畢業(yè)設(shè)計（論文）-太陽能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計說明書太陽能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號1105044213學(xué)院計算機(jī)與控制工程專業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師2015年06月中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書1太陽能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的設(shè)計摘要隨著傳統(tǒng)能源的消耗殆盡與低碳的生活模式的深入人心，開發(fā)新能源已經(jīng)迫在眉睫了，太陽能研究與使用的重要性也已經(jīng)不說自明了。同時，世界各地的大型光伏電站的投建，也為人類提供了一種新能源解決方案。此外，小型離網(wǎng)系統(tǒng)因?yàn)樗哂泻唵味`活的特點(diǎn)，它在未來也必然會成為光伏發(fā)電舉足輕重的又一個重要領(lǐng)域，因此研究離網(wǎng)型太陽能充放電系統(tǒng)很有必要。鑒于此，本文設(shè)計基于單片機(jī)的太陽能鉛酸蓄電池的充放電控制，單片機(jī)采用STC89C52，蓄電池則采用了鉛酸蓄電池。本文的主要工作是研究PV陣列的發(fā)電與PV陣列結(jié)合鉛酸蓄電池的充放電原理，從而使蓄電池安全而合理地充放電，使負(fù)載能穩(wěn)定可靠地工作。關(guān)鍵詞單片機(jī)STC89C52,UC3906,鉛酸蓄電池，電池充放電控制系統(tǒng)。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書2DESIGNOFSOLARPHOTOVOLTAICPOWERGENERATIONLIGHTINGSYSTEMABSTRACTWITHTHEMODEOFLIFEOFTHEDEPLETIONOFTRADITIONALENERGYANDLOWCARBONSINKDEEPINTOTHEHEARTSOFTHEPEOPLE,THEDEVELOPMENTOFNEWENERGYSOURCESISIMMINENT,THEIMPORTANCEOFSOLARENERGYRESEARCHANDUSEALSOHASNOTSAIDINVENTEDASELFATTHESAMETIME,THEINVESTMENTANDCONSTRUCTIONOFLARGEPHOTOVOLTAICPOWERSTATIONSALLOVERTHEWORLDALSOPROVIDEANEWENERGYSOLUTIONFORHUMANBEINGSINADDITION,SMALLOFFGRIDSYSTEMBECAUSEITHASTHECHARACTERISTICSOFSIMPLEANDFLEXIBLE,ITINTHEFUTUREWILLBECOMEANOTHERIMPORTANTFIELDOFPHOTOVOLTAICPOWERGENERATIONHASAPIVOTALTHEREFORE,THESTUDYOFOFFGRIDSOLARCHARGINGANDDISCHARGINGSYSTEMISVERYNECESSARYINVIEWOFTHIS,THISPAPERDESIGNSTHECHARGINGANDDISCHARGINGCONTROLOFTHESOLARENERGYACIDBATTERYBASEDONSCM,ANDADOPTSTHESTC89C52,THEBATTERYISUSEDFORTHELEADACIDBATTERYTHEMAINWORKOFTHISPAPERISTHERESEARCHOFPVARRAYPOWERANDPVARRAYCOMBINEDWITHTHEORYOFLEADACIDBATTERYCHARGINGANDDISCHARGING,THUSMAKINGTHEBATTERYSAFETYANDREASONABLECHARGEANDDISCHARGE,SOTHATTHELOADCANWORKSTABLYANDRELIABLYKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERUC3906,STC89C52,LEADACIDBATTERY,BATTERYCHARGEANDDISCHARGECONTROLSYSTEM中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書1目錄1引言111課題研究背景及意義112光伏發(fā)電的發(fā)展歷程與發(fā)展現(xiàn)狀313本論文研究的主要內(nèi)容42系統(tǒng)設(shè)計簡介521單片機(jī)的簡介及選擇522路燈系統(tǒng)簡介73系統(tǒng)硬件電路設(shè)計931PV板特性與等效電路932太陽能LED路燈控制器功能模塊概述13321晶振電路13322復(fù)位電路1333電壓采集模塊1434LCD1602顯示模塊1535白天黑夜不同工作狀態(tài)控制模塊1636UC3906智能充電模塊184系統(tǒng)程序的設(shè)計2041主程序流程圖2042其它子程序設(shè)計215系統(tǒng)調(diào)試22附錄系統(tǒng)程序清單25參考文獻(xiàn)33結(jié)論與展望35致謝36中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書11引言目前，隨著地球上化石燃料資源的日益匱乏，而太陽能作為一種可以無限使用的清潔能源，在新能源的領(lǐng)域逐漸走入人們的視線范圍之內(nèi)。太陽能電池充放電控制器作為光伏太陽能路燈照明系統(tǒng)的核心直接影響太陽能路燈的工作效率和使用壽命。為了適應(yīng)不同額場合與各種負(fù)載應(yīng)用的需要，本設(shè)計利用了STC89C52單片機(jī)與AD采樣來獲得數(shù)據(jù)從而對蓄電池的充電過程來進(jìn)行監(jiān)控，選用UC3906芯片來控制蓄電池的三段式充電，并利用發(fā)光二極管表示各個充電狀態(tài)。首先，恒流充電階段是用大電流來恒流充電，電流值I的值因蓄電池的容量不同而不同，一般情況為I01CC是蓄電池組容量。當(dāng)蓄電池處于恒流充電狀態(tài)，控制器會重復(fù)檢測蓄電池端電壓，當(dāng)蓄電池端電壓到一定值時，恒流充電狀態(tài)結(jié)束。所謂恒壓充電就是說充電電壓始終保持在148V，當(dāng)充電電流減小到一定預(yù)設(shè)值的時候恒流充電結(jié)束，充電器開始進(jìn)入浮充電狀態(tài)。當(dāng)蓄電池處于浮充電狀態(tài)，電池電壓始終保持在108V，這個小電壓主要為了補(bǔ)充蓄電池的自放電損耗，當(dāng)浮充狀態(tài)開始就標(biāo)志著恒壓充電狀態(tài)結(jié)束了。本次設(shè)計主要采用STC89C52單片機(jī)來進(jìn)行光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的控制，而為了簡化開發(fā)的復(fù)雜程度，采用了UC3906這一專用的蓄電池光伏充放電控制芯片，簡化電路的同時也使充放電功能更加的穩(wěn)定。本次設(shè)計要解決的問題是光伏發(fā)電照明系統(tǒng)在離網(wǎng)的情況下的工作方式，同時對于提高光伏發(fā)電利用率與蓄電池的保護(hù)起著重要作用，在某種意義上對于推廣新能源的應(yīng)用起到了積極的作用，幫助了人類更有效地利用著清潔能源，能更早日地擺脫能源的危機(jī)。11課題研究背景及意義太陽能做為一種新型的可無限使用的能源在能源市場和領(lǐng)域也占據(jù)著越來越重要的角色，并且逐漸擠壓傳統(tǒng)能源的市場。而且隨著制造工藝和技術(shù)的逐漸成熟，光伏系統(tǒng)的價格也已經(jīng)大幅度的下降了。目前，即便是商業(yè)電力公司，他們也積極地尋找可以通過利用太陽能從而構(gòu)建更穩(wěn)定的成本結(jié)構(gòu)的途徑。研究結(jié)果也表明，太陽能的收集與發(fā)展在北方有著天然的優(yōu)勢。在美國的加利福尼亞州，電費(fèi)每年都要上漲67左右。而太陽能在預(yù)防未來電費(fèi)的居高不下方面有重要意義。許多發(fā)達(dá)國家甚至有國家政策支持鼓勵太陽能發(fā)電來反賣給電力公司獲得經(jīng)濟(jì)上的獎勵。此外，相比較高成本化石燃料污染與全球溫室效應(yīng)等，太陽能的優(yōu)勢不僅是使用范圍更廣，而且也更經(jīng)中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書2濟(jì)。從很久以前，人們的想法里太陽能都是最清潔的能源，在最新的民意調(diào)查統(tǒng)計中也說明了這一點(diǎn)。與化石能源相比較，太陽能有著最明顯的優(yōu)勢，那就是清潔，它不會有二氧化碳的排放，不會引發(fā)酸雨等自然問題，而且取之不盡用之不竭。目前，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各方面實(shí)力快速上升，照明用電也逐年增加，綠色節(jié)能照明研究與應(yīng)用，也將越來越受到政府和企業(yè)的重視。太陽能離網(wǎng)型LED燈在各個方面都有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢，使用壽命長，不需要布線，節(jié)能，安全可靠，廣泛應(yīng)用于公路家庭。在太陽能的屋頂、光伏建筑一體化方面，還有風(fēng)光水泵與戶外獨(dú)立工作信號轉(zhuǎn)播設(shè)施等。當(dāng)然，光伏電源的LED照明系統(tǒng)也有自己的不足和有待提高的地方。比如，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)效率一直不高，當(dāng)功率大時，散熱功能也是技術(shù)上的難題，蓄電池使用壽命影響著整個系統(tǒng)整體使用壽命等，而且相對于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)，太陽能照明系統(tǒng)的初期投資太高。但是，作為很有潛力和市場的新興能源技術(shù)，隨著技術(shù)發(fā)展與工業(yè)化商業(yè)化的快速進(jìn)行，成本問題已經(jīng)能夠得到有效減少。不過，太陽能的利用技術(shù)已經(jīng)從技術(shù)開拓的時期開始步入了應(yīng)用研究的階段。我們有理由相信，新一代的光源優(yōu)點(diǎn)的光伏LED照明系統(tǒng)一定會更進(jìn)一步地快速發(fā)展，引領(lǐng)著我們進(jìn)入一個新綠色節(jié)能時代。自中國跨入21世紀(jì)以來，能源問題就成為我們需要重點(diǎn)解決的問題，怎樣才能在能源有限與環(huán)境保護(hù)雙重制約的情況下發(fā)展經(jīng)濟(jì)也已經(jīng)成為了全球熱點(diǎn)問題。能源問題的突出矛盾不僅體現(xiàn)在資源的日益短缺，更嚴(yán)重在于化石能源開發(fā)利用加劇環(huán)境惡化。其主要表現(xiàn)為為以下方面1能源短缺。我們知道，常規(guī)的傳統(tǒng)能源分布很不均勻，這造成世界上的大部分國家在能源供應(yīng)方面不足，也不能滿足國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。將眼光放遠(yuǎn)，無論是天然氣能源還是石油能源亦或是煤炭能源儲量都是有限的。因此，人類早晚都要面臨化石燃料的枯竭局面。2環(huán)境污染。煤炭的燃燒會釋放出大量的二氧化硫，尤其是年限沒有到的劣質(zhì)煤炭和沒有洗干凈的煤炭更是污染大戶。同時隨著優(yōu)質(zhì)煤炭的逐漸減少，我們可供選擇中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書3的煤炭使用范疇也越來越小了，所以控制傳統(tǒng)能源的使用同樣是控制環(huán)境污染的有效措施。3溫室效應(yīng)。化石能源的大量使用除了二氧化硫還會產(chǎn)生大量的二氧化碳，從而產(chǎn)生了溫室效應(yīng)。太陽能作為可再生能源，早就進(jìn)入了人們的視野，隨著世界上能源的逐漸緊張，利用常規(guī)能源也已經(jīng)不能再適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)快速地增長需要，開發(fā)與利用新能源方面，尤其太陽能，各國政府加大支持力度和政策傾斜。與此同時，以煤、石油作為燃料油則面臨著嚴(yán)重環(huán)境污染，此外，人們生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各國對能源的需求也逐漸增大。為了更好地貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，將節(jié)約資源這一基本國策貫徹到底，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的共同發(fā)展。因此，新能源在各國蓬勃發(fā)展起來了。在我國，根據(jù)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需要，可以預(yù)計，在將來，光伏發(fā)電一定會部分取代常規(guī)的能源。12光伏發(fā)電的發(fā)展歷程與發(fā)展現(xiàn)狀太陽能照明系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種光電轉(zhuǎn)換的裝置，在光照充足的時候?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換成電能儲存在蓄電池中，在光照不足時點(diǎn)亮LED燈，再將電能轉(zhuǎn)換成光能。太陽能LED燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的體現(xiàn)，憑借它環(huán)保、節(jié)能、自動控制、無需布線與隨時變換位置的優(yōu)點(diǎn)，在照明系統(tǒng)行業(yè)之中樹立起了神圣的地位。在早些年，因?yàn)楣杓夹g(shù)還未成熟，所以太陽能使用非常昂貴，只能運(yùn)用在航天領(lǐng)域。但是近幾年技術(shù)逐漸成熟，美國、俄羅斯、德國等國家先后運(yùn)用于高新科技領(lǐng)域，隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善和提高，太陽能光伏發(fā)電照開始運(yùn)用于照明系統(tǒng)。尤其是太陽能照明燈節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢，使得這一領(lǐng)域得到了政府的政策支持和民眾的支持的到蓬勃發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步和技術(shù)的不斷完善，太陽能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)正得到更好的利用，并且也已成為了最具有發(fā)展前景的行業(yè)之一，而太陽能光伏照明系統(tǒng)就是對太陽能的很好的利用。太陽能照明系統(tǒng)一共有三部分，發(fā)電部分由晶硅提供能量，它可以高效地將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，由蓄電池儲存轉(zhuǎn)化來的電能并且在需要的時候再將儲存的電能轉(zhuǎn)換為光能，最后使用LED燈進(jìn)行照明，LED燈是一種高效的節(jié)能燈，可以更好地利中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書4用電能。并且它采用了先進(jìn)的充放電與照明控制方式，使用壽命長，安全高效，它已經(jīng)成為照明家族的重要一員。現(xiàn)如今，各國政府對于光伏發(fā)電都采取了大力扶持的態(tài)度，給予了許多政策上的優(yōu)惠，并加大發(fā)展力度。自90年代以后，它的發(fā)展更為迅速了，并且逐漸成為新能源領(lǐng)域的照樣產(chǎn)業(yè)。1997年以來，我國改進(jìn)工藝、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模從而降低了光伏電池制造成本。13本論文研究的主要內(nèi)容1分析太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和LED技術(shù)2根據(jù)太陽能電池板輸出特性和蓄電池的特性，設(shè)計蓄電池的充放電控制方法。4根據(jù)LED驅(qū)動原理設(shè)計LED驅(qū)動電路3設(shè)計電源控制電路。5根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計控制器外圍電路。6編寫單片機(jī)執(zhí)行程序。7調(diào)試、實(shí)驗(yàn)硬件電路，保證可以實(shí)現(xiàn)既定功能。8外文翻譯不少于3000字。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書52系統(tǒng)設(shè)計簡介本文介紹了基于單片機(jī)太陽能路燈控制的設(shè)計,對12V蓄電池可以自動識別，可以實(shí)現(xiàn)對蓄電池科學(xué)管理，同時，可以指示蓄電池過壓和欠壓運(yùn)行狀態(tài)，具有負(fù)載過流與短路保護(hù)的功能。21單片機(jī)的簡介及選擇單片機(jī)作為一種體積小，穩(wěn)定、可靠、價格低的微型計算機(jī)芯片，它帶動工業(yè)自動化領(lǐng)域和其他相關(guān)領(lǐng)域迅猛發(fā)展。因?yàn)樗w積小，可以嵌入各種系統(tǒng)中去，這是許多其他微機(jī)所沒有的優(yōu)勢，又因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身就是一種很小的微機(jī)，所以只需要增加一些外圍電路就可以實(shí)現(xiàn)很多功能，比如AD轉(zhuǎn)換功能，LCDLED顯示功能、時鐘功能等等。單片機(jī)的迅猛發(fā)展是從20世紀(jì)80年代開始的，世界很多著名的廠商投放到市場的產(chǎn)品就有幾十種系列，幾百個品種。除此之外，日本的NEC公司、荷蘭的PHILIPS公司等等都在基礎(chǔ)款的單片機(jī)上開發(fā)出了新的功能更強(qiáng)大的新型單片機(jī)。雖然單片機(jī)的機(jī)型有很多，但是在51系列的單片機(jī)依然是我國廣大工程師的最愛，MCS51系列的單片機(jī)主要包括有1基本型8051/8031/87512增強(qiáng)型8052/8032/8752本設(shè)計使用STC89C52，見下圖21。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書6圖21AT89C51單片機(jī)從下面的表格中我們可以看到基本型與增強(qiáng)型MCS51系列的單片機(jī)片內(nèi)基本硬件資源。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書7表21單片機(jī)片基本硬件資源在本設(shè)計中，我們采用了STC89C52單片機(jī)作為了控制電路核心器件。22路燈系統(tǒng)簡介本課程設(shè)計的系統(tǒng)總體框圖見下圖22。系統(tǒng)設(shè)計的大概流程可以分成兩個大的模塊，硬件模塊和軟件模塊。硬件電路又由PV陣列和單片機(jī)外圍電路以及UC3906典型電路組成。型號片內(nèi)程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（B）I/0口線（位）定時器計數(shù)器（個）中斷源個數(shù)（個）8031無128322580514KBROM1283225基本型87514KBEPROM12832258032無256322680528KBROM2563226增強(qiáng)型87528KBEPROM2563226中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書8圖22系統(tǒng)總體框圖中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書93系統(tǒng)硬件電路設(shè)計31PV板特性與等效電路光電轉(zhuǎn)換的最小單元是單個太陽能單體，尺寸從4CM2到100CM2都有。單個太陽能單體所能提供的電壓大約在05V左右,工作電流大約在2025MA/CM2左右，單個太陽能單體一般情況下是不能單獨(dú)使用的，因?yàn)楣ぷ麟娏骱碗妷禾?。而將很多個太陽能單體串聯(lián)或者并聯(lián)的話就可以提供足夠的電壓和電流，它的功率一般可以達(dá)到幾瓦甚至幾十瓦，這種串聯(lián)并聯(lián)起來的太陽能單元是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。再將這種可以單獨(dú)使用的最小單元再經(jīng)過串并聯(lián)，就構(gòu)成了大家經(jīng)常能看到的太陽能電池方陣，可以用來滿足很多工作需要，見圖31。（1）硅太陽能電池單體我們經(jīng)常看到的太陽能電池一般都是硅電池。這種由一個晶體硅片組成的，下表面是金屬層，上表面緊密排列著金屬柵線組成的電池就是晶體硅太陽能電池。硅片本身的結(jié)構(gòu)其實(shí)就是一個PN結(jié)。PN結(jié)會形成一個電場。在太陽能電池的頂部有一層抗反射膜用來減少光能損失。太陽能電池工作原理是這樣的光是由光子組成，能量的大小由光的波長決定，在光被晶體硅吸收之后，PN結(jié)上將會產(chǎn)生有正負(fù)電荷來形成一個電場，PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷可以產(chǎn)生一個外電流場，電流將從晶體硅的一端開始流動，即從太陽能電池的正極流向負(fù)極。這就是所謂的“光生伏打效應(yīng)”。圖31太陽能電池單體、組件和方陣件件件中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書10再將一個負(fù)載連接到太陽能電池的正負(fù)極的時候，將有電流流過該負(fù)載，這就是太陽能電池的工作原理；單位時間內(nèi)太陽能電池吸收的光子越多，光子能量越大則產(chǎn)生的電流越大。光子的能量由波長決定，當(dāng)光子的能量不足以激發(fā)電子離開質(zhì)子的時候就不會有光電流產(chǎn)生，同時每個光子無論它能量多大都只能激發(fā)一個電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，而轉(zhuǎn)換的熱能其實(shí)就是光轉(zhuǎn)換電能過程中的能量損失。（2）硅太陽能電池種類目前市場上經(jīng)常見到的光電池種類一共有三種第一種是單晶硅太陽能電池，第二種是多晶硅太陽能電池，第三種是非晶硅太陽能電池。單晶硅太陽能電池的使用成本比較昂貴。多晶硅太陽能電池的有著無規(guī)則性的晶體方向，這意味著PN結(jié)電場所分離的正負(fù)極并不是所有的全部的正負(fù)電荷，所以相比于單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池的效率一般要比較低。多晶硅太陽能電池一般是使用鑄造的方法來生產(chǎn)，所以相比于單晶硅太陽能電池，它的成本比較低。至于非晶硅太陽能電池，則是一種薄膜電池，造價十分低廉，但是同時光電轉(zhuǎn)換效率也相對于其他兩種比較低，穩(wěn)定性相對于晶體硅太陽能電池也不如，在使用方面更對的是用作弱光性電源，比如手表、計算器等。單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1315多晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1113非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為58（3）太陽能電池組件每個太陽能電池大約都只能產(chǎn)生05V左右的電壓，這個是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以，為了可以得到實(shí)際工作中需要的電壓，可以將很多的太陽能電池串并聯(lián)起來組成一個電池組件。太陽能電池組件由很多太陽能電池構(gòu)成，通過導(dǎo)線將這些太陽能電池連接。在每個組件上，太陽能電池的個數(shù)為36個，也就是說一個太陽能組件的電壓可以達(dá)到16到17V左右。太陽能電池的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等決定了它的可靠性能力。由此引申出的要求是它的密封性要好。太陽能電池的前面是玻璃板，背面是由合金薄片組成。合金薄片主要是用來防潮和中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書11防污。太陽能電池被一些聚合物包圍，在這種類型的太陽能電池組件中，電池和外部的接線盒用導(dǎo)線連接。太陽能組件的主要輸出特性是它的電流電壓特性，也就是特性曲線，如圖32所示。電流電壓特性曲線顯示了在一定光照下太陽能電池組件傳送的電流IM與電壓VM的關(guān)系。若太陽能電池組件電路短路，則短路時得到的電流叫做短路電流ISC；若電路開路，則開路時得到的電壓叫做太陽能電池的開路電壓VOC。太陽能電池組件的輸出功率則是PVI。I電流ISC短路電流IM最大工作電流V電壓VOC開路電壓VM最大工作電壓圖32太陽能電池的電流電壓特性曲線在太陽能電池組件的電壓逐漸上升的時候，組件的輸出功率也從零開始逐漸增加；在電壓到一個值得時候，輸出的功率將達(dá)到最大值，當(dāng)功率達(dá)到最大值得時候，繼續(xù)增大電壓，即繼續(xù)增大負(fù)載的阻值，功率將會逐漸下降，這時也就是說電壓達(dá)到開路電壓VOC。從中不難看出太陽能單吃組件的輸出特性表現(xiàn)為十分強(qiáng)烈的非線性，在組件的輸出功率達(dá)到最大點(diǎn)，稱為最大功率點(diǎn)；該點(diǎn)所對應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓VM（又稱為最大工作電壓）；該點(diǎn)所對應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流IM（又稱為最大工作電流）；該點(diǎn)的功率，稱為最大功率PM。在太陽能電池的溫度增加的時候，電壓也會逐漸減小，每升高1C電壓減少5MV左右。言外之意就是，如果每升高1C的太陽能電池溫度那么太陽能電池的最大功率VPMVMIMISCVOC中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書12將會減少04左右。所以保證太陽能電池組件的通風(fēng)散熱能力也是十分重要的，如果光照很強(qiáng)烈，但是散熱不好，很可能輸出的功率將會受到很大的影響。從上面的條件我們可以知道，太陽能電池組件的輸出功率受到了太陽輻照度、太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度的影響，因此太陽能電池組件的測量有自己的標(biāo)準(zhǔn)條件光譜輻照度1000W/M2大氣質(zhì)量系數(shù)AM15太陽電池溫度25在滿足以上條件的情況下太陽能電池組件所能產(chǎn)生的最大功率，就叫做是峰值功率。如果太陽能組件被許多其他物體遮擋住，比如鳥糞，樹蔭等遮住的時候，太陽能組件將會大量發(fā)熱，這種現(xiàn)象叫做光斑效應(yīng)。光斑效應(yīng)將會對太陽能電池產(chǎn)生很大的熱量，可能會燒壞太陽能電池組件。被遮住的部分很可能會吸收掉被光照的部分產(chǎn)生的能亮，從而產(chǎn)生大量的熱能燒壞電池組件。在太陽能組件反接一個旁通二極管，從而避免光斑的影響。32太陽能LED路燈控制器功能模塊概述321晶振電路單片機(jī)的引腳中有兩個叫做XTAL1和XTAL2的管腳，分別去接一個晶振和兩個電容，為單片機(jī)提供時鐘電路。時鐘電路見下圖圖33。一般情況下電容真的選擇范圍是3010PF在我的設(shè)計中我選擇的是22PF，晶振頻率選擇12MHZ。圖33晶振電路中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書13322復(fù)位電路復(fù)位操作是可以將單片機(jī)的許多設(shè)置初始化，對各特殊功能寄存器有各自的復(fù)位值。1、手動按鈕復(fù)位所謂手動復(fù)位就是我們在通過一個按鈕來控制單片機(jī)復(fù)位，通過手動來使RST引腳持續(xù)低電平從而達(dá)到復(fù)位的條件。2、上電自動復(fù)位上電自動復(fù)位就是在單片機(jī)加電后在加電的瞬間電容通過電阻充電，RST可出現(xiàn)正的脈沖從而得以復(fù)位。當(dāng)采用的晶振不同的時候復(fù)位的電容也要注意，要保證復(fù)位高電平的持續(xù)時間可以大于兩個機(jī)器周期，才能夠達(dá)到復(fù)位的目的，復(fù)位電路可以見下圖34。圖34復(fù)位電路33電壓采集模塊本文使用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片是ADC0808，與ADC0809相比，兩個芯片的控制方式和指令基本類似，引腳定義也基本類似，差別就是引腳的高低位的差別。芯片的引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖35。ADC0808的主要技術(shù)指標(biāo)有一下幾點(diǎn)1、ADC0808的分辨率是8位的2、ADC0808的轉(zhuǎn)換時間是由芯片的時鐘頻率來決定的中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書143、ADC0808有單一的電源是5V4、模擬的輸入電壓范圍有兩種情況，單極性時為05V，雙極性為5V,10V5、它具有可以控制的三態(tài)輸出緩存器6、啟動ADC0808轉(zhuǎn)換控制的是正脈沖，當(dāng)提供的啟動信號為上升沿的的時候所有的每部寄存器清零，當(dāng)是下降沿的時候，A/D轉(zhuǎn)換開始。圖35ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖ADC0808可以將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，8位并行輸出，輸入電壓設(shè)置時要考慮分辨率。本設(shè)計中的AD轉(zhuǎn)換需要測量的電壓是蓄電池的電壓和太陽能光伏電池的電壓來進(jìn)行太陽能光伏照明系統(tǒng)的控制。AD轉(zhuǎn)換電路見圖36。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書15圖36ADC0808電路模塊34LCD1602顯示模塊LCD1602是市面上使用非常廣泛的一個液晶顯示裝置，它的核心液晶芯片是HD44780液晶芯片，因此大多數(shù)的控制HD44780液晶芯片的方程都差不多能控制LCD1602。我們經(jīng)常見到的LCD01602有兩種，分別是14引腳的LCD1602和16引腳的LCD1602，其中在16引腳的LCD1602中會比14引腳的LCD1602多兩個引腳，這兩個引腳分別是背光電源線VCC15腳和地線GND16腳，它的控制原理和14引腳的一樣。具體接線圖見圖37中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書16圖37LCD1602模塊35白天黑夜不同工作狀態(tài)控制模塊控制方式見圖10，在白天的時候，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置會采集到太陽能電池組件的電壓來進(jìn)行參考，若電壓足夠大的話就代表這時的光照強(qiáng)度大，同時檢測太陽能的電壓是否大于蓄電池的電壓（為避免蓄電池給太陽能電池反沖電），這里運(yùn)用了LM393芯片，LM393是一個電壓比較器，設(shè)置參考值，檢測電壓比參考值大的時候輸出高電平，當(dāng)檢測電壓比參考值小的時候，輸出低電平。具體電路見圖38。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書17圖38白天黑夜不同工作狀態(tài)控制再利用輸出的高低兩種狀態(tài)的電平經(jīng)過NPN三極管設(shè)計的放大電路放大電流來驅(qū)動繼電器動作，從而控制白天黑夜兩種狀態(tài)。具體電路見圖39。圖39NPN三級管放大電路驅(qū)動繼電器中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書18狀態(tài)2VOC狀態(tài)1V12狀態(tài)3V0狀態(tài)充電器輸出電流充電器輸出電壓36UC3906智能充電模塊密封免維護(hù)鉛酸蓄電池由于具有密封好、無泄漏、無污染、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)近年來在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷涸谡５氖褂脳l件下免維護(hù)鉛酸蓄電池的浮充壽命可達(dá)10年以上。如果浮充電壓偏差5則使用壽命縮短1/2。由此可見，充電方式對免維護(hù)鉛酸蓄電池的壽命有很大的影響。有必要設(shè)計一種專用的智能充電器以保證蓄電池的使用壽命。UC3906芯片可構(gòu)成雙電平浮充充電器充電過程分為三個充電狀態(tài)，這三個充電狀態(tài)分別是1大電流恒流充電狀態(tài)2高電壓過充電狀態(tài)3低電壓恒壓浮充狀態(tài)充電過程從大電流恒流充電狀態(tài)開始在這種狀態(tài)下充電器輸出恒定的充電電流同時充電器連續(xù)監(jiān)控電池組的兩端電壓當(dāng)電池電壓達(dá)到轉(zhuǎn)換電壓時電池的電量已恢復(fù)到放出容量的70到90，充電器轉(zhuǎn)入過充電狀態(tài)。在此狀態(tài)下充電器輸出電壓升高到VOC,由于充電器輸出電壓保持恒定不變,所以充電電流連續(xù)下降當(dāng)電流下降到IOCT時電池的容量已達(dá)到額定容量的100的時候充電器輸出電壓下降到較低的浮充電壓VF。具體電流電壓各個狀態(tài)的情況見下圖310圖310雙電平浮充充電狀態(tài)曲線中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書19根據(jù)前面介紹的芯片的工作原理設(shè)計出了12V位額定電壓的鉛酸蓄電池,充電器的輸出電壓，電流和各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換電壓由電阻R1，R3，R4,R6,R7決定。當(dāng)溫度為25攝氏度的時候，32REFV過充電壓,15174643RVREFOC浮充電壓,643REFF最大充電電流。MARI1025MAX電路圖見下圖311圖311充電芯片電路圖37穩(wěn)壓模塊利用7805將12V的蓄電池電壓轉(zhuǎn)換成5V的電壓來給太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和外圍電路供電。見圖312。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書20圖312穩(wěn)壓模塊中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書21Y4系統(tǒng)程序的設(shè)計本設(shè)計采用的是C語言的編程方式，根據(jù)設(shè)計要求編寫程序，并在KEILUVISION4軟件中進(jìn)行程序編寫的調(diào)試，確定編寫上沒有錯誤后，利用ISIS7PROFESSIONAL配合所設(shè)計的硬件電路進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試。C語言編寫的程序有許多優(yōu)越性（1）不懂得單片機(jī)的指令集，也能夠編寫完美的單片機(jī)程序；（2）無須懂得單片機(jī)的具體硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際的專業(yè)水平的程序；（3）C語言對數(shù)據(jù)進(jìn)行了許多專業(yè)處理，避免了運(yùn)行中間異步的破壞等。41主程序流程圖主程序流程圖見圖41圖41主程序流程圖開始是否是白天AD模塊采集蓄電池電壓打開LED燈LCD顯示蓄電池電壓太陽能電池給蓄電池充電N中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書2242其它子程序設(shè)計421AD轉(zhuǎn)換模塊AD轉(zhuǎn)換采用了ADC0808的控制，將電信號轉(zhuǎn)換成八位的數(shù)字信號，通過P1口輸入單片機(jī)。對ADC0808的軟件控制可以分為四步1、初始化定時計數(shù)器，讓他產(chǎn)生一個CLK；2、設(shè)置采樣通道；3、寫A/D的時序；4、讀出ADC轉(zhuǎn)換數(shù)字量。422LCD液晶屏的控制將AD模塊轉(zhuǎn)換來的電壓通過一系列處理，在液晶屏幕上顯示出來。LCD1602控制的方式有一下控制1寫操作（寫指令（RS0），寫數(shù)據(jù)（RS1）11寫指令函數(shù)WRITECOMMAND（UCHARCOM）；12寫數(shù)據(jù)函數(shù)WRITEDATAUCHARDATA）；2初始化液晶21歸為WRITECOMMAND（0X02）；21設(shè)置輸入方式WRITECOMMAND（0X06）；22控制顯示開關(guān)WRITECOMMAND（0X00）；23功能設(shè)置WRITECOMMAND（0X38）；24清屏WRITECOMMAND（0X01）；3寫顯示的數(shù)據(jù)WRITECOMMAND（0X08）；WRITEDATAUCHARDATA）。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計說明書235