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1、天津城市建设学院 本科毕业设计说明书基于单片机控制的太阳能供电地下停车场照明系统设计Design of the Solar-Powered Underground Parking Lighting System Based on Microcontroller Control学生姓名： 学生学号：10761105专业名称：电气工程及其自动化指导教师： （讲师）控制与机械工程学院2012年6月8日摘 要在这个科技飞速发展的时代，能源是人类经济及文化活动的动力来源。随着经济的发展、人口的增加和社会生活水平的提高，未来世界能源消费量将持续增长，世界上的化石能源消费总量总有一天将达到极限。开发利用可再
2、生能源和各种绿色能源以实现可持续发展是人类必须采取的措施。从能源供应的诸多因素考虑，太阳能无疑是符合可持续发展战略的理想的绿色能源。随着城市的不断发展，人口的急剧增加，人均拥有车辆数的增大，停车问题越发严峻。停车场也逐渐的朝地下空间发展。然而地下停车场的照明又给社会增添了新的烦恼。为此，提供一个合理的地下照明系统是时代发展的迫切要求。本设计采用LED灯具作为系统的照明光源，采用太阳能光伏发电与市电交互为LED灯具供电的方式提供供电电源。使用节能灯具减少了能源的浪费，利用太阳能发电供电，减少了火力发电等造成的大气污染的问题。本设计采用单片机AT89S51作为系统的主控制单元，重点设计了太阳能发电
3、系统最大功率点跟踪控制电路的设计。并且通过采集太阳能发电系统蓄电池及太阳能电池板两端的电压，实现火电与太阳能发电两种供电方式的自动切换。并对太阳能发电系统中，太阳能电池在工作时，随着日照强度、环境温度的不同，输出功率不同的问题，为了提高发电系统效率，单片机通过采样电压和电流，通过对功率的计算，实现对太阳能电池的最大功率点的跟踪，确保充分的利用太阳能。本系统智能化的完成了以太阳能发电、LED为灯具的照明系统的设计，经济、实用。关键字：能源；太阳能光伏发电；LED照明；DC-DC；MPPT；单片机AT89S51ABSTRACTIn this technological era of rapid d
4、evelopment, energy is the driving force of human economic and cultural activities. With economic development, population growth and social improvement of living standards, the future world energy consumption will continue to grow, the total consumption of fossil fuels in the world one day will reach
5、 the limit. The development and utilization of renewable energy and green energy in order to achieve sustainable development of mankind must take measures. From the energy supply of many factors to consider, solar green energy is undoubtedly the ideal of sustainable development strategy.With the con
6、tinuous development of the city, the rapid population increase, per capita number of vehicles increases, more and more severe parking problems. The development of parking lot gradually toward the underground space. However, the underground car park lighting gave the community has added a new worry.
7、To this end, an underground lighting system is an urgent requirement of the times.This design uses LED lighting as the lighting system, solar photovoltaic power generation and electricity interact to provide a power supply for LED lamps powered. Use of energy saving lamps to reduce energy waste, the
8、 use of solar power generation and distribution, to reduce atmospheric pollution caused by the thermal power and other issues.This design uses a microcontroller AT89S51 as the main control unit, focused on the design of a solar power system maximum power point tracking control circuit design. And by
9、 collecting solar power system battery and the voltage across the solar panels, thermal power and solar power two kinds of power supply automatically switches. And solar power systems, solar cells at work, with the sunlight intensity, environmental temperature, output power, in order to improve the
10、efficiency of power generation systems, microcontroller by sampling the voltage and current through the calculation of the power to achieve the solar cell maximum power point tracking to ensure full use of solar energy. This intelligent completion of the design of lighting systems, solar power, LED
11、lamps, economical and practical.Key words: Energy; solar photovoltaic; LED lighting; the DC-DC; the MPPT; icrocontroller AT89S51目 录第1章 光伏发电和LED照明概述11.1光伏发电的背景及意义11.2光伏发电的国内外现状及发展11.2.1光伏发电的历史21.2.2国外光伏发电技术的现状与前景21.2.3我国太阳能光伏发电的现状与前景31.2.4光伏发电的未来趋势41.2.5光伏发电系统的基本工作原理41.2.6独立太阳能光伏发电系统的组成51.3 LED照明61.3
12、.1 LED（Lighting Emitting Diode）照明定义61.3.2 LED照明原理61.3.3 LED照明适用范围61.3.4 LED照明的现状及发展前景6第2章 MPPT控制部分与DC/DC变换82.1最大功率点跟踪原理82.2最大功率点跟踪的算法92.2.1恒压跟踪法92.2.2扰动观察法102.2.3电导增量法112.3 DC/DC变换器112.3.1降压式变换器122.3.2升压式变换器122.3.3升降压式变换器142.3.4库克式变换器14第3章 主要设备的选择163.1太阳能电池的设计163.1.1太阳能电池原理163.1.2太阳能电池分类163.1.3太阳能电池
13、的容量的计算183.2蓄电池的选择203.2.1蓄电池的选用203.2.2蓄电池组容量的计算213.3灯具的选择21第4章 系统硬件设计234.1系统设计总体框图234.2控制模块的电路设计234.2.1电源电路的设计234.2.2单片机最小系统及外围电路设计244.2.3 DC-DC控制电路设计(充电电路)254.2.4驱动电路的设计274.2.5切换电路设计274.2.6采样电路设计274.2.7 A/D转换电路284.2.8继电器驱动电路设计29第5章 系统软件设计315.1系统软件设计总体结构程序设计315.2系统设计模块程序设计325.2.1最大功率点跟踪程序设计325.2.2线路切
14、换流程图325.2.3充电控制程序设计335.2.4 AD转换流程图35致 谢36参考文献37第1章 光伏发电和LED照明概述1.1光伏发电的背景及意义全球煤炭、石油、天然气等能源的消耗不断增加，引发了一系列的环境污染和资源短缺等问题。在这个世纪以前，我们能够使用能源都局限在一次能源上，如煤、CH4和石油。这些一次能源都是经过很长时间，太阳能通过各种转换，被地球上各个角落的生物储存起来。但是人类已经在这个星球上生活在了数千年，在这数千年里，这些能源无时无刻不在被人类消耗着，而且留给我们及后代所要使用能源已经不多了。随着全球经济的不断发展、不断增加的人口数以及人们生活质量的不断改善，将来全球能源
15、消耗数目将继续增长，地球上可用的化石能源必将会被消耗殆尽 张耀明.人类理想能源太阳能发电J.北京：中国建设动态：阳光能源，2003.。当前，森林被大面积砍伐，矿物能源被大量使用，全球日均产生近1109TCO2，造成大气二氧化碳的含量上升，大气已经被严重的污染。若不采取措施，温室效应也将加剧，全球逐渐变暖，南极和北极的冰山必将被融化，后果就是可能造成海平面上涨，1/4的人类社会环境便会由此承受巨大危险。面对以上情况，如何让可持续发展成为现实，探索开发能够再利用的能源以及其他绿色新能源便成为了人类亟待解决的问题。从能源提供的多方面因素着眼，太阳能毫无疑义的成为理想的绿色新能源。太阳能即将成为新世纪极为重要的能源之一，已经得到世界能源专家们肯定。通过和常规发电技术比较，太阳能发电具有可无限使用；不会造成危害、稳定性好，没有噪声，没有向环境排放污染，无公害；可以安装在各个角落，而且可以安装在不影响人类生活的地方优势；不用使用燃料以及谱架线路便可以立刻发电供电；能源质量高；消费者从情感上易采纳；很短的建设时间，能源利用获取时间短等优势。而且，硅作为光伏电池的主要原料存储量极为丰富，并且伴着太阳电池研究技术的
