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1、XXXX 大学毕业设计（论文）I太阳能光伏照明控制系统的硬件电路设计太阳能光伏照明控制系统的硬件电路设计摘摘 要要 随着化石能源的日益衰竭，开发和使用新能源已成当务之急。本论文设计了一种 采用太阳能作为能源的照明系统，基于 ATmega48 单片机作为中央控制芯片，采用 PWM 充电控制法，具有充电效率高、可靠性高、性能好等特点。 本文先是对系统的总体设计方案进行阐述，再对蓄电池、太阳能电池、中央控制 单元等各模块进行分析，最后对软件部分的主程序进行设计与分析。文章还分析了影 响蓄电池使用寿命各种因素和如何提高蓄电池的使用性能也作了详细的分析和研究。 其次，对电池的充电方法进行了分析，提出了高
2、效率的 PWM 充电控制法。本文着重描 述了系统控制器部分的设计。 论文结尾对本次设计的太阳能光伏照明控制系统的应用前景进行了分析，认为本 设计具有一定的理论意义和实践应用价值。关键词：关键词：光伏；控制器；PWM 充电控制法；ATmega48XXX：太阳能光伏照明控制系统的硬件电路设计IITheThe HardwareHardware CircuitCircuit DesignDesign forfor SolarSolar PVPV LightingLighting ControlControl SystemSystemAbstractAbstract With the increasin
3、gly exhaustion of fossil energy, developing and using new energy is becoming imperative affair. This paper designs a illumination system which adopt solar energy as energy, based on ATmega48 microcontroller as central control chip and adopt PWM charging control method. It has high charging efficienc
4、y, high reliability and better performance features etc At first this paper take an elaborate on the overall design program of system and then analyse the modules of battery, solar energy battery and central control unit etc Finally it will make a design and analysis for main program of software. At
5、 the end of paper writer analyse the prospect of solar PV lighting control system in this design and consider that it has a certain theoretical significance and the value of practical application. Keywords: PV ; Controller ; PWM Charging Control Method ; ATmega48XXXX 大学毕业设计（论文）III目录目录引言引言 1 1第第 1 1
6、章章 绪论绪论 2 21.1 概述.21.2 光伏照明系统的结构.21.3 本文的主要内容.3第第 2 2 章章 光伏照明控制系统的总体设计方案光伏照明控制系统的总体设计方案 4 42.1 充电方法的选择.42.1.1 恒流充电法.42.1.2 阶段充电法.52.1.3 恒压充电法.52.1.4 脉冲式充电法（PWM 充电控制法） 62.2 系统的总体设计.72.3 系统的工作过程8第第 3 3 章章 电池组部分概述电池组部分概述 9 93.1 蓄电池部分概述.93.1.1 阀控密封铅酸蓄电池的简介 .93.1.2 阀控密封铅酸蓄电池的结构及原理 .93.1.3 阀控密封铅酸蓄电池的特点.10
7、3.1.4 影响阀控密封铅酸蓄电池使用寿命的因素103.2 太阳能电池部分概述.123.2.1 辐射参数的确定.123.2.2 相关参数的换算.123.2.3 光伏板参数的确定.13第第 4 4 章章 控制器的设计控制器的设计 14144.1 单片机元件概述.144.1.1 AVR 系列单片机及 ATmega48 单片机简介 144.1.2 AVR 单片机的优势14XXX：太阳能光伏照明控制系统的硬件电路设计IV4.1.3 ATmega48 单片机的引脚164.1.4 ATmega48 单片机的特点164.2 控制器技术指标和技术要求.164.2.1 技术指标.164.2.2 控制器的功能.1
8、74.2.3 控制器工作模式的设置.174.3 控制器的硬件设计方案.184.4 控制器的电路设计.184.4.1 单片机的最小系统.184.4.2 电源模块设计.194.4.3 检测电路的设计.204.4.4 驱动模块设计.224.4.5 显示模块设计.244.4.6 放大电路的设计.25第第 5 5 章章 主程序设计主程序设计 26265.1 程序设计思路265.2 主程序流程图设计.275.3 主程序代码.28结论与展望结论与展望 3030谢谢 辞辞 3131参考文献参考文献 3232附录附录 A A 外文文献及其译文外文文献及其译文 3333附录附录 B B 主要参考文献的提要及摘要主
9、要参考文献的提要及摘要 4242XXXX 大学毕业设计（论文）V插图清单插图清单图 1- 1 光伏系统组成框图 2 图 2- 1 最佳充电曲线 4 图 2- 2 恒流充电电路 4 图 2- 3 恒流充电曲线 4 图 2- 4 二阶段法曲线 5 图 2- 5 恒压充电电路 5 图 2- 6 恒压充电曲线 6 图 2- 7 脉冲式充电曲线 6 图 2- 8 光伏照明控制系统总框图 7 图 3- 1 阀控密封铅酸蓄电池 9 图 4- 1 ATmega48 单片机引脚 图14 图 4- 2 太阳能光伏照明控制系统控制器结构图18 图 4- 3 单片机的最小系统19 图 4- 4 IRF3205 图形符
10、号 19 图 4- 5 单片机电源电路20 图 4- 6 温度检测电路20 图 4- 7 蓄电池电压检测电路21 图 4- 8 太阳能极板检测电路22 图 4- 9 串联 PWM 充电电路23 图 4- 10 放电电路 23 图 4- 11 显示模块电 路24 图 4- 12 放大电路 25 图 5- 1 主程序流程图27XXX：太阳能光伏照明控制系统的硬件电路设计VI表格列表表格列表表 2- 1 对上述几种充电方法的比较 6 表 3- 1 全国主要城市辐射参数表11 表 3- 2 所选定光伏板的参数 13 表 4- 1 ATmega48 单片机各引脚的功 能15 表 4- 2 控制器的技术指
11、标17 表 4- 3 控制器工作模式设 置18 表 4- 4 BCD 译码表24XXXX 大学毕业设计（论文）VIIXXXX 大学毕业设计（论文）1引言引言传统的化石能源资源日益枯竭，严重的环境污染制约了世界经济的可持续发展。 太阳能的研究和利用受到广泛的关注。太阳能利用和光伏发电是最有发展前景的可再 生能源，因此，世界各国都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方 向。太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池组件和其他辅助设备将太阳能转换成电能 的系统。因此光伏发电系统有着巨大的发展前景。 市场上有各种各样的太阳能控制器，但这些控制器主要问题对于蓄电池的保护不 够充分，不合适的充放电方式
12、导致蓄电池的损坏，使蓄电池的使用寿命降低。因此选 择合适的充放电方法，设计出合适的控制器对光伏系统尤为重要。 这就是本研究课题的根本目的。XXX：太阳能光伏照明控制系统的硬件电路设计2第第 1 1 章章 绪论绪论1.11.1 概述概述传统的化石能源资源日益枯竭，严重的环境污染制约了世界经济的可持续发展。 能源的需求有增无减，能源资源已成为重要的战略物资，化石能源储量的有限性是发 展可再生能源的主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的 化石能源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可采年限仅有 41 年，其年占世界能 源总消耗量的 40.5%，国内剩余可开采年限为 15 年；天
13、然气剩余可采年限 61.9 年， 其年占世界能源总消耗量的 24.1%，国内剩余可开采年限 30 年；煤炭剩余可采年限 230 年，其年占世界能源总消耗量的 25.2%，国内剩余可开采年限 81 年；铀剩余可采 年限 71 年，其年占世界能源总消耗量的 7.6%，国内剩余可开采年限为 50 年。 太阳能利用和光伏发电是最有发展前景的可再生能源，因此，世界各国都把太阳 能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向，制定了相应的导向政策。在光 伏发电的历史上，最早规模化推广的是日本，而后是德国，再发展到现在大力推广的 包括美国、西班牙、意大利、挪威、澳大利亚、韩国、印度等超过 40 个国家与地区
14、， 如日本“新阳光计划” 、欧盟“可再生能源白皮书” ，以及美国国家光伏发展计划、百 万太阳能屋顶计划、光伏先锋计划等的相继推出，成为近年来推动太阳能光伏发电产 业的主要动力。根据欧盟的预测：到 2030 年太阳能发电将占总能耗 10%以上，到 2050 年太阳能发电将占总能耗 20%。1.21.2 光伏照明系统的结构光伏照明系统的结构光伏照明系统主要由五大部分组成，即太阳能电池、蓄电池、控制器、照明电路、 负载，如下图 1-1 所示。在系统中，控制器是整个系统的核心。它控制蓄电池的充电及蓄电池对负载的供 电，对蓄电池性能、使用寿命有非常大的影响。目前，光伏系统主要由于控制器控制 蓄电池充电方式不合理，降低了蓄电池寿
