基于单片机控制的太阳能供电地下停车场照明控制系统设计

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 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 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AT89S51 ABSTRACT In this technological era of rapid development, 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 wi 11 continue to grow, the total consumption of fossi 1 fuels in the world one day wi 11 reach 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 continuous 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 gradual ly toward the underground space. However, the underground car park lighting gave the community has added a new worry. 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 use of solar power generation and distribution, to reduce atmospheric pollution caused by the thermal power and other issues. This design uses a microcontrol ler AT89S51 as the main control unit, focused on the design of a solar power system maximum power point tracking control circuit design. And by 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 efficiency of power generation systems, microcontroller by sampling the voltage and current through the calculation of the power to achieve the solar cel 1 maximum power point tracking to ensure ful 1 use of solar energy. This intelligent completion of the design of lighting systems, solar power, LED lamps, economical and practical. Key words: Energy; solar photovoltaic; LED lighting; the DC-DC; the MPPT; icrocontroller AT89S51 第1章光伏发电和LED照明概述 1 1. 1光伏发电的背景及意义 1 1. 2光伏发电的国外现状及发展 2 1.2. 1光伏发电的历史 2 1.2.2国外光伏发电技术的现状与前景 3 1.2.3我国太阳能光伏发电的现状与前景 4 1.2.4光伏发电的未来趋势 5 1. 2. 5光伏发电系统的基本工作原理 6 1. 2. 6独立太阳能光伏发电系统的组成 7 1. 3 LED 照明 9 1. 3. 1 LED (Lighting Emitting Diode)照明定义 9 1.3.2 LED照明原理 9 1. 3. 3 LED照明适用围 9 1. 3.4 LED照明的现状及发展前景 9 第2章MPPT控制部分与DC/DC变换 12 2. 1最大功率点跟踪原理 12 2. 2最大功率点跟踪的算法 14 2. 2. 1恒压跟踪法 14 2. 2. 2扰动观察法 15 2. 2.3电导增量法 15 2. 3. 1降压式变换器 17 2. 3. 2升压式变换器 17 2. 3.3升降压式变换器 19 2. 3.4库克式变换器 20 第3章 主要设备的选择 21 3.1太阳 能电池的设计 21 3.1.1太阳能电池原理 21 3.1.2太阳能电池分类 21 3.1. 3太阳能电池的容量的计算 25 3.2蓄电池的选择 27 3. 2.1蓄电池的选用 28 3. 2.2蓄电池组容量的计算 29 3. 3灯具的选择 30 第4章系统硬件设计 32 4. 1系统设计总体框图 32 4. 2控制模块的电路设计 32 4. 2.1电源电路的设计 32 4. 2. 2单片机最小系统及外围电路设计 34 4. 2.3 DC-DC控制电路设计（充电电路） 36 4. 2. 4驱动电路的设计 38 4. 2. 5切换电路设计 38 4. 2.6采样电路设计 39 4. 2. 7 A/D转换电路 39 4. 2. 8继电器驱动电路设计 40 第5章系统软件设计 42 5. 1系统软件设计总体结构程序设计 42 5. 2系统设计模块程序设计 43 5. 2. 1最大功率点跟踪程序设计 43 5. 2. 2线路切换流程图 44 5. 2.3充电控制程序设计 44 5. 2. 4 AD 转换流程图 47 致 48 参考文献 49 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⑴。 ../] 待修 改新建 文件夹 /AppData/Local/Temp/Rar$EXaO.907/PaperPass 检 测报告 /htmls/sentence detail/6Lhtm../]待4多改新建文件夹/AppData/Local/Temp/Rar$EXaO.907/PaperPass 检测 报告/htmls/sentence detail/63.htm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1X1O0TCO2，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①可无限使用：②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；③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；④不用使用燃料以及谱架线路便可以立刻发电供