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1、 专业整理 学习帮手 仲恺农业恺农业工程学学院 2010 届届本科毕业论毕业论文 设计设计 论论文题题目 太阳阳能路灯设计设计 学学生姓名 孔 繁 璋 所在院系 机电电学学院 所学学专业专业 工业业自动动化 导师导师姓名 沈向阳阳 完成时间时间 2011 年 12 月 8 日 专业整理 学习帮手 摘 要 本文设计了一种具有时控和光控相结合的太阳能路灯控制器 利用单片机 STC12C2051 和时钟芯片 DS1302 控制路灯照明时间 利用低功耗的数据存储 器 24C02 存储路灯点亮和熄灭时间 利用光敏电阻实现光电控制 傍晚光线暗 时控制器自动接通路灯电源 深夜行人少时根据设置的时间熄灭路灯
2、早上再 自动接通电源点亮路灯 天亮后自动关断 文中详细分析了控制器的电路组成 和工作原理 简述了控制器的调试过程 太阳能路灯由太阳能电池 蓄电池 高亮度 LED 控制器等部件组成 减 少噪声污染 太阳能路灯运动部件很少 基本没有噪声 关关键词键词 太阳能电池 LED 铅酸蓄电池 时控 光控电路 充放电控制器 专业整理 学习帮手 Solar street lamp design Abstract This article is designed with a control and light control when the combination of solar street lamp c
3、ontroller STC12C2051 use of single chip control and clock chip DS1302 lawn lamp lighting time the use of low power 24C02 The data memory storage and extinguish street lamps lit at all times using Photoelectric control of photoperiod sensitive resistors to achieve Controller automatically switches th
4、e evening street power fewer pedestrians late at night time set out under the streetlights the morning light and then automatically connected to power street lights automatically turn off after dawn In this paper a detailed analysis of the controller circuit and working principle of the controller o
5、n the process of debugging Solar street lights from solar cells batteries high brightness LED controller and other components to reduce noise pollution very few moving parts solar street lighting little noise Key words solar cell LED lead acid batteries when the control light control circuit charge
6、discharge controller 专业整理 学习帮手 目 录录 1 引言 1 2 方案论证 1 2 1 设计要求 1 2 2 方案选择 1 3 系统总体框图 2 4 系统硬件设计 3 4 1 电源电路 3 4 2 太阳能电池板组件 3 4 3 蓄电池 4 4 4 照明负载 5 4 5 蓄电池和太阳能板选用 6 4 6 显示电路 7 4 7 过充过放电路 8 4 8 DS1302 结构及工作原理 8 4 9 存储器 AT24C02 简介 10 5 系统软件设计 11 结束语 14 致谢 14 参考文献 15 附录 1 总体电路图 16 附录 2 程序 17 专业整理 学习帮手 专业整理
7、学习帮手 1 引言 面对人类的可持续发展 从现有常规能源向清洁 可再生的新能源过渡已 提到议事上来了 因为新能源是依托高新技术的发展 开辟持久可再生能源的 道路 以满足人类不断增长的能源需求 并保护地球的洁净 利用太阳能发电 既不需要燃料 也没有烟尘和灰渣 不污染环境 非常清洁 特别是太阳能 电池组件 使用寿命可达 20 年以上 性能稳定 同时维护费用较低 太阳辐射能是取之不尽 用之不竭的 是人类能够自由利用的能源 在世界 能源短缺 环境污染日益严重的今天 充分开发利用太阳能是世界各国政府可 持续发展的能源战略决策 与传统的照明工具相比 超高亮白光 LED 照明源体 积小 重量轻 方向性好并可
8、耐各种恶劣条件 在功耗 寿命以及环保等方面 有不可比拟的优越性 再加上太阳能灯具的节能性和安装简便 所以凡有工频 交流电灯具的地方 LED 灯具的触角就会到达 21 世纪将是以固体发光材料为 核心的 即以 LED 为代表的新型光源 绿色照明的世纪 今后 随着各国政府 的高度重视和加大投入 LED 必将成为本世纪极具竞争力的新型绿色环保光源 而掀起一次照明领域新的革命 6 太阳能道路照明灯不需要架设输电线路或挖沟铺设电缆 不用专人管理和 控制 可安装在广场 停车场 高尔夫球场 校园 公园 街道和高速公路等 任何地方 道路照明与人们生产生活密切相关 随着我国城市化进程的加快 绿色 高效 长寿命的
9、LED 路灯逐渐走入人们的视野 2 方案论证论证 2 1 设计设计要求 1 电池板功率的计算和选用 2 蓄电池容量 充放电控制和充放电状态显示 3 连续阴雨天三天路灯仍能照明 4 光线暗时路灯自动点亮 为节省电能晚上24点熄灭 早上5点路灯点亮 早上光线强时路灯自动熄灭 开关灯时间点可调 5 系统断电时可以保存用户所设定的各种参数 2 2 方案选择选择 专业整理 学习帮手 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
10、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 同时对它安装位置 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 1 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
11、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 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
12、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 目前 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 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 利用定时控制和光敏电阻控制相结合的方式 实现太阳能路灯的设计 3 系统总统总体框图图 专业整理 学习帮手 太阳能 LED 路灯在白天通过太阳能电池组件采集太阳光的能量 并将其转 化为电能存储起来 即向蓄电池充电 在晚上光线较暗时由蓄电池经路灯控制 处
13、理器控制 点亮 LED 灯用于路灯照明 根据各部分电路的功能不同 整体电路可以分为以下几个部分 太阳能电 池板组件 过充过放电控制电路 STC12C2051 单片机 蓄电池 时控光控电 路 照明负载和时间显示电路 系统总体方框图如图 1 所示 由太阳能电池板通过 7805 稳压电路为单片机供电 并通过为蓄电池充电 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 因此本电路加的有过充过放控制电路 4 系统统硬件设计设计 4 1 电电源电电路 电源电路如图 2 所示 系统太阳能供电 24V 蓄电池电压经过 7805 稳压 后产生 5V 电压
14、作为控制器的主电源 电容 C2 C3 作为高频旁路电容 将高 频信号旁路到地 同样电容 C1 C4 为滤波电容 Vin 1 GND 3 5V 2 U278L05 C2 10p C3 10p C1 100UF C4 47UF 24v 5v 图 2 电源电路 4 2 太阳阳能电电池板组组件 在新能源中 公认技术含量最高 最有发展前途的是太阳能发电 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 太阳能电 池板 充放电控 制器 蓄 电 屏 路灯控制 处理器 LED 路灯 负载 图 1 总体电路方框图 专业整理 学习帮手 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
15、一类是太阳能热电直接转换 如温差发电等 目前功率都很小 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 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 实际应用不多 2 太阳能光发电 不通过热过程 直接将太阳的光能转换成电能的利用 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 目前应用的 光伏发电 是将照射到太阳能电池上的光 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
16、逆变器等部分组成 其缺点 间歇性 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 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 太阳能电池的基本特性 太阳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 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出现得不少 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 要为电池板选择合适的倾角使其 能获得最大的太阳辐照量 9 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
