同。其 设计的好坏，决定了一个太阳能光伏发电系统运行情况的优劣。所以设计功能完 备，结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的。太阳能灯具中，一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充电放 电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度充电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能，具有光控、时 控的功能，并应具备夜间自动切断负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间控制模 块的基本思想是检测太阳能电池板电压，若白天到，封锁控制电路，LEW关闭；夜晚，太阳能电池板电压较低
25、，开启控制电路，LED灯点亮。同时检测蓄电池端电压，判断其充电方式、以及对负载 LED的供电方式。控制器结构电路主要由充 电电路、放电电路、单片机外围电路和 LED驱动电路等几部分组成。太阳能控制器功能： 1.电池组件防反充保护； 2.蓄电池过充保护； 3. 蓄电池的过放保护； 4.电池组件、蓄电池的反接保护； 5.负载过压保护；6. 智能充电：增加浮充功能，即恒压控制。2.4 太阳能路灯的工作原理及特性太阳能路灯就是以太阳能为光源，在白天天阳能电池板会给蓄电池充电，晚 上，当需要照明的时候，蓄电池会开始给灯源供电使用。具在使用中无需铺设复 杂昂贵的供电线路，使得其能在任何场地任何环境安装，它
26、的电池采用自然光， 可以循环使用，无须外界电源，来源绿色环保，当太阳光不足一定程度时，太阳 能路灯能够自动调节开关，真正做到了无人守护、全天候工作。太阳能路灯的特点、材质结构和供电线路上都有很大的不同。 在产品特点上, 太阳能路灯在灯源上采用了太阳能。白天，它可以利用太阳能电路板给路灯里面 的蓄电池充电，到了晚上，蓄电池就可以给灯具进行供电，完全可以满足照明的 需要。太阳能路灯采用的太阳能电源绿色环保，自然界处处可见，这就节省了铺 设供电线路所需要的材料，节省了大量的人力物力，提高了施工效率。止匕外，太 阳能路灯绿色环保、节能降耗、使用寿命长、产品结构稳定，具有非常好的社会 效益和经济效益。太
27、阳能路灯是我们国家采用太阳能这种新型能源作为路灯外在供电能源的一 种交通道路状况照明灯，在城市生活中，路灯发挥着非常重要的作用，是我们出 行和夜生活的眼睛。2.5 本章小结本章通过查阅资料了解到太阳能的发展历程，从国外国内对太阳能的发展作 了较为详细的介绍，同时也对太阳能路灯控制器和太阳能路灯目前国内外的技术 作了详细的介绍，让大家有所了解对太阳能利用之一的太阳能路灯的相关概况， 以及介绍太阳能路灯的照明工作是如何实现的。从而发现基于单片机控制的太阳 能路灯具有很多优点：安全可靠，维护方便；不需要常规能源，不污染环境；安 装方便，自动控制。从而不仅节约了电能，而且避免了由于四季昼夜长短不一，
28、需要调整电路系统的麻烦，使路灯更为人性化。第3章系统的整体设计3.1 控制器设计控制器的设计是本系统设计的核心，下面我们就从了解控制器设计理论基础 开始对控制器进行设计，如图3-1所示为设计框图。图3-1设计框图3.1.1 控制器设计的理论基础太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，也是各种路灯系统 最大的区别所在。可以说，光伏路灯系统的不同，其实质就是控制器的不同。其 设计的好坏，决定了一个太阳能光伏发电系统运行情况的优劣。所以设计功能完 备，结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的。太阳能灯具中，一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。 为了延长蓄电 池的使用寿命，必须对它的充
29、电放电条件加以限制 ，防止蓄电池过充电及深度充 电。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿功能。 同时太阳能控制器 应兼有路灯控制功能，具有光控、时控的功能，并应具备夜间自动切断负载功能， 便于阴雨天延长路灯工作时间。控制模块的基本思想是检测太阳能电池板电压，若白天到，封锁控制电路， LED灯关闭；夜晚，太阳能电池板电压较低，开启控制电路，LED灯点亮。同时检测蓄电池端电压，判断其充电方式、以及对负载 LED的供电方式。控制器结构电 路主要由充电电路、放电电路、单片机外围电路和LED驱动电路等几部分组成。太阳能控制器功能：1、电池组件防反充保护；2、蓄电池过充保护；3、蓄电池的过放保护
30、；4、电池组件、蓄电池的反接保护；5、负载过压保护；6、智能充电：增加浮充功能，即恒压控制。3.1.2 控制器芯片选择智能化控制芯片中，单片机凭其体积小、封装形式简单、易于焊接、功能齐 全、功耗较小等优点不失为最佳选择。利用单片机完全可以实现路灯亮度的自动 调节并能达到节省能源的目的，并且一旦开机就可以智能地持续工作，减少了工 作人员的维护量。在光伏发电系统中，充电器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电 压，能快速、平稳高效的为蓄电池充电，同时保护蓄电池，避免过充现象的发生， 并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命。选择控制器的关键取决 于芯片的不同和电路的不同，以下从三个方面
31、进行对比论证。首先是简易并联调节的控制器，其近似可以看作是恒流源对蓄电池充电。因 此，当在蓄电池达到浮充电压点时，蓄电池并没有充满，切断电源后，蓄电池电 压会有很大的降落。如果将浮充电电压点值设定得太高，欲使蓄电池尽量充满， 这样又会导致蓄电池的过早损坏。具充放电曲线不是很好，因此只适用于小功率 的用户和要求不高的场合，特别适用于 12V和24V输入的220W以下的用户系统。 其次是PIC1F6716,众所周知的PIC系列单片机具有的特点有，哈佛总线结构， 精简指令集技术，寻址方式简单、寻址空间独立， 代码压缩率高、程序保密性强， 功耗低，驱动力强，拥有两种串行总线端口，外接电路简洁，开发方便
32、，运用 C 语言编程，程序存储器版本齐全等。具有性能完善，功能强大，学习容易，开发 应用方便等优点。最后，对于芯片AT80C51的单片机。AT80C51单片机是美国ATME公司生产 的低电压，高性能CMOS的单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只 读程序存储器和128bytes的随机数据存储器（RAM,器件采用ATME公司的高密 度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。功能强大的 AT80C51单片机可为用户提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT80C51的芯片管脚图如图3-2所示。181920pi.orr P1.1XT PU Pl.3 P
33、i.4 Fl 5 Pl 6PL7RST/VPDF3 pj.irrxD P3J/INT0 P33XINTT P3OTOP3.6/W- P3.7/RD-XTAL2 XTAL1Gnd0 12 3 o o o O p p p P,4J567 o o o O p p p P765432102 2 22.2 2 22. p p p p p p p P图3-2 AT80C51芯片管脚其主要特性为： 与MCS-51兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128X8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器
34、 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路鉴于对AT80C51比较熟悉，而且对于应用大型功率无人看守的光伏发电系统, 直接关系到运行、维修的成本及系统的可靠性因此选择此款芯片。 .1.3控制器充放电电路充放电控制器有很多种功能，其中主要表现在以下方面：1、欠压保护：蓄电池电压低于欠压保护值时，控制器关闭两路负载，停止供电，如果继续 放电，易造成蓄电池因为过放而损坏，所以欠压保护值国家强制标准为10.8V,这里规定欠压保护 参数为10.8V-14.7V （可调）。2、安全的雷电保护：通过TVS防雷管进行防雷，保证相关组件的安全，这是目前比较先进的技术。3、负载的短
35、路保护、负载过流保护、蓄电池极性反接保护：摒弃常用的单独用保险丝进行保护，现已改成通过软件快速感应率先保护， 更好的保护了相关器件不被损毁，省略了故障时人工换保险丝的麻烦。4、反向放电保护：通过两路场管控制蓄电池对电池板反向放电，防止蓄电池容量损耗，保护更 完善。这里规定放电过流保 护值为11.5A。5、控制器对蓄电池的温度补偿：蓄电池有负温度特性，在常温下（25C）,每增加1C, 12V蓄电池电压降低 0.014-0.018V左右，此款控制器将给予电压补偿，既保证蓄电池在恒压环境工作， 延长其使用寿命；又保证其不会受夏日高温环境影响而导致使用时经常欠压断电。6、低压节能保护：蓄电池电压低于1
36、2V时，表示蓄电池所存电量已不足，此时控制器将一路灯 关闭，保留另一路灯的照明，确保照明时间有效延长。本控制器规定低压保护 12.0V-14.7V 可调。7、充电涓流保护：充电时，蓄电池在达到峰值电压后，如果继续高压充电容易造成蓄电池的失 水或失控，如果停止充电蓄电池又无法饱和。此款控制器在充到峰值电压后立即 降压1V,然后进入涓流充电状态，保证了蓄电池可以稳定于饱满状态，同时又避 免了失水或失控，类似于对蓄电池进行循环充，不仅高效的保护了蓄电池，还提 升了蓄电池的充电次数，使用寿命更长。这里规定充电过流保护值为15A。8、负载启动瞬间大电流保护：低压钠灯、无极灯等负载启动时瞬间电流将达到正常
37、电流的3-5倍左右，通过相关保护设置，控制器及相关组件使用寿命更加延长。9、灵活的调功设定：可以通过调功功能对两路LED丁或其中任意一路LED丁进行灵活的功率调节， 通过降低负载的电流实现减少能耗。即使使用无极灯、低压钠灯、金卤灯，也可 以采用夜间行人稀少时段定时关闭一路路灯，实现最大限度的节电。10、LED恒流源改造功能：LED在使用环境中如果电流不稳或电流过大很容易造成损坏或严重光衰，一般通过添加恒流源驱动来恒定 LED的电流，但是恒流源除了自身环节需要数十元 的成本外，更重要的是恒流源环节的功耗达到了 LED路灯系统的10%-25脸右，导 致了电池板、蓄电池的成本被无形中大大增加。 此款
38、控制器可以针对12V/24V LED 灯的参数，将控制器调节为恒流输出，每个时段的电流都可以设置，不仅减少了 因为恒流源环节可能产生的故障，还大大降低了电池板、蓄电池的设计成本。11、防水保护：一般防水性能都很差，但是防水的控制器的散热性能不好。使用铝制外壳相 对来说，起到的防水作用会更好。控制器充放电电路图如图3-3所示。图3-3控制器充放电电路图单片机控制充放电驱动 Q1和Q2(1)当蓄电池电压处于正常情况下，单片机控制的充电驱动MOS管Q1(IRFZ44)为高电平截止，三极管 Q3导通，PWM空比为零，此时太阳能电板想 蓄电池包流充电；当蓄电池电压达到13.6V时，单片机控制充电驱动Q1
39、为高电平 时，Q3导通，Q1截止，通过控制占空比，使 Q1实现通断控制，此时处于恒压浮 充状态；当电流下降到某值时，进行恒流充电；但蓄电池电压达到设定的过充点 14.4V时，再进行恒压涓流充电；涓流小到某一值，单片机控制的充电驱动Q1进行短路保护；当蓄电池电压下降到某设定值时，Q3重新导通，Q1截止，恢复为正 常充电状态。(2)当蓄电池电压处于正常情况下，单片机控制的放电驱动MOS管Q2(IRFZ44)为低电平，三极管 Q4截止，Q2导通，此时负载输出正常；当蓄电池 电压低于设定的过放点时，单片机控制的放电驱动Q2为高电平，Q4导通，Q2截止，此时负载无输出；当蓄电池电压达到 12.6V时，单
40、片机控制的放电驱动 T2 为低电平，Q4截止，MOST Q2导通，此时恢复对负载供电。 .1.4太阳能路灯系统的组成介绍系统由太阳能电池组件部分(包括支架)、LED光源、控制箱(内有控制器)等 几部分构成，太阳能电池板的设计对系统的抗风设计非常有利。蓄电池采用地埋 式，蓄电池箱采用防腐材料加工而成，可有防盗、防水、易于维修等作用。如图 3-3所示。太阳能电池：吸收太阳能，将光能转换成直流电能。控制器：控制蓄电池的充放电的深度，延长蓄电池寿命，控制负载运行时间 及状态。蓄电池：储存太阳能电池板产生的电能，在夜晚为负载提供电力。图3-4系统组成3.2 太阳能路灯系统设计总体分析1、方案的选择由单片
41、机根据采集到的控制器的充放电电压电流参数，发出各种控制信号。 实现充放电控制，是使充放电系统能稳定有效地运行。更好的保护了锂电池。延 长整个太阳能路灯系统的使用年限。2、方框图太阳能路灯充放电控制器的电路框图如图 3-5所示。太阳能电池板接收光照 并把太阳能转化为电能，通过充放电控制器为锂蓄电池充电。锂蓄电池放电同样 通过控制器来控制LED照明电路。图3-5太阳能路灯充放电控制器的电路框图3、太阳能路灯以控制、工作方式的不同，可分为两种系统：(1)光控开光控关原理：白天，太阳光照射到太阳电池组件表面时，光伏效应产生电能，并通 过控制器对蓄电池进行充电；随着光线逐渐减弱，太阳电池组件产生的电压不
42、断 下降，当电压值低于控制器设置的启动电压值时，控制器启动负载工作。光线逐 渐增强，电池组件产生的电压增大并达到控制器设定关断电压值时，控制器切断 负载。(2)光控开时控关原理：白天，太阳光照射到太阳电池组件表面时，光伏效应产生电能，并通 过控制器对蓄电池进行充电；随着光线逐渐减弱，太阳电池组件产生的电压不断 下降，当电压值低于控制器设置的启动电压值时，控制器启动负载工作。当负载 工作时间达到控制器预先设定时间时，控制器切断负载，负载停止工作。由于单片机程序设计十分灵活，所以可由软件设计选择控制方式。本系统的 程序采用第二种方案。3.3 锂蓄电池的充放电特性路灯蓄电池选用锂离子电池。锂电池具有
43、重量轻容量大无记忆效应等优点， 因而得到普遍应用。锂电池的能量密度很高，它的容量是同重量的锲氢电池的 1.5-2倍，而且具有很低的自放电率。止匕外，锂电池似乎没有记忆效应以及不含 有毒物质等优点。但是对于锂电池的充电过程，要求是比较严格的。影响蓄电池 寿命的因素有：放电深度，过充电程度等。在光伏系统中蓄电池的放电深度不是包 定的，它随天气状况和季节而变。在天气晴朗的夏日，蓄电池放电深度小；在天气 阴沉的冬日，蓄电池放电深度大。过充电程度也随季节天气变化，在冬季，蓄电 池可能从没充满过，在夏天，蓄电池可能经常是满的。为了延长蓄电池的寿命， 必须合理的控制蓄电池的放电与充电。 当蓄电池放电到一定程
44、度时，应停止放电， 防止过放电减少蓄电池寿命；当蓄电池充电到一定程度时要停止充电和减小充电 电流，防止不合理的过充电对蓄电池造成损害。锂蓄电池的充电曲线如图3-6所示。图3-6锂蓄电池的充电曲线锂蓄电池的充电过程：(1)如果开始充电时，电池电量很低，那么必须用小电流(大概0.24A)开始充电，即涓流充电。如果电压高于 13V就不必进行这个步骤。(2)当电池电压大于13V可以开始大电流充电，包流充电。随着充电的进行， 电池电压逐渐升高。(3)当电池电压达到或接近充满电压 (如16.8V左右)时，则要开始转入恒 压充电：当电流减少到大概 0.25A左右，则停止充电。3.4 本章小结本章主要是介绍课
45、题的方案选择，在确定课题方案后，对系统进行整体设计, 仔细分析方案，整理出系统基本介绍。并重点分析介绍系统中的每个重点模块。 其次分别对各个单元电路包括控制器设计的理论基础、控制器芯片选择、控制器 充放电电路、锂蓄电池的充放电特性进行更深一步的探究。第4章系统的硬件设计4.1 系统电路框图太阳能LED路灯照明系统主要是由太阳能模块，蓄电池，LED驱动电路，LED 灯具和控制器这五部分组成。首先，太阳能电池板是太阳能路灯系统中的能量来 源部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存储于蓄电池内备用。 其次，控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和充电电压，实现快捷、平稳、高效充电，
46、并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命，同时 防止蓄电池过充电和过放电。再者，蓄电池将太阳能阵列发出的直流电直接储存 起来，供负载使用。LED驱动为LED灯具提供稳定的供电条件，使得 LED路灯能 够达到太阳能路灯系统的照明要求，理想的灯具既要高效照明，又要尽可能的降 低功率损耗。电路的结构原理框图如图 4-1所示。图4-1系统电路框图4.2 硬件设计的原理流程图系统得以正常运行，基于一个合理有序的流程，本设计的流程思想如图4-2所示。4.3 LED驱动电路设计将多个LED!接在一起使用时，正向电压和电流均必须匹配，这样整个组件 才能产生一致的亮度。LED的链接方式一般有串联、并联、
47、混联等。串联形式分 为简单串联和带旁路串联。简单串联的优点是电路简单，连接方便。LED的电流相同，亮度一致；缺点的是可靠性不高，驱动器输出电压高，不利于其设计和制 造。带旁路串联的优点是电路脚简单，可靠性较高，保证LED的电流相同，发光亮度一致；缺点是元器件数量增加，体积加大，驱动器输出电压高，设计和制造 困难。并联形式分为简单并联和独立匹配并联。 前者的优点是电路简单，连接方便， 驱动电压低，可靠性较高；缺点是需要考虑 LED的均流问题。后者的优点是可靠 性高，适应性强，驱动效果好，单个LED保护完善；缺点是电路复杂，技术求高， 占用体积大，不适用于LE躁量多的场合。混联形式包括先并联后串联，先串联 后并联，交叉阵列。前两者的优点是可靠性较高，驱动器设计制造方便，总体效率较高，适用范围较广；缺点是电路连接较为复杂
