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1、兰州理工大学毕业设计说明书摘要城市现代化建设步伐越来越快，对城市道路照明及城市亮化工程的要求也更高，2005年全国照明用电达3000亿度，约占全国总用电量的12左右，节电、节能、绿色照明的要求越来越迫切，国家“十一五规划纲要”明确要求要把节约资源作为国家的基本的国策，节能已成为社会发展的主流。太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全环保的新能源越来越受到重视。同时，随着光伏技术的发展和进步，太阳能路灯的应用已经形成规模。本课题主要实现用单片机控制太阳能电池对蓄电池的充电管理，控制路灯定时、低照度模式照明。通过GPRS通讯实时采样当前电池电压，放电电流，可以实现远程控制路灯开关。系统主要由太阳
2、能电池、蓄电池、充电控制、照明控制、LED灯、显示模块、GPRS模块、时钟电路和报警电路等部分组成。关键字：LED照明、GPRS模块、充电控制AbstractIncreasingly rapid pace of urban modernization, urban street lighting and city lighting engineering requirements are higher, and the national electricity for lighting in 2005 reached 3000 billion kWh, taking up about 12%
3、of total electricity consumption. Saving electricity, energy conservation and green lighting are more and more urgent, and the National Eleventh Five-Year Plan clearly required that we should consider saving resources as the basic policy of a state. Energy conservation has become the mainstream of s
4、ocial development. As one kind of inexhaustible, safe and environmental new energy, solar energy has been paid more and more attention. Meanwhile, with the development and advancement of photovoltaic technology, solar street lamps application has been formed the scale. This subject mainly realize so
5、lar cells with single-chip microcomputer control of battery charging management, control the street lamp timing, low illumination model lighting. Through GPRS communication, it can take sample of the current battery voltage and discharge current, and can realize remote control street lamp switch. Th
6、e system mainly consists of solar battery, the battery, the charging control, lighting control, LED lamps, display module, GPRS module, clocking circuit and alarm circuit and so on.Key words: LED lighting, GPRS module, charging control目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 选题背景及意义11.1.1 背景11.1.2 意义31.2 主要设计（研究）
7、内容41.3 系统实现的主要功能41.4 解决的关键问题5第二章 系统总体结构方案设计62.1系统总体结构及其功能6第三章 太阳能光伏电池和铅酸蓄电池的特性及原理73.1 太阳能电池73.1.1太阳能电池的结构及工作原理73.1.2 太阳能电池的分类83.1.3 太阳能电池的发展种类93.1.4 太阳能电池的电气特性93.2蓄电池的设计11第四章 系统的硬件设计134.1 单片机134.1.1 方案选择134.1.2 外围电路144.2 GPRS模块154.2.1 GPRS模块的选型154.3 显示模块174.3.1 方案选择174.3.2 显示模块的接口电路174.3.3 小结184.4 时
8、钟电路184.4.1 方案选择184.4.2 接口电路194.5 电压采样模块204.5.1 方案选择204.5.2 电压检测电路204.6 电流采样模块214.6.1 方案选择214.6.2 采样电路：214.7 LED灯的设计224.7.1 LED 芯片选取及组合方式224.7.2 LED驱动的选取：244.7.3 驱动芯片PAM2842 外围元器件参数计算254.8 输入设定模块284.8.1 方案选择284.8.2 键盘电路284.9 报警电路设计294.10 充电控制电路294.11 照明控制电路324.11.1 方案设计324.11.2 光线检测电路334.11.3 继电器电路设计
9、334.12 电源设计34第五章 软件设计355.1系统软件的设计思想355.2系统主程序的设计355.3系统子程序的设计365.3.1 A/D转换子程序365.3.2 LCD显示子程序385.3.3 键盘控制子程序405.3.4 充电控制子程序415.3.5 照明控制子程序425.3.6 串口通信子程序435.3.7 GPRS通信子程序44第六章 设计总结466.1本次毕业设计的主要工作466.2 需要改进的地方46参考文献47英文原文及翻译49英文原文49翻译60致谢71附录72程序清单72IV第一章 绪论21 世纪以来，随着世界能源危机的加剧，太阳能作为地球上最普遍最清洁的能源，以其取之
10、不尽、用之不竭、无污染等优点，受到人类的重视。在人类生活中，太阳能光伏的应用非常的广泛，尤其在城市建设中对城市照明也大力的推广了太阳能光伏的应用。目前，国内太阳能光伏技术在城市亮化照明中的应用业已呈现出快速发展的势头。城市道路、学校、公园、住宅小区等场所的路灯、指示牌、草坪灯等都逐渐采用太阳能光伏照明技术，使城市公共照明更加环保、节能、方便、安全。本课题太阳能LED路灯以太阳光为能源，白天充电，晚上使用，无需复杂昂贵的管线铺设，采用GPRS通信技术对每个路灯状态进行实时监控，合理设置照明时段，安全节能无污染，无需人工操作工作稳定可靠，节省电费免维护。系统由太阳能电池、蓄电池、充电控制电路、照明
11、控制、GPRS通讯模块、LED灯源及其恒流驱动电路等部分组成，通过太阳能硅光电池板将太阳能转换为电能存储到蓄电池中,由蓄电池为整个系统提供电能。本设计主要通过单片机控制太阳能电池板对蓄电池的充电管理，控制LED路灯定时、低照度照明。通过GPRS通讯实时采样电池电压，充电电流，远程控制路灯开关。1.1 选题背景及意义1.1.1 背景进入21世纪的人类面临的三大主要问题是能源、环境和经济。能源和经济问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈，人类当前所使用的矿物能源日趋耗尽，环境污染日益严重，在严峻的能源替代形势和人类生态环境逐渐恶化的双重压力下，开发新能源成为世界各国关注的焦点。开发可再生而且不污染环境
12、的清洁能源的任务已经迫在眉睫。众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭的可再生能源。从而太阳能光伏发电越来越受到人类青睐。如图1-1所示。图 1-1 能源对比图太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，太阳能资源从根本上讲就是太阳的辐射能。在人类对未知世界的不断求索的过程中，我们开始发现太阳辐射能不仅具有含量巨大的特点，其总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，太阳能到达地面的能量高达80 万KW/s，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达(5.61 012)KWh，相当于目前世界上能耗的40 倍；而且，太阳能发电具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广
13、泛性、充足性和长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，可谓是人类的生活宝库，是我们取之不尽的能量的源泉，因此光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源。LED 是 Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写，半导体发光二极管（LED）是新型的发光体，LED 光源具有低电压驱动、节能、长寿命、安全、响应快、体积小、高亮度、低热量、色彩丰富、可视距离远、耐振动、符合环保要求等系列独特优点，LED光源比白炽灯节电87%、比荧光灯节电50%，而寿命比白炽灯长20-30 倍、比荧光灯长10 倍。其已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、车载光源等场合。LED 的光谱几乎全部集中
14、于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能4/5 是伟大的创举，但LED 比节能灯还要节能1/4，LED 在照明工程中的运用也已非常普遍，过去10 年来，LED 在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED 以其令人惊叹的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。LED 寿命长达约10 万小时，意味着每天工作十小时，可以有27 年免维护的理论保障，低压运行，几乎可达到100的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的LED技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这
15、是固体光源伟大的改革，被认为是节电降能耗的最佳实现途径，是下一代理想的照明器件。城市的大型化和现代化，迫切需要利用先进的调控管理手段来对路灯照明系统进行调控。移动通讯GPRS技术的发展为之提供了可能。由于电力通讯需要借助于高效，可靠的通信通道，将控制中心的控制命令准确地传送到为数众多的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心，从而实现对配电设备运行参数的实时监视与控制。目前最先进的通用分组无线业务(GPRS)无线通讯技术，集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体，可以实现对城市路灯照明设施大范围、多区域、全大候的实时监控和管理。通常无线网络的建网费用在无线监控系统的建设费用中占很大的比重。采用中国移动GPRS网络这一公共无线网络作为其数据传输网络，极大地节省了系统的建设费用和运维费用。GPRS业务采用按流量计费的方法，大大的降低了数据的传输费用，系统的运营费用十分经济。通过移动通信无线网络GPRS技术对城市路灯设施进行统一管理，既实现了实时和集中监控，又提
