《单片机课程设计》
太阳能路灯控制电路的设计与实现系别：电气工程系
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摘要
随着可持续发展的不断深入，人们在积极开发各类可再生新能源的同时也在倡导节能减排的绿色环保技术。太阳能作为一种清洁的优秀的可再生能源，已成为最有价值的新能源。而在照明领域，寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富、微型化的LED固态照明也已被公认为一种节能环保的重要途径。本文研究的路灯同时整合了这两者的优势，利用清洁能源以及高效率的LED实现绿色照明。
太阳能LED路灯是一种结合太阳能光伏发电技术与LED技术的新型路灯。系统通过蓄电池将太阳电池组件产生的电能储存起来供负载在夜晚照明使用。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，需要调整电路系统的麻烦，使路灯更为人性化。
关键词：光伏发电，蓄电池，发光二极管
目录
第一章概述 (3)
1.1引言 (3)
1.2 太阳能路灯的优势 (4)
1.3 太阳能路灯的应用现状 (5)
1.4本次课程设计研究的主要内容 (6)
第二章系统硬件的选择 (6)
2.1 太阳能电池板的选择 (6)
2.2 蓄电池的选择 (7)
2.3 照明灯具的选择 (8)
2.4 控制器芯片的选择 (8)
第三章系统基本介绍 (10)
第四章系统的硬件设计 (11)
4.1 系统电路框图 (11)
4.2 硬件设计的原理流程图 (12)
第五章系统的软件设计 (13)
5.1 系统软件框图 (13)
5.2计时程序设计 (13)
5.3 中断程序设计 (15)
第六章系统调试 (16)
6.1软件调试 (16)
6.2 硬件及总体电路调试 (17)
6.3系统改进方案 (17)
第七章总结与心得 (17)
附录 1 (19)
附录 2 (19)
参考文献 (31)
第一章概述
1.1 引言
跨入21世纪后，人类面临着实现经济和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。
主要表现为以下几个方面：
(1)能源短缺。常规能源的有限性和分布不均匀，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需求。从长远来看，全球已探明石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，人类迟早要面临化石燃料枯竭的危机局面。
(2)环境污染。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天空，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。
(3)温室效应。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，光伏发电必将部分取代常规能源。
目前太阳能企业面临新机遇，由于光伏发电技术的逐渐成熟，成本不断下降，太阳能的利用无处不在。各种各样利用太阳能开发的太阳能电子产品发展非常迅
速。
1.2 太阳能路灯的优势
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。
综上，太阳能路灯较传统路灯的优势有如下几点：
1.节能环保：据统计，所有路灯改为太阳能路灯可以节省一个三峡水电站的发电量。不仅如此，太阳能是一种清洁的可再生能源，它不仅节约了电能，而且减少了二氧化碳的排放量。有关数据表明太阳能路灯每年可以减少7740万吨二氧化碳就相当于节省了310亿美元的二氧化碳减量成本！
2.可靠耐用：太阳能路灯在恶劣的环境和气候条件下，光伏发电系统很少发生故障；目前绝大多数太阳能电池组件的生产技术都足以保证10年以上性能不下降，太阳能电池组件可以发电25年或更长的时间。
3.成本低廉：就产品本身价格和首次投入费用而言，太阳能路灯比普通路灯造价要高。若按使用寿命15年把运行费用和路灯维护费用考虑进去的话，太阳能路灯在寿命周期内所发生的总费用要比普通路灯的总费用要低。且规模越大，普通路灯安装的相关费用越高，如把电力增容费用、架设电力变压器、光源的功率因数补偿耗能、电力电缆、远距离线路功率损耗及路灯开启控制系统和管理人员工资等相关费用考虑进去的话实际费用要远大于预计费用。
4.安全稳定：运行维护费用低，普通路灯明显高于太阳能路灯，而且会随着使用时间的增长而越来越高（电费、人工等）。太阳能路灯免维护，绝对安全，不会发生触电事故且可通过改变控制方式来增强其稳定性。
5.自主供电：离网运行的太阳能路灯具有供电的自主性、灵活性。
但是太阳能LED路灯的优势远远不只这些。一般认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还节能1/4，这是固体光源伟大的革新。除此之外，LED还具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价，并且具
有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。由于LED具有发光效率高，发热量低等优势，已经越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。
太阳能与LED相结合的技术运用在路灯领域完全符合“绿色，节能，低成本”的现代化设计理念。而且针对现阶段太阳能LED路灯研究遭遇技术“瓶颈”而处于“花香”却难“满园绽放”的尴尬境地的情况，这个课题具有很大的研究价值，而从上面一系列的分析中也不难看出这个课题本身所具有的潜在价值更是无法估量的。
1.3 太阳能路灯的应用现状
在国家可持续发展战略的推动下，太阳能产业从无到有、从小到大发展起来。国内各大研究单位都对太阳能路灯作了详尽的研究，特别是近几年来，在“产业上规模、技术上水平、产品上档次和市场上规范”的产业发展思路引导下，太阳能产业得到了快速发展，如太阳能热水器、太阳能光伏电池技术日趋成熟，产品质量不断提高。
近年来，随着我国城市建设规模的不断扩大和建设水平的不断提高，我国城市的路灯总数以每年约20%的平均速度递增，全国数千万盏路灯的节电问题已引起政府部门的关注。在能源日趋紧张、电力供应持续紧张的今天，低效、高耗的传统城市照明已成为节能降耗的重要领域。为此，建设部和发改委明确提出城市道路照明要向“高效、节能、环保、健康”的“绿色照明”方向发展。随着太阳能发电技术的不断发展，太阳能路灯以环保、节能等优势成为城市道路照明行业的新宠，市场潜力巨大。我国太阳能路灯首先在沿海发达地区使用，上海市于2005年在崇明岛建成风光互补道路照明工程。在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐成规模，太阳能资源相对丰富的青海省自2006年以来已在西宁等地安装太阳能路灯超过200套；在北京奥运会主要场馆及其相关场所，太阳能路灯得到普遍应用。
欧洲各国都在开辟通向持久能源的通道，影响他们决策的主要因素是环境保护、创造就业机会和能源供应的安全可靠，可再生能源技术在这些方面有着较大优势。它对环境的影响最小、可替代部分常规能源、增加能源供应的安全性和可
靠性。它要求较大的设备投资、创造了更多的就业机会、有助于经济增长。
在欧洲大部分地区，环保的思路推动着替代能源技术的开发，太阳能被公认为是一种极好的替代能源。它的利用有助于降低CO2的排放，因而达到保护环境，很多国家，如丹麦、芬兰、德国和瑞士，都认为气候变暖是推动太阳能研究开发、发展和销售活动的主要因素。尽管受到常规能源的低价影响，在欧洲很多国家中，太阳能路灯市场仍然持续增长。
1.4 本次课程设计研究的主要内容
1.分析太阳能光伏发电技术和LED技术
2.根据太阳能电池板输出特性和蓄电池的特性，设计蓄电池的充放电控制方法。
4.根据LED驱动原理设计LED驱动电路
3.设计电源控制电路。
5.根据系统方案设计控制器外围电路。
6.编写单片机执行程序。
7.调试、实验硬件电路，保证可以实现既定功能。
第二章系统硬件的选择
2.1 太阳能电池板的选择
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。在众多太阳光电池中比较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。
(1)单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区使用；
(2)多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低，适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用；
(3)非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光不足的地区使用。
太阳能电池的工作电压约为蓄电池电压的1.5倍，才能保证给蓄电池正常充电。如6V蓄电池充电需要用8~9V太阳能电池，给12V蓄电池充电需要用15~18V 太阳能电池。
2.2 蓄电池的选择
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。
铅酸蓄电池有多种充电形式，主要为：恒流充电、恒压充电和3阶段最优形式充电。一般来讲，这种蓄电池充电时，应外接直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。其过充电时间与充电速率有关，实际工作中可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。
蓄电池是太阳能灯具的核心部件，它储存、并释放电能，功能等同于电能仓库。蓄电池容量的选择一般遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件吸收的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常供电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。
胶体蓄电池的特点：
1.深度放电后回充电性能强，甚至在放电后未及时补充电的情况下容量也能100％得到回充；
2.循环使用寿命长达8～10年，适合每天使用；
3.适合用于较长时间的放电使用；
4.工作环境温度更高；
5.优越的耐低温性能；
6.适合在电力干线不稳定的环境下使用；
7.无流动的胶体电解液使电解液在电池内部不产生分层现象；
8.自放电小，很小均衡充电；
9.内阻低，充电接受能力强；
10.与普通铅酸蓄电池相比较，电池内部水分损耗小。
综上对比，以及客观条件的要求可得，太阳能灯具优先采用胶体蓄电池。2.3 照明灯具的选择
太阳能路灯采用何种光源，是判断太阳能灯具能否正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。
1.低压节能灯：功率小，光效较高，但使用寿命在2000小时左右，电压低，灯管发黑，一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。
2.低压钠灯：低压钠灯光效高（可达200Lm/w），但需逆变器，低压钠灯价格贵，整个系统造价高，采用较少。
3.无极灯：功率小，光效较高。该灯在220V（纯正弦波，频率50赫兹）普通市电条件下使用，寿命可以达到5万小时，但在太阳能灯具上使用寿命大大减少，与普通节能灯差不多（因为太阳能灯具都是方波逆变器，太阳能电源220V输出频率、相位、电压都是不能和普通市电相比的）。
4.LED：LED灯光源，寿命长，可达100000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50Lm/w，进口80Lm/w。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。
因此，为达到最佳性能要求，选择LED灯具作为光源。
2.4 控制器芯片的选择
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。其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，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AT89C51的单片机。AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，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ATMEL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AT89C51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。AT89C51的芯片管脚图如图2-1.
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
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·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AT89C51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。
第三章系统基本介绍
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3-1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3-1 系统组成
第四章系统的硬件设计
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，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：
图4-2 硬件设计流程
第五章系统的软件设计
5.1 系统软件框图
系统主程序包括初始化程序和主循环程序，其流程图如图5-1所示
图5-1 主程序流程图
5.2 计时程序设计
计时程序的设计主要用到定时器的知识。下面我简述一下定时器的一些基础知识。
MCS-51单片机内部有两个16位可编程的定时器/计数器，即定时器T0和定
时器T1。它们既可用作定时器方式，又可用作计数器方式。
定时器/计数器的基本部件是两个8位的计数器（其中TH1，TL1是T1的计数器，TH0，TL0是T0的计数器）拼装而成。
在作定时器使用时，输入的时钟脉冲是由晶体振荡器的输出经12分频后得到的，所以定时器也可看作是对计算机机器周期的计数器（因为每个机器周期包含12个振荡周期，故每一个机器周期定时器加1，可以把输入的时钟脉冲看成机器周期信号）。故其频率为晶振频率的1/12。如果晶振频率为12MHZ，则定时器每接收一个输入脉冲的时间为1us。
定时器/计数器有四种工作方式（方式0，方式1，方式2，方式3），其工作方式的选择及控制都由两个特殊功能寄存器（TMOD和TCON）的内容来决定。用指令改变TMOD或TCON的内容后，则在下一条指令的第一个机器周期的
S1P1时起作用。当为计数工作方式时，计数值的范围是：1~256（28）。当为定时工作方式时，定时时间计算公式为：（28-计数初值）x晶振周期x12或（28-计数初值）x机器周期。
本次设计中用到了T0和T1进行中断控制，T0和T1用的都是方式一。在中断子程序中放进了显示程序，中断时间为2ms，可以实现数码管的动态扫描且无闪烁感。
定时器程序流程图如图5-2所示。
图5-2 定时器程序流程图
5.3 中断程序设计
所谓中断,是指在计算机执行程序过程中,当出现某种情况,如发生停电或其他情况时,由服务对象向CPU发出中断请求信号,要求CPU暂时中断当前程序的执行,而转去执行相应的处理程序,待处理程序执行完毕后,再继续处理执行原来被中断的程序。
中断子程序能实现时钟自动走时功能，从而实现倒计时的运行，在程序设计
的过程中有着重要的作用。中断程序流程图如图5-3所示
图5-3 中断程序流程图
第六章系统调试
6.1软件调试
本设计采用的是C语言的编程方式，根据设计要求编写程序，并在Keil uVision2软件中进行程序编写的调试，确定编写上没有错误后，利用ISIS 7 Professional配合所设计的硬件电路进行系统的调试。
C语言编写的程序有许多优越性：
（1）不懂得单片机的指令集，也能够编写完美的单片机程序；
（2）无须懂得单片机的具体硬件，也能够编出符合硬件实际的专业水平的程序；
（3）C语言对数据进行了许多专业处理，避免了运行中间异步的破坏等。源程序详见附录2。
6.2硬件及总体电路调试
根据原理图及PCB图制作电路板，焊接完成后，把程序烧写到AT89C51中，把芯片插到电路中，接入5V电源，数码管显示120000并开始正常走时，这时通过按键部分调节当前时间、开灯时间和关灯时间。当时间到达相应时间时，路灯自动开关，并在230000路灯会熄灭一半。如果没有设定开关灯时间，路灯则在190000时开启，050000时熄灭。
调试中，起初数码管出现的全是8，而且不受按键的控制，这是由于初始值设定中出现了错误，设置了高电平有效，导致数码管一直处于点亮状态，通过把初始值设置为低电平，数码管显示正常；其次出现了按键的不灵敏，这是由于按键的延时消抖没有处理好，修改了延时时间的长短，按键正常。
6.3系统改进方案
在本设计中首先存在不足的是断电保护，为了在断电的情况下系统也能够正常工作，在电源供电方面进行改进：用一组备用电池与电源并联，通过继电器连接。继电器有“常开、常闭”触点，继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。本设计中让继电器的常闭触电一端与电源相连接，另一端与备用电池相连接。当正常通电情况下，继电器断开，使备用电池断开，系统由电源供电，当电源断电，继电器闭合，系统由备用电池供电，这样系统就可以在电源断电的情况下也能正常工作。
其次是在阴雨天气，路面亮度不够，此时可以通过光感受模块来控制路灯的亮暗。该模块由光敏二极管为核心元件，通过光敏二极管对光线的采集，反馈给单片机，再由单片机来控制路灯的开关。白天受光照时光敏二极管反向电阻减小，回路断开，灯泡熄灭；天黑时因光照很小，光敏二极管反向电阻增大，回路接通，路灯点亮。在点亮或熄灭状态下仍受原来系统的控制。例如光敏二极管点亮路灯后，若没有接收到由光敏二极管传出的关灯信号，则到达原系统设置的关灯时间，路灯也同样会熄灭
第七章总结与心得
目前，太阳能LED照明的初步投资仍然是困扰我们的一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐步降低。同样的，市场上LED的发光效率在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED 的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成日益严重的污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。
太阳能路灯设计是一个很有意义的设计，因为太阳能是清洁能源，有很好的发展前景，有利于可持续发展，未来必定会被广泛运用。而太阳能路灯是太阳能发展的产物，也将被广泛运用到生活上来。
每次的课程设计都是一个新的挑战，他让我们体会团结互助，用大家的力量来获得成功，这是很有意义的事情。且每次的设计，我们都会遇到大大小小的问题，我们会通过讨论，分工合作，去解决和实现这个问题。
每次的设计都会让我们学到很多东西。真的很感谢老师每次安排的课程设计，这将是我们大学生活的一个美好回忆。
附录 1
总体电路图：
附录 2
源程序：
#include "reg51.h"
Unsigned char code changled[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d, 0x7d,0x27,0x7f,0x6f}// unsigned char led[6];//
unsigned char kaideng[3];//灯开灯的时间
unsigned char present_time[3];//灯开灯的时间
unsigned char xiao[3];//灯关小的时间
unsigned char flash=0;//片选扫描多少时间换一个位显示
unsigned char timemeasure=0;//T1中断次数计算40*20=1秒
安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 毕业设计论文 基于单片机的太阳能路灯控制器设计 摘要 本论文主要完成对光伏电源LED照明控制系统进行优化设计和研究，以使系统达到稳定、操作方便、节能环保的要求。太阳能路灯智能控制器以AT89C52单片机为核心，主要由六个部分组成：太阳能电池板、蓄电池、负载（LED路灯）、控制器、测量电路、充电电路、放电/负载驱动电路。本课题的主要研究内容有：针对现有独立运行的太阳能路灯控制器的特点，实现多点控制蓄电池剩余荷电容量（SOC）控制和脉宽调制信号（PWM）来驱动太阳能LED路灯控制器的硬件设计和软件程序设计。 首先对太阳能路灯基本模块组成、基本功能及发展现状进行了阐述，并根据蓄电池剩余荷电容量（SOC）的数学模型和剩余荷电容量（SOC）与蓄电池的使用寿命的关系提出了单片机系统改进的控制方案，并根据实际需要提出用脉宽调制信号（PWM）来驱动和调节白光LED，可使白光LED工作于发射最纯净白光。半导体PN结技术的太阳能光伏发电技术与发光二极管(LED)照明技术，都有着环保、节能、长寿命和安全的特点。对这两项技术的高效结合进行优化研究，符合我国目前节能，环保及可持续性发展的目标。 总之，随着城市规模的不断扩大，现有的路灯技术不能达到环保节能的要求，本文采用多点控制蓄电池剩余荷电容量（SOC）控制和脉宽调制信号（PWM）来驱动太阳能LED路灯控制器的硬件设计和源程序设计，能有效解决LED太阳能路灯的不足。因此，本课题设计对我国LED路灯节能环保的发展有很大的现实意义。 关键词：光伏发电；剩余荷电容量；脉宽调制信号；控制系统
基于单片机的太阳能路灯控制器设计 II
本设计基于C8051F330的PWM 限流控制器结合蓄电池充放电特性和电池伏安特性，专为LED路灯设计的充放电路。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，蓄电池对LED路灯放电，达到照明目的。 1 太阳能路灯控制系统硬件设计 1.1 硬件组成 路灯控制电路系统如图1- 1 所示。 图1-1 路灯控制电路系统 1.2 控制器 1.2.1 充放电电路 选用C8051F330 单片机作主控制芯片，检测太阳电池电压、蓄 电池电压及充放电流等参数，并按一定算法控制MOS管的导通和关 断，达到控制路灯系统充放电的功能。 图1- 2 为控制器充放电电路图，电池板电压经R1 和R2 分压送至 A/D转换口检测，以判别光线强弱。光照充足时，电池板给蓄电池充 电。控制器实时检测蓄电池端电压，同时按设定转换点的蓄电池端电压 值，控制充电各阶段的电压转换和停充。 图1-2 充放电电路 1.2.2 MOSFET开关电路
设计中用MOSFET 实现电路通断。MOSFET 开关频率高适合作为PWM 控制充电开关。采用N 沟道MOSFET ，导通电压Vth>0，由图1- 3 实现MOSFET 驱动。R1 为基极限流电阻，C 为加速电容。当输入信号上升、下降时，R1 电阻瞬间被旁路并提供基极电流，在晶体管由导通状态变化到截止状态时能够迅速从基区取出电子（因为R1 被旁路），消除开关的时间滞后，提高开关速度。 图1-3 MOSFET 驱动电路图 1.3 电流采样电路 通过康铜丝电阻采样的电压经LM358 放大输入单片机，进行数据的处理。如下图1- 4 所示。 图1-4 电流的采样电路 回路电流在康铜丝电阻上产生的压降输入到放大器的反向输入端。其中 10-R R -U U R U R U -0V 0U -U 12032 31021==== 1.4 电源电路
8路彩灯控制器
8路彩灯控制器 一课程设计题目（与实习目的） （1）题目：多路彩灯控制器 （2）实习目的： 1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。 2．熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。 3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。 5．作为课程实验与毕业设计的过度，课程设计为两者提供了一个桥梁。 二任务和要求 实现彩灯控制的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成大型彩灯控制系统。因为本次实习要求设计的彩灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型彩灯控制电路。 （1）彩灯控制器设计要求 设计一个8路移存型彩灯控制器，要求： 1. 彩灯实现快慢两种节拍的变换； 2. 8路彩灯能演示三种花型（花型自拟）； 3. 彩灯用发光二极管LED模拟； 4. 选做：用EPROM实现8路彩灯控制器，要求同上面的三点。 （2）课程设计的总体要求
1．设计电路实现题目要求； 2．电路在功能相当的情况下设计越简单越好； 3. 注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉； 4. 注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面包板。 三总体方案的选择 （1）总体方案的设计 针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案： 方案一：总体电路共分三大块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。 主体框图如下： 方案二：在方案一的基础上将整体电路分为四块。第一块实现花型的演示；第二块实现花型的控制；第三块实现节拍控制；第四块实现时钟信号的产生。并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法，如花型的控制。 主体框图如下： （2）总体方案的选择 方案一与方案二最大的不同就在，前者将花型控制与节拍控制两种功能融合在一起，是考虑到只要计数器就可以实现其全部功能的原因，且原理相对简单。这样设计，其优点在于：设计思想比较简单。元件种类使用少，且都较熟悉易于组装电路。缺点则是：中间单元电路连线过于繁多，容易出错。且可能出现线与关系。要避免这些，则势必造成门电路使用过多。导致电路不稳定，抗干扰能力下降。而后者则将以上两种功能分开设计，各单元电路只实现一种功能。其优点在于：电路设计模块化，易于检查电路，对后面的电路组装及电路调试带来方便。缺点则是：节拍控制电路采用可编辑逻辑电路，原理相对复杂，不易理解。花型控制电路简单，花型也比较简单。
太阳能路灯系统设计方案 1.项目概况 1.1项目背景及意义 本路灯项目设计在风情园区，安装于城区次干道支路两侧，用于道路照明，待该路灯项目投入使用后，将为新风情园区增加新的亮点，同时为打造企业绿色节能环保做出很好的宣传。结合《城市道路照明设计标准》、《道路照明LED 灯》标准CJJ45-2006，我司制定以下太阳能路灯系统照明方案。 1.2太阳能路灯系统的要求 （一）主道路宽度（W）为6米，道路总长(L)7700米(共计),城乡道路。 此三条道路坚持以功能性照明为主要原则来设计路灯，就是要在夜间给汽车通行、运输、行人、园区治安提供一定光亮的视看环境。以消除黑暗可能带来的各种危险境况。因此，应以“视功能”评价为主，其中，又以平均亮度（照度）作为侧重参考指标；同时在灯具灯杆的外形选择上，兼顾美观的要求，要从园区的景观考虑各方面来设计路灯样式。 此三条道路应选择较为简明、相对统一的模式作为布灯方式。在常规的五种布置方式中，单侧布置更为适合本项目的照明功能要求，其优点：布置造价低；对线路两侧的装灯位置地况要求不高；对线路外（不设灯面）一侧无要求；施工与维护难度较小；我公司根据现场定制亮度总均匀较好，辐射宽的路灯。 此三条道路应重视照明计算，以提高照明设计的整体水平。其灯具安装高度（H）可按接近值6.5米（H≥W），而灯间距（S）可按上限值26米（S≤4W）选取。 灯具亮度可参考“国家机动车辆交通道路照明标准值”
灯具光能量LM=2Φ*6㎡*15=3390。范围维持值：2260lm－3390lm。 兹于上述各方面与现场实际路况综合考虑，此太阳能路灯采用以下： 本路灯项目拟设计230盏，单头路灯，灯杆高度6米，灯杆距离30米，LED 路灯具36W，最大光通量3600LM，路灯具倾斜角15度。路灯用纯太阳能供电，保证全年95%的夜晚不熄灯。 （二）园区道路宽度（W）为3米，道路总长(L)5000米,景区道路。 此景区道路以灯具灯杆的外形美观,兼顾夜间景观为主要原则，以照明艺术，节约能源，光环境下的独特意境的设计思想，在技术实现无眩光，低光光污染，提高光的照明质量。 兹于上述各方面与现场实际路况综合考虑，此太阳能路灯采用以下： 本路灯项目拟设计120盏，单头路灯，灯杆高度3.5米，灯杆距离50米，LED路灯具16W，最大光通量1600LM，路灯具半弧度性。路灯用纯太阳能供电，保证全年95%的夜晚不熄灯。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 重庆市位于中国西南部、东经106.5528°、北纬29.5628° 属北半球副热带内陆地区，年平均气温为18℃。1月份气温最低，月平均气温为7℃，最低极限气温为零下3.8℃。7月至8月份气温最高，多在27℃—38℃
太阳能路灯控制器技术指标 很多用户在采购太阳能路灯组件时，为了减少成本而选择达不到设计峰值要求的太阳能电池板和蓄电池，从而导致路灯经常欠压关闭，尤其在阴雨天难以满足正常的照明需求。控制器在整个太阳能路灯系统中价值虽然最小，但却是非常重要的一个环节，选择功耗较低、可以灵活调功、并且具有节电节能、充电高效率的路灯控制器尤为重要，配套使用后可以降低客户在太阳能电池板、蓄电池的采购成本，同时也提高了相关企业在竞标时的竞争力。 太阳能充放电控制器 一：光控（时控）模式： 开灯照度10LUX，相当于目前长江中下游地区夏天晚7：30左右，（采用电池板光压照度法，开关灯时间更准确、更合理；0－255LUX可任意调，关灯照度默认为在开灯照度基础上再加10LUX；开灯照度设定后，也可以在光控基础上选择时控。 二：欠压保护功能： 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，（欠压保护值为10.0V－14.7V 可选，建议设置为11.1V。此保护功能不可以关闭） 三：安全的雷电保护：（比较先进技术） 通过TVS防雷管进行防雷，保证相关组件的安全 四：负载的短路保护、负载过流保护、蓄电池极性反接保护：（一般厂家的产品都有此功能）摒弃以前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。 五：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。 六：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（25℃），每增加1℃，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。（蓄电池埋于地下的，可以定制外置温度传感线） 七：低压节能保护：
《八路彩灯控制电路》课程设计报告 《八路彩灯控制电路》课程设计报告 专业：电子信息工程 班级：2010级2班 姓名：X X 学号：XXXXXXXX 同组成员：XX、XX 指导教师：XXX 2011年12月28日
八路彩灯控制电路 目录 一、课程设计目的 .................................... - 2 - 二、课程设计描述和要求............................... - 2 - (一) 彩灯控制器设计要求........................... - 2 - (二) 课程设计的总体要求........................... - 2 - 三、课程设计内容 .................................... - 3 - （一）原理分析................................... - 3 - (二) 器件选择..................................... - 5 - （三）电路连线................................... - 6 - 1.时钟信号电路 ................................... - 6 - 2. 花型控制信号电路 .............................. - 6 - 3.花型演示电路 ................................... - 7 - 4.总体电路图..................................... - 9 - 5.电路测试....................................... - 9 - 四、分析与总结 ..................................... - 11 -
。 太阳能智能充电控制器 使用说明书 一、主要特点 1.使用微处理器和专用控制算法，实现了智能控制。 2.两种负载工作模式：纯光控、常开模式，负载亮灭时间可调。 3.具有放电率修正控制，不同放电率具有不同的终止电压，符合蓄电池固有特性。 4.科学的蓄电池管理方式，当出现过放时，对蓄电池进行提升电压充电，进行一次补偿维 护，正常使用时，使用直充充电和浮充结合的充电方式，增强了蓄电池的使用寿命；同时具有高精度温度补偿，使充电控制更加精确。 5.参数设置具有掉电保存功能，即系统模式和控制参数等重要数据均保存在芯片内部，掉 电后不丢失，使调节更加方便，系统工作更可靠。 6.充电回路采用双MOS串联式控制回路，使回路电压损失较使用二极管的电路降低近一半， 充电采用PWM模糊控制，使充电效率大幅提高，用电时间大大增加。 7.LED直观显示太阳能电池、蓄电池和负载的状态，数码管显示调节参数，让用户实时了 解系统运行状况，并且具有丰富的参数设置，用户可以根据不同使用环境设置相应的工作模式。 8.具有过充、过放、过载保护以及独特电子短路保护与防反接保护，所有保护均不损害任 何部件，不烧保险；具有TVS防雷保护，无跳线设计，可提高系统的可靠性、耐用性。 9.所有控制全部采用工业级芯片和精密元器件，能在寒冷、高温、潮湿环境正常运行。同 时使用晶振定时控制，使定时控制更加精确。 10.使用了数字LED显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用方便直观。 二、系统说明： 本控制器专为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯系统、小型太阳能电站系统设计，使用专用电脑芯片实现了智能化控制，所有芯片均采用工业级别，可以在恶劣的环境下使用。对于具有12V/24V自动识别功能的型号，当控制器初次上电时，系统会进行电压识别，当数
七、常见问题及处理方法： 太阳能智能充电控制器 使用说明书 一、主要特点 1.使用微处理器和专用控制算法，实现了智能控制。 2.两种负载工作模式：纯光控、常开模式，负载亮灭时间可调。 3.具有放电率修正控制，不同放电率具有不同的终止电压，符合蓄电池固有特性。 4.科学的蓄电池管理方式，当出现过放时，对蓄电池进行提升电压充电，进行一次补偿维 护，正常使用时，使用直充充电和浮充结合的充电方式，增强了蓄电池的使用寿命；同 时具有高精度温度补偿，使充电控制更加精确。 5.参数设置具有掉电保存功能，即系统模式和控制参数等重要数据均保存在芯片内部，掉 电后不丢失，使调节更加方便，系统工作更可靠。 6.充电回路采用双MOS串联式控制回路，使回路电压损失较使用二极管的电路降低近一半， 充电采用PWM模糊控制，使充电效率大幅提高，用电时间大大增加。 7.LED直观显示太阳能电池、蓄电池和负载的状态，数码管显示调节参数，让用户实时了 解系统运行状况，并且具有丰富的参数设置，用户可以根据不同使用环境设置相应的工 作模式。 8.具有过充、过放、过载保护以及独特电子短路保护与防反接保护，所有保护均不损害任 何部件，不烧保险；具有TVS防雷保护，无跳线设计，可提高系统的可靠性、耐用性。 9.所有控制全部采用工业级芯片和精密元器件，能在寒冷、高温、潮湿环境正常运行。同 时使用晶振定时控制，使定时控制更加精确。 10.使用了数字LED显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用方便直观。 二、系统说明： 本控制器专为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯系统、小型太阳能电站系统设计，使用专用电脑芯片实现了智能化控制，所有芯片均采用工业级别，可以在恶劣的环境下使用。 对于具有12V/24V自动识别功能的型号，当控制器初次上电时，系统会进行电压识别，当数 码管显示“0”时，表示12V系统，若显示“1”则表示24V系统。同时系统具有短路、过载、 和独特的防反接保护，充满、过放自动关断、恢复等全功能保护措施，详细的充电指示、蓄 1 / 3
绪论 数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电子逻辑课程设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。 随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。特别使在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。 本设计是一个彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化。
本次课程设计在编写时参考了大量优秀教材，并得到太原科技大学机械电子工程学院测控技术与仪器教研室刘畅老师的大力支持，他提出来许多的意见和建议，在此表示衷心的感谢。 由于编者水平有限，本设计说明书难免出现不妥之处，恳请老师和广大读者给与批评并提出宝贵的意见，我将由衷地欢迎与感激。 编者 2010年于太科大
目录 绪论 (1) 一、课程设计题目 (3) 二、课程设计目的 (4) 三、课程设计基本要求： (4) 四、课程设计任务和具体功能 (5) 五、工作原理 (5) 六、设计总框图 (6) 七、电路元器件的说明 (6) 八、总电路图 (27) 九、调试与检测 (28) 十、误差分析： (28) 十一、设计心得体会。 (28) 附录 (28) 参考文献 (28) 一、课程设计题目：8路输出的彩灯循环控制电路
小区适用太阳能路灯设计方案 一、前言 太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能作为一种安全、环保新能源越来越受重视。同时，随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。 全球性的能源短缺和环境污染在经济高速发展的中国表现得尤为突出，节能和环保是中国实现社会经济可持续发展急需解决的问题。每年照明消耗电能约占全部电能消耗的12%～15%，作为能源消耗的大户，必须尽快寻找可以替代传统光源的新一代节能环保光源。据我国国家绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示，我国照明用电每年在3000亿度以上，道路照明用电量占1/3如用太阳能取代，这相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。 某经济适用房住宅小区响应市政府节能减排号召，整个小区道路照明采用太阳能发电照明，由于小区楼层高达50米，小区内光照不足，大部分道路照明无法采用独立供电型太阳能路灯，必须把太阳能电池板放到采光比较好的地方，采用集中供电方式发电照明。 二、根据小区照明要求，我公司光伏工程师给予该小区太阳能路灯如下设计方案：
1.1负载的工作时间和类型 根据该项目的工作要求，太阳能路灯的设计配置及依据如下： 1.2、灯具设计类型 我小区根据各路段道路采光时间不同，设计出不同类型的太阳能路灯以满足小区内道路照明，太阳能路灯设计类型如下： A: 独立供电型太阳能路灯 B: 高配型太阳能路灯 C: 集中供电型太阳能路灯 1.3本工程主要遵循和依据下列标准、文件 GB/T7000.1-2002 《灯具一般安全要求与实验》 CJJ89-2001 《城市道路照明工程施工与验收标准》 CJJ45-9 《城市道路照明设计标准》 GB/T9535 《地面用晶体硅光伏组件鉴定和定型》 GB/T18479 《地面用光伏（PV）发电系统概述和导则》 GB50054 《低压配电设计规范》 GB17478 《低压直流电源设备的特性和安全要求》 GB50171 《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》 GB6495 《光伏器件》 GB/T17626 《电磁兼容试验和测量技术》 GB13337.1 《固定型防酸式铅酸蓄电池技术条件》
太阳能路灯控制器设计课程设计
太阳能路灯控制器设计 摘要 为了提高太阳能光伏控制器的性价比，设计了运用单片机的太阳能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、运行稳定、性价比高、适宜批量生产的特点。控制器实现了基于单片机PIC16F711的工作状态控制和蓄电池能量管理，满足了太阳能光伏控制器在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求。蓄电池充放电精确控制也在此控制器中得到实现。实验结果表明，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，锂蓄电池
1 绪论 1.1 课题背景 能源是经济、社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础，能源问题是一个国家至关重要的问题。随着科学技术和全球经济地飞速发展，对能源的需求也在日趋增长。自20世纪70年代的世界石油危机以来，人们才真正意识到，化石燃料的储量是有限的，能源危机迫在眉睫。从全球来看，已探明的可支配的传统能源储量在不久的将来即将耗尽，能源问题的突出，不仪表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用对牛态环境的污染破坏：大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，局部地区形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳带来的温室效应，使全球气候变暖，自然灾害频繁。常规能源在给人类社会带来飞速发展的同时，也在很大程度上使人类社会面临着前所未有的困难和挑战。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源，实现可持续发展。 光伏发电具有取之不尽且无污染等优点，日前在我国，光伏发电主要应用在如下领域：西部偏远地区电力供应、通讯及交通设施、气象台站、航标灯和照明路灯。光伏发电的照明路灯应月J具有节能性、经济性和实川性等优点，在众多应用领域中具有最广泛的发展前景。本课题为研制一套独立光伏电源控制器，廊州于LED路灯照明系统。通常独立照明系统由太阳能电池、蓄电池、充放电控制器和负载LED组成。由于系统的稳定性严格受到蓄电池和LED寿命的影响，本课题研制的充放电控制器通过实时监测系统允放电回路的相关信息，确定相应的允放电策略，实现了稳定太阳能电池输出、优化蓄电池充电方法和保护蓄电池及负载的目的，最终提高了太阳能电池的利用率和整个照明系统的可靠性。 1.2 设计指标 本设计的设计要求指标如下: 1、锂蓄电池电压的检测 2、锂蓄电池电流的检测 3、充放电控制电路的检测
基于MPPT技术的太阳能发电的路灯控制系统 2011-4-6 10:50:24 太阳能是一种清洁高效的可再生能源。在阳光充足的白天，屋顶的光伏电池将太阳能转化成电能，供人们在夜晚使用。据专家预测，到2040年，全球的光伏发电量将占世界总发电量的26％，2050年后将成为世界能源的支柱。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。白天利用太阳光给蓄电池充电，晚上蓄电池提供能量带动路灯工作。路灯的关／开过程采用光控，采用最大功率跟踪技术，最大程度的吸收太阳能，提高太阳能光电池的效率，以降低路灯系统的成本。最大功点跟踪(Maximum Power PointTracking，MPPT)系统是一种通过调节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气系统。 1 硬件组成 太阳能路灯控制系统的组成如图1所示。
1.1 Buck电路及其驱动电路 Buck电路工作原理是通过斩波形式将平均输出电压予以降低，可以将输入接在光伏电池输出端，通过调节其输出电压来达到调节负载之目的，以保持光伏阵列输出电压在其最大功率点的电压和电流处。这里控制目标是输出功率为最大，调节手段是改变开关管的开通占空比。由于光伏阵列的软特性，并不是简单的增大开关管占空比就能增大光伏阵列输出功率。当Buck电路负载为蓄电池时，其构成了蓄电池充电电路，将蓄电池直接接在Buck电路的输出端，通过调节蓄电池的端电压实现蓄电池的充电控制，使用单片机智能控制方法，可以实现蓄电池的智能化充放电控制。 Buck电路为主电路，如图2所示，太阳能光伏阵列输出额定电压为35 V，输出额定电流为4.65 A，蓄电池额定电压为24 V，开关频率为80 kHz。电路工作在电流连续模式时电感量： 式中Ui为太阳能光伏电池输出电压；D为PWM脉冲占空比；f为开关频率；k为k=△I／2Io；△I为纹波电流；Io为负载上的输出电流。
《8路彩灯控制电路设 计》 祥设计报告 专业：_______________ 班级：_______________ 姓名: ________________ 学号：_______________ 指导教师：____________
2014年6月25日
1 ?课程设计的目的 2. 课程设计题目描述和要求 3. 电路设计 4. 设计过程中遇到的问题及解决办法 5. 结论与体会 附表参考书目
1 ?课程设计目的 1.熟悉仿真软件Multisim ,使用软件经行电路仿真； 2.第握数字电路课程学习的常见芯片的功能，熟悉其工作原理： 3.了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学的分析问题、解决问题; 4.增强学生动手能力，增加学生理论和实践结合的机会。 2. 课程设计题目描述和要求 设计题目 八路彩灯控制电路设计，即设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个 LED按照不同的花色闪烁 设计要求 1. 接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁： 2. LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种模式 3. 电路设计 3. 1闪烁花型设计 花型I ：8路彩灯分成两半从右到左依次点亮，全亮后再从右到左依次熄灭。花型1【：8路彩灯由中间到两讪对称的依次点亮，余亮后仍由中间到两劝对称熄灭。 花型1【1： 8路彩灯分成两半从左到右依次点亮，全亮后再从左到右依次熄灭。 花型IV： 8路彩灯由两边到中间对称的依次点亮，全亮后仍由两边到中间对称熄灭。 花型状态编码表如表3. 1. 1所示。 每种花型连续循环两次，四种花型轮流交替，为了更好的显示结果本文用指示灯模拟彩灯。 表3. 1. 1 8路彩灯输出状态编码表
太阳能路灯设计基本要求 太阳能路灯由太阳能电池板(包括支架)、灯头、控制箱(内有控制器、蓄电池等)和灯杆、基础等几部分构成。太阳能路灯一般各自成供电系统，不与常规路灯供电网络连接。太阳能路灯系统主要有12V与24V两种。 一太阳能电池选择 l.类型 太阳能电池将太阳能转换为电能。较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池等三种。 1)单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定．适合在阴雨天比较多、阳光相对 不是很充足的南方地区使用； 2)多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低．适合在太阳光 充足、日照好的东西部地区使用； 3）非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光不足的地区使用。 2．工作电压 太阳能电池的工作电压约为蓄电池电压的l.5倍，才能保证给蓄电池正常充电。如给6v蓄电池充电需要用8～9V 太阳能电池,给12V蓄电池充电需要用15～18V太阳能电池。给24V蓄电池充电需用33～36V太阳能电池。 3.输出功率Wp 太阳能电池的单位面积输出功率约127Wp／m2。 太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照明光源、线路传输部件所消耗的总 功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池组输出功率宜为光源功率的3～5倍以上：光照丰富、开灯时 短地区为(3～4)倍以上，反之为(4～5)倍以上。 4平均峰值日照时数 h 太阳能电池输出功率Wp即是标准太阳光照条件下，欧洲委员会定义的10l标准，辐射强度1000W/m2, 大气质量AM1.5，电池温度252C条件下，太阳能电池的输出功功率。不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。所谓标准条件，接近平时晴天中午前后的太阳光照条件。 表——1 我国不同地区天阳光照条件
金士顿 小款四时段恒流一体机 双路分时段太阳能路 灯… 单路三时段自带恒流 控… 单路分时段太阳能路 灯… HCTS-L四时段控制恒 流…
威尔士 1 维尔仕太阳能MPPT调光路灯控制器WS-AL MPPT15 15A 来自: 太阳能控制器 品牌：维尔仕尺寸：134*100*31mm 品名：太阳能路灯控制器重量：260g 型号： WS-AL MPPT15 规格： 50台/箱维尔仕太阳能MPPT调光路灯控制器WS-AL MPPT15 15A WS-AL MPPT15 15A维尔仕太阳能路灯控制器(维尔仕智能型MPPT太阳能调光路灯控制器，光伏控制器)采用微电脑（CPU）控制技术，白天调节太阳能发电板的工作电压，使太阳能板全天时、全天候始终工作在V-A特性曲线的最大功率点。同普通太阳能路灯控制器相比，可以将光伏组件工作效率提高30%。当天黑时自动开启照明灯，给定照明灯弱光半小时后自动转为强光，到设定时间或天亮时转为晨光。其中强光时间可以随意设定：强光有10个小时可以设置成满功率光+半功率光，例如：把强光10个小时之中设置满功率光为6小时（灯泡满功率亮），之后4小时光线为半功率光（灯泡半亮），最后变为晨光直到天亮时控制器自动停止向负载供电（灯泡熄灭）。 WS-AL MPPT15 15A维尔仕太阳能路灯控制器还负责蓄电池的充、放电管理：当蓄电池电压低时，自动关闭照明灯，以保护蓄电池；当蓄电池充满时，自动进入PWM浮充状态；当天黑时，关闭充电回路，避免蓄电池通过太阳能板放电。从而大幅延长蓄电池的使用寿命。此外，本控制器还增加了全面的保护功能，使整个太阳能光伏系统高效，安全的运作。 WS-AL MPPT15 15A 维尔仕太阳能路灯控制器不同于其它的控制器，选用最先进的功率器件，简洁明了的LED显示，设备运行状况一目了然且适应寒冷，高温，潮湿等恶劣自然环境。性能优异、质量可靠，是专用于各种太阳能路灯或户用太阳能电源系统多功能、多用途的太阳能控制器。 功能特点： 1．MPPT最大功率功能 2．可以设定光线强度，节省能源消耗，真正达到节能效果 3．防止蓄电池过度充电、过度放电。 4．防止反充功能（蓄电池向太阳能板充电）。 5．防止蓄电池与太阳能电池反接功能。 6．根据光线强弱，傍晚自动开启照明灯。 7．可设定20级定时模式或10种分段模式 8. 12V、24V自动识别。
炫光彩灯控制器 (做一份课设不容易，我就收点文库币，小小慰问一下自己) 学院：信息工程学院 班级：测控0901班 姓名：严海俊 学号：200901420 同组人：王滨 指导老师： 2012年11月30日
炫光彩灯控制器课程设计 一、设计目的 1.熟悉常用芯片的性能及用途。 2.进一步掌握数字电路课程所学的理论知识，对所学理论的巩固及验,进一步的学习。 3.了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 4.熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。 5.培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度，检验自己实践的能力,解决问题的能力及现有知识基础上的创新, 为日后走上工作摸索经验。 二、设计原理 设计一个电路控制彩灯的循环显示，要求八个二极管排成一行，二极管依次亮。 8路炫光彩灯控制电路功能描述：首先点亮第一盏灯，在第一盏灯熄灭之后，点亮第二盏灯，在第二盏灯熄灭之后，再去点亮第三盏灯，依次类推，直到点亮第八盏灯，看上去的效果就像亮点从第一盏。即依次流向第八盏灯，然后全部熄灭，反复循环这一过程。 三、方案论证： 方案一：原理框图如图1所示。 其中8进制计数电路是利用74LS161N十进制计数器改变而成，通过产生1000的输出信号的状态进行异步置零，完成8进制循环，由一片74LS138芯片进行译码，来输出信号控制彩灯。 其中8进制计数电路是利用74LS161N十进制计数器改变而成，通过产生1000的输出信号的状态进行异步置零，完成8进制循环，由一片74LS138芯片进行译码，来输出信号控制彩灯。 方案二：基本实际思路不变，采用74LS160芯片，但是其输出信
太阳能路灯配置 一系统介绍 随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀升，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视，在照明领域中得广泛的应用，因为太阳能照明灯有着以下几个优点。 ●太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基 座，然后用不锈钢螺丝固定就可。 ●太阳能照明灯具无需电费：太阳能照明灯具是一次性投入，无任何维护成本，长期受益。 ●太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是低压产品，运行安全可靠。 ●安装简单.免维护. ●节能环保,符合国家节能环保要求,响应对新能源的使用要求. ●提升城镇管理形象.树立节能降耗与新能源的城市旗帜. 太阳能照明安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性为市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。 太阳能照明灯是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式就会自动运行工作。太阳能路灯是理想的道路照明灯具，随着人们生活的提高和社会的不断发展，它将被广泛利用，使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。
不足１平方米的光伏电池板每年可发电２００余度；一个５６Ｗ的ＬＥＤ节能灯，相当于１５０Ｗ的高压钠灯，每天应用６个小时的话，一年才用１２０度电。二者倘若结合应用，电力消耗仅为传统路灯照明光源的十分之一。 据统计，我国照明用电量已占总用量的１２％。按照我国提出的“中国绿色照明工程”，照明节电已成为节能的重要方面。目前的照明节能潜力很大，一般节能方案均能达到节约２０％～３５％，按保守的数量采取２０％的计算，全国节约的电能价值非常巨大。而太阳能ＬＥＤ照明的推广应用，让“绿色照明”实现了新的跨越。 据统计，以一个中型城市为例，按有５万余盏路灯计，若全部采用太阳能ＬＥＤ路灯代替的话，则一年节电近亿度，合计７０００万元人民币，则整个城市每年节省煤炭５００００吨，减少二氧化碳排放１１００００吨。假设全球３０％的路灯转而使用太阳能ＬＥＤ集成照明系统，粗略计算这些措施可以减少２．６０亿吨全球二氧化碳排放量和４６００亿千瓦时用电量。而这些数字相当于印度的全年用电量、日本全年用电量的一半或中国全年用电量的四分之一。 以已经调查过的城市济南为例.济南市的２０００个行政村全部安装太阳能路灯，按照一个村装２０盏（３０Ｗ）来计算。发电量约为１２０万千瓦时，相当于每年可节省标准煤４８０多吨，减排灰渣约３３６吨，减排二氧化碳约９００多吨，减排二氧化硫约３６吨，减排可吸入颗粒物约６吨，真正为农村绿色生态建设做出实实在在的贡献。 1、系统基本组成简介 系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、光源、控制箱（内有控制器）等几部分构成；太阳能电池板光效效率较高，对系统的抗风设计非常有利； 蓄电池箱做地埋式设计，美观耐用、方便更换；蓄电池箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。本系统选用阀控密封式免维护铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比；
太阳能路灯控制器设计报告 专业名称：电子信息工程 学生姓名：李伟 班级学号： 27378382737 指导教师： 实习日期：
太阳能路灯控制器设计 摘要：近年来，随着按照全面协调可持续的科学发展观的要求，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，促进经济发展与人口、资源、环境相协调。这表明，发展循环经济，实 现节约发展、清洁发展、安全发展，从而实现可持续发展，然而对太阳能的利用就愈发的重要，本文综合介绍了太阳能 路灯控制器的构造及其原理，并提出自己的一些看法，一边为相关研发人员提供参考。 关键词：太阳能路灯控制器，太阳能，原理 一、太阳能路灯控制器的基本介绍 太阳能控制器应用于太阳能光伏系统中，它全称太阳能充放电控制器，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统中非常重要的组件。使整个太阳能光伏系统高效，安全的运作。 太阳能路灯控制器主要用于家庭、商业区、工厂、交通、牧区、通信以等太阳能供电系统。作为太阳能路灯控制器应该具备以下基本功能: 过载保护、短路保护、反向放电保护、极性反接保护、雷电保护、欠压保护、过充保护、负载开机恢复设置。 二、太阳能路灯控制器工作原理 新一代多功能太阳能路灯控制器。其电子线路配备了性能优良的单片机微处理芯片，具有高效率充电、五个LED 全功能显示、可编程的路灯控制模式等功能。 1、控制器具有如下功能： 带有自动温度补偿的三阶段的充电方式（强充电-均衡充电-浮充电），由脉宽调制（PWM）控制充电方式，可应用于给全密封或不密封的铅酸蓄电池充电。用户可以自己选择，由蓄电池容量（SOC）还是蓄电池电压来控制深度放电保护功能。五个LED可清晰地显示蓄电池的不同工作及充放电状态。 2主要技术参数： 根据太阳能电池组的开路电压自动识别白天和夜晚内置温度补偿蓄电池容量（SOC）或者蓄电池电压来控制深度放电保护功能极性反接保护两种夜间照明模式，其中一种为只有光控无定时模式。另一种是可编程的控制模式。当黄昏来临，在一定延时后，负载端自动打开。用户可自定义夜间负载打开的时长，设定时长以1小时为单位，在定时模式下最长可达12小时。五个LED全面显示蓄电池的不同充放电状态通过路灯控制器的可编程模式可分13段步进0.5V选择控制器天黑程度的控制点电压和天亮程度的控制点电压。充电采用串联调节PWM脉冲宽度方式进行控制。 3、设计原理 太阳能路灯是以太阳的光为主要能源,白天可以自主充电、晚上使用。无需铺设任何复杂、昂贵的电路管线等,同时还可以任意调整灯具的布局,安全高效节能并且无其它污染,充电和使用开关的过程采用光控自动控制,无需人工操作,工作稳定可靠,节省电费和电力资源,免维护,太阳能路灯的实用性已充分得到了人们的认可，本文介绍的是基于单片机的太阳能路灯控制器的设计,对12V和24V蓄电池可以实现自动识别,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,而且具有两路负载输出,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,单独定时等多种工作模式,同时对负载的过流、短路具有保护等功能;且有较高的自动化和智能化程度。 硬件电路组成及工作原理是由统硬件结构框图太阳能路灯智能控制器以STC12C5410AD单片机为核心的。其中外围电路主要由电压采集电路、主要负责输出控制与检测电路、LED显示电路及键盘电路等几部分组成的,电压采集电路包括:太阳能电池板和蓄电池电压采集,用于太阳光线强弱的识别以及蓄电池电压的获取。单片机的P3口的两位作为键盘输入口,用于工作模式等参数的设置。
《8路彩灯控制电路设计》课程设计报告 专业： 班级： 姓名： 学号： 同组成员： 指导教师：赵玲 2015年1 月7 日
目录 一、课程设计目的 (3) 二、课程设计要求 (3) （一）、彩灯控制器设计要求 (3) （二）、课程设计总体要求 (3) 三、课程设计内容 (3) （一）、设计原理分析 (3) （二）、器件选择 (5) （三）、具体电路连线及设计思路 (6) 1、时钟控制电路 (6) 2、花色控制电路 (7) 3、花色演示电路 (8) 4、总体电路图 (10) 四、实际焊接电路板思路及过程 (11) （一）、设计思路及电路图 (11) （二）、设计及焊接过程 (11) （三）、电路板展示 (12) 五、课程设计总结与体会 (13)
一、课程设计目的 1．巩固数字电路技术基础课程所学的理论知识，将学习到的理论知识落实到实际，所谓学以致用。并且将模拟电路技术基础和电路分析基础等课程的所学知识加以强化。 2．熟悉几种常用集成数字芯片74LS161、74LS194等的功能和应用，并掌握其工作原理，并将这几种芯片的应用结合起来。从而学会使用常用集成数字芯片进行电路设计。 3.学会使用protues软件进行模拟电路仿真，并且学会将仿真电路实现。 4.了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题，学会使用基本元器件其进行电路设计。 5.培养自己的动手能力,团队协作能力。 二、课程设计要求 （一）、彩灯控制器设计要求 设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个LED按照不同的花色闪烁，要求如下： 1．接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁； 2．LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种模式； 3．（选做内容）闪烁时实现快慢两种节拍的变换。 （二）、课程设计总体要求 （1）根据设计任务，每人独立完成一份设计电路图，并要求仿真实现；（2）根据设计的电路图，两人一组，利用万能板完成电路的焊接，并调试成功； （3）每人独立完成一份设计报告。 三、课程设计内容 （一）、设计原理分析 1.基本原理如下：总体电路共分三大块。第一块实现时钟信号的产生和控制，利用555定时器连接电路实现该功能；第二块实现花型的控制及节拍控制，利用
太阳能路灯设计 太阳能路灯设计 太阳能路灯由太阳能电池板(包括支架)、灯头、控制箱(内有控制器、蓄电池等)和灯杆、基础等几部分构成。太阳能路灯一般各自成供电系统，不与常规路灯供电网络连接。太阳能路灯系统主要有12V与24V两种。 一太阳能电池选择 l.类型 太阳能电池将太阳能转换为电能。较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池等三种。 单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定．适合在阴雨天比较多、阳光相对不是很充足的南方地区使用； 多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低．适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用； 3）非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光不足的地区使用。2．工作电压 太阳能电池的工作电压约为蓄电池电压的l.5倍，才能保证给蓄电池正常充电。如给6v 蓄电池充电需要用8～9V 太阳能电池,给12V蓄电池充电需要用15～18V太阳能电池。给24V蓄电池充电需用33～36V太阳能电池。 3.输出功率Wp
太阳能电池的单位面积输出功率约127Wp／m2。 太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照明光源、线路传输部件所消耗的总 功率以及当地太阳能辐射能量。太阳能电池组输出功率宜为光源功率的3～5倍以上：光照丰富、开灯时 短地区为(3～4)倍以上，反之为(4～5)倍以上。 4平均峰值日照时数h 太阳能电池输出功率Wp即是标准太阳光照条件下，欧洲委员会定义的10l标准，辐射强度1000W/m2, 大气质量AM1.5，电池温度252C条件下，太阳能电池的输出功功率。不同的时间，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。所谓标准条件，接近平时晴天中午前后的太阳光照条件。 表——1 我国不同地区天阳光照条件 区域划分 丰富地区 比较丰富地区 可以利用地区 贫乏地区