微電子專業(yè)畢業(yè)論文

1、微電子專業(yè)畢業(yè)論文 常州信息職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文）報告系 別： 電子與電氣工程學院 專 業(yè)： 微電子技術 班 號： 微電092 學 生 姓 名： 孫 靜 學 生 學 號： 0906093211 設計（論文）題目： 太陽能路燈控制器設計 指 導 教 師： 余 建 企業(yè)指導老師： 居 良 設 計 地 點： 無錫華潤上華 起 迄 日 期： 2011.9.12011.11.10 畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè) 微電子技術 班級 微電092 姓名 孫靜 一、課題名稱： 太陽能路燈控制器設計 二、主要技術指標：1、太陽能電池板的峰值電壓：17V左右，這是以環(huán)境溫度為25時的標準設置的；2、各種太陽能

2、電池的效率；3、太陽能電池單體工作電壓：0.45-0.50V，電池組的功率可打到幾瓦到幾百瓦；4、太陽能電池充電開始與停止時的電流值：0.24A、0.25A；5、充放電控制器欠壓保護：10.8-14.7V，低壓保護：12-14.7V（均可調(diào)）；6、充放電控制器的充電過流保護：15A，放電過流保護：11.5A；7、鋰蓄電池溫度補償?shù)姆秶?-3-7Mv/k,方案設計取中間值-5Mv/k；8、使用不同散熱器時電流的工作范圍：3A-10A；9、照明時根據(jù)蓄電池電壓LED顯示的顏色。 三、工作內(nèi)容和要求：1、太陽能的發(fā)展歷程以及路燈控制器的發(fā)展狀況；2、太陽能路燈控制器的工作原理及特性；3、鋰蓄電池的充

3、放電特性；4、鋰蓄電池電流電壓的檢測；5、分析各種環(huán)境因素對太陽能路燈的影響，討論散熱的重要性研究的散熱途徑。分析照明系統(tǒng)最后對全文的工作進行總結M北京工業(yè)大學出版社2006,90-101. 4 張艷紅等一種新型光伏發(fā)電充放電控制器可再生能源，2006,523-38. 5 馮垛生等太陽能發(fā)電原理與應用M人民郵電出版社，2007,101-111. 6 何朝陽，戴君，吳立琴基于STcl2C54lOAD的太陽能路燈控制器設計.電子設計工程報，2007 3 ：2730 學 生（簽名） 年 月 日指 導 教師（簽名） 年 月 日教研室主任（簽名） 年 月 日系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設計（論文）

4、開題報告設計（論文）題目太陽能路燈控制器設計選題的背景和意義：目前在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電源控制器是整個系統(tǒng)的核心組成部分，負責對儲能設備的充電和對負載的放電任務。日本、德國、美國等發(fā)達國家外對于獨立光伏系統(tǒng)電源控制器的研究主要側重在以下三個方面：提高太陽能電池的輸出功率、完善蓄電池充電策略和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過研究不同的電路拓撲結構和先進的控制算法，在太陽光強度、太陽能電池溫度以及負載改變的情況下，盡可能使太陽能電池時刻保持最大輸出功率狀態(tài)，即實現(xiàn)最大功率點跟蹤 MPPT 。蓄電池充電策略直接影響到蓄電池的壽命，研究智能化的充電方法，提高蓄電池的充電接受率，減少充電時間，對于整個光伏系統(tǒng)的工

5、作狀況具有重要意義。獨立光伏系統(tǒng)的環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當前所有光伏電源控制器研究者最急需解決的問題之一。課題研究的主要內(nèi)容：1、太陽能的發(fā)展歷史；2、太陽能路燈控制器的結構與工作原理；3、太陽能電池的種類；4、太陽能路燈控制器的電路圖設計；5、介紹太陽能路燈照明的組成部分和工作原理；6、介紹太陽能路燈的應用領域。主要研究（設計）方法論述：首先定下這一課題，然后完成開題報告，給自己定下一個比較合理的時間進度。這是完成論文的保障。然后才著手完成整篇論文。多數(shù)資料都是從網(wǎng)上搜索到的內(nèi)容。將搜索到的內(nèi)容進行一個簡單的整合。在此之前先確立了一個大體框架結構，這樣所搜索到的內(nèi)容就可以很

6、方便的有步驟的嵌套進去。本文首先對太陽能發(fā)展進行論述，包括其產(chǎn)生、發(fā)展等等方面，這一方面介紹的比較簡略。然后又比較全面的對太陽能路燈控制器的工作原理及路燈照明系統(tǒng)的組成進行介紹和闡述。接下來是著重對太陽能路燈照明系統(tǒng)的設計和各種性能研究進行闡述，最后，完成對整個他太陽能路燈照明系統(tǒng)的設計。四、設計（論文）進度安排：時間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容2011.9.12011.9.5確定論文題目，收集相關資料，完成開題報告。2011.9.62011.9.20論文的整體構思，完成第一章到第三章的內(nèi)容撰寫。2011.9.212011.10.20完成中期檢查報告。2011.10.212011.10.31 完

7、成整篇論文的撰寫。2011.11.12011.11.10根據(jù)老師的指導對論文進行修改。五、指導教師意見：指導教師簽名： 年 月 日六、系部意見：系主任簽名： 年 月 日目 錄摘要Abstract第1章 前言.1第2章 太陽能的發(fā)展史及基礎.22.1太陽能的發(fā)展歷程.22.1.1國內(nèi)外技術現(xiàn)狀.32.1.2太陽能路燈控制器技術的現(xiàn)狀.32.2太陽能路燈的控制器的介紹.42.3太陽能路燈的工作原理及特性.62.4本章小結.6第3章 方案的選擇及單元電路的設計.73.1方案的選擇及方框圖.73.1.1方案的選擇.73.1.2方框圖.73.2部分單元電路的組成及工作原理.83.2.1太陽能電池介紹.8

8、3.2.2鋰蓄電池的充放電特性.93.2.3鋰蓄電池溫宿補償.103.2.4控制器充放電路.103.2.5MOS驅動電路.123.2.6顯示電路.123.3本章小結.13第4章 鋰蓄電池電流電壓的檢測.144.1鋰蓄電池電壓的檢測.144.2鋰蓄電池電流的檢測.144.3本章小結.16第5章 整機電路及其工作原理.175.1整機電路原理圖.17 5.1.1充電部分控制.17 5.1.2放電照明部分控制.185.2整機工作原理.185.3本章小結.19第章.206.1設計思路.206.2系統(tǒng)主程序流程.206.3初始化子程序.216.4A/D轉換器子程序.216.5顯示子程序.226.6本章小結

9、.22第7章 結論23答謝詞參考文獻摘 要為了提高太陽能光伏控制器的性價比，設計了運用單片機的太陽能光伏控制器。本控制器具有效率高、可靠性高、運行穩(wěn)定、性價比高、適宜批量生產(chǎn)的特點?？刂破鲗崿F(xiàn)了基于單片機80C51的工作狀態(tài)控制和蓄電池能量管理，滿足了太陽能光伏控制器在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行與準確切換的要求。蓄電池充放電精確控制也在此控制器中得到實現(xiàn)。實驗結果表明，應用此控制器的太陽能光伏系統(tǒng)效率高、運行穩(wěn)定，蓄電池壽命也可延長。關鍵詞AbstractIn order to improve the costeffective a solar photovohaic controller，is

10、 designed with the MCUThe controller has high efficiency，great reliability and stable operation，cost effective，and suitable for the characteristicsof mass productionThe controller realizes status control and storage battery energy managementbased on 80C51The photovohaic solar power controllers meet

11、the stability of the operation and theaccurate switching requirements at different statesPrecise control of battery charging and discharging are also achieved in the controllerThe experimental results show that the controller has high efficiency and stabilityand the battery life is also extendedKeyw

12、ords：Solar energy；Controller；charge and discharge；lithium ion battery Li+ 第1章 前言能源是經(jīng)濟、社會發(fā)展和提高人民生活水平的重要物質基礎，能源問題是一個國家至關重要的問題。隨著科學技術和全球經(jīng)濟地飛速發(fā)展，對能源的需求也在日趨增長。自20世紀70年代的世界石油危機以來，人們才真正意識到，化石燃料的儲量是有限的，能源危機迫在眉睫。從全球來看，已探明的可支配的傳統(tǒng)能源儲量在不久的將來即將耗盡，能源問題的突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開發(fā)利用對生態(tài)環(huán)境的污染破壞：大氣中的顆粒物和二氧化硫濃度增高，局

13、部地區(qū)形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳帶來的溫室效應，使全球氣候變暖，自然災害頻繁。常規(guī)能源在給人類社會帶來飛速發(fā)展的同時，也在很大程度上使人類社會面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)。這些問題最終將迫使人們改變能源結構，依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此呢，現(xiàn)在人們對核能以及太陽能、風能、地熱能、水力能、生物能等可再生能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。其中，太陽能作為一種新型的綠色可再生能源，與其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太陽能利用光熱發(fā)電和光伏發(fā)電利用這兩種主要形式。我國低溫光熱利用已經(jīng)具有可觀的規(guī)模，相關技術研究也比較成熟

14、。光伏利用近期在世界范圍內(nèi)高速發(fā)展，所謂“光伏發(fā)電”是直接將太陽光轉換為電能的一種發(fā)電形式。本文我主要對現(xiàn)在比較普及隨處可見的太陽能路燈進行更深一層次的研究。太陽能路燈以太陽為光源，白天充電，晚上使用，無需鋪設復雜、昂貴的管線，可以任意調(diào)整燈具的布局，安全節(jié)能無污染，充放電及開關過程采用光控自動控制，無需人工操作，工作穩(wěn)定可靠節(jié)省電費，免維護。目前太陽能路燈的實用性已充分得到人們的認可。本文介紹的是基于單片機的太陽能路燈控制器的設計，對12V和24V蓄電池可以自動識別，能實現(xiàn)對蓄電池的科學管理，能指示蓄電池過壓、欠壓等運行狀態(tài)，具有兩路負載輸出，每路負載額定電流可以達到5A，兩路負載可以隨意設

15、置為同時點亮，分時點亮，單獨定時等工作模式，同時對負載的過流、短路具有保護功能，具有較高的自動化和智能化程度。第2章 太陽能的發(fā)展史及基礎2.1 太陽能的發(fā)展歷程從1958年中國開始研制第一片晶體硅光伏電池以來，到現(xiàn)在已走過半個多世紀。光伏專家上海交通大學太陽能研究所所長崔容強指出：“中國的太陽能電池也經(jīng)歷了從無到有、從空間到地面、由軍到民、由小到大、由單品種到多品種以及光電轉換效率由低到高的艱難而輝煌的歷程。”據(jù)統(tǒng)計，從2002年至今，中國太陽能電池產(chǎn)量猛增了77倍。2008年，我國太陽能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的三分之一，連續(xù)兩年成為世界第一大太陽能電池生產(chǎn)國。1839年法國物理學家貝克勒爾

16、首次發(fā)現(xiàn)光伏效應；1954年美國貝爾實驗室制成第一個單晶硅太陽能電池；1983年美國在加州建立了當時世界上最大的太陽能電廠人類從來未曾停止過追逐太陽的步伐。1969年研制完成硅太陽能電池組。1958，我國研制出了首塊硅單晶。中科院院士、中科院半導體研究所研究員王占國說：“美國1957年左右拉出了首塊硅單晶，我國1958年也研制出了首塊硅單晶，隨后，中科院物理新成立的半導體研究室正式開始研發(fā)太陽能電池?！弊畛?，研發(fā)出的電池主要用于空間領域。從1958年到1965年間，半導體所研制出的PN結電池效率突飛猛進，1020mm電池效率穩(wěn)定在15%，同國際水平相差不大。1968年至1969年底，半導體所承

17、擔了為“實踐1號衛(wèi)星”研制和生產(chǎn)硅太陽能電池板的任務。在研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，P+/N硅單片太陽電池在空間中運行時會遭遇電子輻射，造成電池衰減，使電池無法長時間在空間運行。于是，包括王占國在內(nèi)的6人小組開始進行人造衛(wèi)星用硅太陽電池輻照效應研究，實驗過程中，由于技術不成熟、設備落后，致使王占國的右手嚴重電子灼傷，從此他一直飽受痛苦，直到1978年夏天進行植皮手術才有所緩解。記者注意到，王占國院士右手手背上有一些黑色的褶皺，這正是老一輩科學家殫精竭慮獻身科學的印記。1975年寧波、開封先后成立太陽電池廠，電池制造工藝模仿早期生產(chǎn)空間電池的工藝，太陽能電池的應用開始從空間降落到地面。上世紀80年代開

18、始，我國太陽能電池開始進入萌芽期，研發(fā)工作在各地次第展開，但進展緩慢。崔容強介紹說，1986年國家計委在農(nóng)村能源“19861990年第七個五年計劃”中列出了太陽電池專題，全國有6所大學和6個研究所開始進行晶體硅電池等的研究。20世紀80年代末期，國內(nèi)先后引進了多條太陽能電池生產(chǎn)線，包括云南半導體廠從加拿大引進的1MW（兆瓦）生產(chǎn)線等，使中國太陽能電池的生產(chǎn)能力由原來的幾百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右?！?0年代中末期為我國太陽電池穩(wěn)步發(fā)展期，經(jīng)過引進、消化、吸收和再創(chuàng)新，太陽電池生產(chǎn)技術和工藝得到穩(wěn)定發(fā)展和提高，生產(chǎn)量穩(wěn)步增長，基本滿足

19、了國內(nèi)市場的需要并有極少量的出口?！贝奕輳娬f。1998年，我國政府開始關注太陽能發(fā)電，擬建第一套3MW多晶硅電池及應用系統(tǒng)示范項目，這個消息讓現(xiàn)在的天威英利新能源有限公司的董事長苗連生看到了一線曙光?？墒?，當時太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景尚不明朗，加之受政策因素制約，令不少人對這一新能源項目望而卻步。在合作伙伴退出的情況下，苗連生毅然逆勢而上，爭取到了這個項目的批復，成為中國太陽能產(chǎn)業(yè)第一個“吃螃蟹”的人。2001年，無錫尚德建立10MWp（兆瓦）太陽電池生產(chǎn)線獲得成功，2002年9月，尚德第一條10MW太陽電池生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，產(chǎn)能相當于此前四年全國太陽電池產(chǎn)量的總和，一舉將我國與國際光伏產(chǎn)業(yè)的差距縮短

20、了15年。2005年12月14日，無錫尚德太陽能電力公司在紐約證券交易所上市，尚德的橫空出世及超常規(guī)發(fā)展帶來的“首富效應”啟動了中國太陽能產(chǎn)業(yè)的加速器，國內(nèi)太陽能電池的生產(chǎn)和研發(fā)也駛入了快車道。據(jù)悉，2009年5月份，天津津能投資公司與美國聯(lián)合太陽能公司簽署了合同共同投資建設年產(chǎn)25兆瓦柔性非晶硅薄膜太陽能電池項目。展望太陽能電池的未來，王占國院士說：“薄膜化、高轉換效率、原材料豐富、無毒性和低成本是理想的第三代太陽能光伏電池，這是人們追求的最高目標?！?.1.1國內(nèi)外技術發(fā)展現(xiàn)狀太陽能是用之不盡的清潔能源，當今世界各國特別是發(fā)達國家對光伏發(fā)電特別重視。2008年世界太陽能光伏發(fā)電裝機總容量達

21、到56Gw。目前，太陽能光伏發(fā)電主要集中在日本、歐盟和美國，其太陽能光伏發(fā)電量約占世界光伏發(fā)電量的80。今后太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要圍繞高效率、低成本、長壽命、美觀實用等方向發(fā)展。專家們預測到2050年，太陽能光伏發(fā)電在發(fā)電總量中將占13-15，到2100年將約占64。我國光伏組件生產(chǎn)能力逐年增強，裝機容量逐年增加，2007年累計容量達100MW。2005-2010年，我國的太陽能電池主要用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2010年將約為120元 kw?h ；2010-2020年，太陽能光伏發(fā)電將會由獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)轉向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電成本到2020年將約為060元 kw?h 。到2020年，我

22、國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的技術水平有望達到世界先進行列。2.1.2太陽能路燈控制器技術的現(xiàn)狀光伏電源路燈控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制和管理的設備。在歐美、日本和美國，并網(wǎng)發(fā)電技術已經(jīng)相對完善，對于光伏電源控制的研究主要集中在改進逆變器的拓撲結構，優(yōu)化控制策略，孤島效應的檢測和解決、降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)工作效率等問題上。國內(nèi)具有代表性的光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器制造商有合肥陽光、北京日佳、北京自動化研究院、北京恒電、南京冠、北京計科等企業(yè)。中科院電工所、北京自動化研究院、北京索英、北京日佳、北京計科等企業(yè)開發(fā)出的并網(wǎng)逆變器都在實際工程中得到了應用，性能和效果良好。在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電源控制器是整個系統(tǒng)

23、的核心組成部分，負責對儲能設備的充電和對負載的放電任務。目前日本、德國、美國等發(fā)達國家外對于獨立光伏系統(tǒng)電源控制器的研究主要側重在以下三個方面：提高太陽能電池的輸出功率、完善蓄電池充電策略和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過研究不同的電路拓撲結構和先進的控制算法，在太陽光強度、太陽能電池溫度以及負載不變的情況下，盡可能使太陽能電池時刻保持最大輸出功率狀態(tài)，即實現(xiàn)最大功率點跟蹤 MPPT 。蓄電池充電策略直接影響到蓄電池的壽命，研究智能化的充電方法，提高蓄電池的充電接受率，減少充電時間，對于整個光伏系統(tǒng)的工作狀況具有重要意義。獨立光伏系統(tǒng)的環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當前所有光伏電源控制器研究者最

24、急需解決的問題之一。然而，現(xiàn)已研制出來的光伏電源控制器還存在許多急需解決的問題。實際上，在MPPT技術的使用和蓄電池充電策略的優(yōu)化之間存在矛盾沖突，能源利用效率較低，蓄電池充放電方式的不合理，對蓄電池的保護不夠充分，這些都是目前市場上電源控制器普遍存在的問題。為了對太陽能光伏資源進行全面的開發(fā)和利用，控制器的穩(wěn)定性和可靠性也有待進一步提高。2.2 太陽能路燈的控制器的介紹下面介紹幾種常見的太陽能路燈控制器和太陽能路燈，MPPT路燈控制器（圖2.1）、防水太陽能路燈控制器（圖2.2）、太陽能路燈雙路控制器（圖2.3）、太陽能路燈半功率控制器（圖2.4） 圖2.1 MPPT路燈控制器 圖2.2 防

25、水太陽能路燈控制器圖2.3 太陽能路燈雙路控制器 圖2.4 太陽能路燈半功率控制器如圖2.5是我們?nèi)粘Ｉ钪旭R路邊安裝的太陽能路燈，圖2.5本文設計了一種基于單片機的太陽能路燈控制器。采用PWM 脈沖調(diào)制控制保護技術。充放電控制器是太陽能路燈的核心部件，針對鋰蓄電池充電的特殊要求，本文巧妙地采用簡單電路檢測充放電電壓電流、軟件補償用于檢測的小電阻的溫度效應，省卻硬件補償?shù)馁M用，降低了成本。由單片機根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號，實現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定何效地運行。MPPT控制器MPPT控制器的全稱“最大功率點跟蹤”（imum Power Point Tracking

26、）太陽能控制器，是傳統(tǒng)太陽能充放電控制器的升級換代產(chǎn)品。所謂最大功率點跟蹤，即是指控制器能夠實時偵測太陽能板的發(fā)電電壓，并追蹤最高電壓電流值 VI ，使系統(tǒng)以最高的效率對蓄電池充電。下面我們用一種機械模擬對比的方式來向大家解釋MPPT太陽能控制器的基本原理。要想給蓄電池充電，太陽板的輸出電壓必須高于電池的當前電壓，如果太陽能板的電壓低于電池的電壓，那么輸出電流就會接近0。所以，為了安全起見，太陽能板在制造出廠時，太陽能板的峰值電壓（Vpp）大約在17V左右，這是以環(huán)境溫度為25C時的標準設定的。這樣設定的原因在于當天氣非常熱的時候，太陽能板的峰值電壓Vpp會降到15V左右，但是在寒冷的天氣里，

27、太陽能的峰值電壓Vpp可以達到18V!現(xiàn)在，我們再回頭來對比MPPT太陽能控制器和傳統(tǒng)太陽能控制器的區(qū)別。傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點手動檔的變速箱，當發(fā)動機的轉速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應提高的話，勢必會影響車速。但是對于傳統(tǒng)控制器來說，充電參數(shù)都是在出廠之前就設定好的，這就像車的檔位被固定設置在了1檔。那么不管你怎樣用力的踩油門，車的速度也是有限的。MPPT控制器就不同了，它是自動擋的。它會根據(jù)發(fā)動機的轉速自動調(diào)節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運行。就是說，MPPT控制器會實時跟蹤太陽能板中的最大的功率點，來發(fā)揮出太陽能板的最大功效。電壓越高，通過最大功率跟蹤，就可以輸出更多

28、的電量，從而提高充電效率。理論上講，使用MPPT控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高50%，但是據(jù)我們的實際測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高20%-30%。從這個意義上講，MPPT太陽能充放電控制器，勢必會最終取代傳統(tǒng)太陽能控制器太陽能電池組件一般選用單晶硅或者多晶硅太陽能電池組件；LED燈頭一般選用大功率LED光源；控制器一般放置在燈桿內(nèi)，具有光控、時控制、過充過放保護及反接保護，更高級的控制器更具備四季調(diào)整亮燈時間功能、半功率功能、智能充放電功能等；蓄電池一般放置于地下或則會有專門的蓄電池保溫箱，可采用閥控式鉛酸蓄電池、膠體蓄電池、鐵鋁蓄電池或者鋰電池等。太陽

29、能燈具全自動工作，不需要挖溝布線，但燈桿需要裝置在預埋件（混凝土底座）上。太陽能路燈可保障陰雨天氣15天以上，系統(tǒng)工作原理簡單，利用光生伏特效應原理制成的太陽能電池白天電池板接收太陽輻射能并轉化為電能輸出，經(jīng)過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚當照度逐漸降低至10lux左右、太陽能電池板開路電壓4.5V左右，充放電控制器偵測到這一電壓值后動作，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。 圖3.1 太陽能路燈充放電控制器的電路框圖單片機作為太陽能路燈控制系統(tǒng)的核心。太陽能控制器設計的好壞關系到整個系統(tǒng)能否正常運行?？刂破鞯暮诵氖?/p>

30、80C51。它是目前世界上片內(nèi)集成外圍模塊最多、功能最強的單片機品種之一，是高性能的8位單片機。它采用哈佛總線結構和RISC技術，指令執(zhí)行效率高、功耗極低、帶有FLASH程序存儲器，配置有5個端口33個雙向輸入輸出引腳，這些引腳大部分有第二、第三功能。內(nèi)嵌8個10位數(shù)字量精度的AD轉換器，配有2個可實現(xiàn)脈寬涮制波形輸出的CCP模塊?？刂破髦饕墓ぷ魇前滋鞂崿F(xiàn)太陽能電池板對蓄電池充電的控制。晚上實現(xiàn)蓄電池對負載放電的控制。太陽能是一種輻射能，具有即時性，必須即時轉換成其它形式能量才能利用和貯存。其中太陽能直接轉換為電能科學家利用這一轉換研制出了現(xiàn)在科學技術先進的太陽能電池。這里重點介紹光電直接轉

31、換器件-太陽能電池。世界上，1941年出現(xiàn)有關硅太陽電池報道，1954年研制成效率達6的單晶硅太陽電池，1958年太陽電池應用于衛(wèi)星供電。在70年代以前，由于太陽電池效率低，售價昂貴，主要應用在空間。70年代以后，對太陽電池材料、結構和工藝進行了廣泛研究，在提高效率和降低成本方面取得較大進展，地面應用規(guī)模逐漸擴大，但從大規(guī)模利用太陽能而言，與常規(guī)發(fā)電相比，成本仍然大高。目前，世界上太陽電池的實驗室效率最高水平為：單晶硅電池24（4cm2 ，多晶硅電池18.6（4cm2），InGaPGaAs雙結電池30.28（AM1），非晶硅電池145（初始）、128（穩(wěn)定），碲化鎘電池158，硅帶電池146，

32、二氧化鈦有機納米電池1096。我國于1958年開始太陽電池的研究，50多年來取得不少成果。目前，我國太陽電池的實驗室效率最高水平為：單晶硅電池204（2cm2cm），多晶硅電池145（2cm2cm）、12（10cm10cm），GaAs電池201（lcmcm），GaAsGe電池195（AM0），CulnSe電池9（lcm1cm），多晶硅薄膜電池136（lcm1cm，非活性硅襯底），非晶硅電池86（10cm10cm）、79（20cm20cm）、62（30cm30cm），二氧化鈦納米有機電池10（1cm1cm）。3.2 部分單元電路的組成及工作原理3.2.1太陽能電池介紹（1）太陽能電池的種類太陽能

33、光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉換成電能的。太陽能電池單體是用于光電轉換的最小單元。它的尺寸約4平方厘米到100平方厘米。太陽能電池單體工作電壓為0.45一0.50伏，一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串聯(lián)，并聯(lián)和封裝后，就成為太陽能電池組件。它的功率從幾瓦到幾百瓦，可以單獨作為電源使用。太陽能電池再經(jīng)過串聯(lián)，并聯(lián)并裝在支架上，就構成了大陽能電池方陣。它可以輸出幾百瓦，凡千瓦或更大的功率，是光伏電站的電能產(chǎn)生器。常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。目前世界上有三種己經(jīng)商品化的硅太陽能電池:單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。單晶硅太

34、陽電池是當前開發(fā)最快的一種太陽電池，它的結構和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999%。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應用的太陽電池等采用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。單晶硅太陽能電池的制造成本最高，但光電轉化效率也最高，最高的達到24%。目前多晶硅太陽電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多

35、，其光電轉換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽電池，但其材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。（2）太陽能電池的保護光伏系統(tǒng)在運行中要注意對太陽能電池組件 俗稱太陽能板 的保護。這種保護分為兩類機械化學方面的保護和電方面的保護。機械化學方面的保護是指在封裝及安裝太陽能板的時候要考慮其防腐，防風，防雹，防雨的能力電方面的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成與基本原理保護是指連接旁路二極管，連接防反充二極管等。在一定的條件下，一個串聯(lián)支路中被遮蔽的太陽能電池組件，將被當作負載消耗其它有光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量。被屏蔽的太陽能電池組件將發(fā)熱，這叫熱斑效應。為了防止太陽能電池組件

36、由于熱斑效應而受到破壞，需要在太陽能電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁路二極管。在太陽能板的保護中還用到一種防反充二極管，又稱阻塞二極管，其作用是避免由于太陽能板在陰雨天和夜間不發(fā)電時，或太陽能板出現(xiàn)短路故障時，蓄電池組通過太陽能板放電。防反充二極管串聯(lián)在太陽能板中起單向導電作用。大型系統(tǒng)中還要防雷。3.2.2鋰蓄電池的充放電特性路燈蓄電池選用鋰離子電池。鋰電池具有重量輕容量大無記憶效應等優(yōu)點，因而得到普遍應用。鋰電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5-2倍，而且具有很低的自放電率。此外，鋰電池似乎沒有記憶效應以及不含有毒物質等優(yōu)點。但是對于鋰電池的充電過程，要求是比較嚴格的。影響蓄

37、電池壽命的因素有:放電深度，過充電程度等。在光伏系統(tǒng)中蓄電池的放電深度不是恒定的，它隨天氣狀況和季節(jié)而變。在天氣晴朗的夏日，蓄電池放電深度小;在天氣陰沉的冬日，蓄電池放電深度大。過充電程度也隨季節(jié)天氣變化，在冬季，蓄電池可能從沒充滿過，在夏天，蓄電池可能經(jīng)常是滿的。為了延長蓄電池的壽命，必須合理的控制蓄電池的放電與充電。當蓄電池放電到一定程度時，應停止放電，防止過放電減少蓄電池壽命；當蓄電池充電到一定程度時要停止充電和減小充電電流，防止不合理的過充電對蓄電池造成損害。鋰蓄電池的充電曲線如圖3.2所示： 圖3.2 鋰蓄電池的充電曲線鋰蓄電池的充電過程：（1）如果開始充電時，電池電量很低，那么必須

38、用小電流（大概0.24A）開始充電，即涓流充電。如果電壓高于13V就不必進行這個步驟。（2）當電池電壓大于13V可以開始大電流充電，恒流充電。隨著充電的進行，電池電壓逐漸升高。（3）當電池電壓達到或接近充滿電壓（如16.8V左右）時，則要開始轉入恒壓充電：當電流減少到大概0.25A左右，則停止充電。3.2.3鋰蓄電池溫宿補償鋰蓄電池的容量是隨溫度的變化而變化的；溫度升高，蓄電池的容量將增大；溫度低，蓄電池的容量將減小。如果充電電流維持不變，相應的充電倍率將不變，不同的充電倍率對應不同的過充點，因此，要采用溫度補償隊蓄電池進行保護。單片機80C51通過采樣溫度參數(shù)，實時檢測當前溫度，進行溫度補償

39、。溫度補償使用NTC熱敏電阻。根據(jù)國家標準，溫度補償?shù)姆秶鸀?37Mv/K,方案設計取中間值-5Mv/k。3.2.4控制器充放電電路充放電控制器有很多種功能，其中主要表現(xiàn)在以下方面：一：欠壓保護：蓄電池電壓低于欠壓保護值時，控制器關閉兩路負載，停止供電，如果繼續(xù)放電，易造成蓄電池因為過放而損壞，所以欠壓保護值國家強制標準為10.8V，這里規(guī)定欠壓保護 參數(shù)為10.8V-14.7V（可調(diào)）。二：安全的雷電保護：通過TVS防雷管進行防雷，保證相關組件的安全，這是目前比較先進的技術。三：負載的短路保護、負載過流保護、蓄電池極性反接保護：摒棄常用的單獨用保險絲進行保護，現(xiàn)已改成通過軟件快速感應率先保護

40、，更好的保護了相關器件不被損毀，省略了故障時人工換保險絲的麻煩。四：反向放電保護：通過兩路場管控制蓄電池對電池板反向放電，防止蓄電池容量損耗，保護更完善。這里規(guī)定放電過流保 護值為11.5A。五：控制器對蓄電池的溫度補償：蓄電池有負溫度特性，在常溫下（25），每增加1， 12V蓄電池電壓降低0.014-0.018V左右，此款控制器將給予電壓補償，既保證蓄電池在恒壓環(huán)境工作，延長其使用壽命；又保證其不會受夏日高溫環(huán)境影響而導致使用時經(jīng)常欠壓斷電。六：低壓節(jié)能保護：蓄電池電壓低于12V時，表示所存電量已不足，此時控制器燈關閉，保留燈，確保照明時間有效延長。七：充電涓流保護：1V，然后進入涓流充電狀

41、態(tài)，保證了蓄電池可以穩(wěn)定于飽滿狀態(tài)，同時又避免了失水或失控，類似于對蓄電池進行循環(huán)充，不僅高效的保護了蓄電池，還提升了蓄電池的充電次數(shù)，使用壽命更長。這里規(guī)定充電過流保護值為15A。八：負載啟動瞬間大電流保護：低壓鈉燈、無極燈等負載啟動時瞬間電流將達到正常電流的3-5倍左右，通過相關保護設置，控制器及相關組件使用壽命更加延長。：靈活的調(diào)功設定：可以通過調(diào)功功能對兩路LED燈或其中任意一路LED燈進行靈活的功率調(diào)節(jié)，減少能耗。即使使用無極燈、低壓鈉燈、金鹵燈，也可以采用夜間行人稀少時段定時關閉一路路燈，實現(xiàn)最大限度的節(jié)電。十：LED恒流源改造功能：可以LED燈的參數(shù)，將控制器恒流輸出，減少了因為

42、恒流源環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的故障圖3.3 控制器充放電電路圖單片機控制充放電驅動Q1和Q2：（1）當蓄電池電壓處于正常情況下，單片機控制的充電驅動MOS管Q1（IRFZ44）為高電平截止，三極管Q3導通，PWM占空比為零，此時太陽能電板想蓄電池恒流充電；當蓄電池電壓達到13.6V時，單片機控制充電驅動Q1為高電平時，Q3導通，Q1截止，通過控制占空比，使Q1實現(xiàn)通斷控制，此時處于恒壓浮充狀態(tài)；當電流下降到某值時，進行恒流充電；但蓄電池電壓達到設定的過充點14.4V時，再進行恒壓涓流充電；涓流小到某一值，單片機控制的充電驅動Q1進行短路保護；當蓄電池電壓下降到某設定值時，Q3重新導通，Q1截止，恢復為正

43、常充電狀態(tài)。（2）當蓄電池電壓處于正常情況下，單片機控制的放電驅動MOS管Q2（IRFZ44）為低電平，三極管Q4截止，Q2導通，此時負載輸出正常；當蓄電池電壓低于設定的過放點時，單片機控制的放電驅動Q2為高電平，Q4導通，Q2截止，此時負載無輸出；當蓄電池電壓達到12.6V時，單片機控制的放電驅動T2為低電平，Q4截止，MOS管Q2導通，此時恢復對負載供電。3.2.5MOS驅動電路開關管的選擇考慮到太陽能電池的功率和負載的功率不一致，可用不同的MOS管做充放電的開關管，用小功率的MOS管要考慮溫度因素，必要的話必須加散熱器。為了提高可靠性，降低成本，經(jīng)大量的試驗和分析比較，表明在3A電流工作

44、范圍內(nèi)，可選用IRFZ44，IRF540，IRF530，50N60等，基本不需加散熱器；5A電流工作范圍內(nèi)，須加小散熱器；8A電流工作范圍內(nèi)，2807，3205，150，064等要加小散熱器，帶載能力較強，價格高；其他MOS管要加大散熱器，10A以上都應該加大散熱器。在元件選用上，應根據(jù)具體情況加以選擇。本設計采用IRFZ44驅動信號由單片機發(fā)出，為TTL電平，不能直接驅動MOS管，用三極管進行電平轉換。電路圖如下圖3.4所示：圖3.4 MOS驅動電路圖圖中Vd為蓄電池正極電壓，R1為三極管基極限流電阻。R2為集電極電阻。DW為18V穩(wěn)壓二極管，它與R3一起限制控制信號的電壓G 18V。輸出信

45、號與G端信號反相。當單片機輸出“1”時，G端為0V時，G端電壓為Vd。3.2.6顯示電路目前，多數(shù)太陽能燈選用LED作為光源，LED壽命長，可以達到100000小時以上，而且工作電壓低，非常適合應用在太陽能路燈系統(tǒng)上。特別是LED技術已經(jīng)實現(xiàn)了其關鍵性的突破，其特性在過去的幾年中有了很大地提高，性能價格比也有較大地突破。其優(yōu)點如下：1、節(jié)能：LED發(fā)光顏色更接近于自然光，與高壓鈉燈相比，人眼感到同樣亮度時所需的光強就低許多，例如，在道路照明中采用98瓦的LED路燈，其照明效果就相當于250瓦的高壓鈉燈。2、長壽：由于大功率LED路燈是由很多LED光源組成，即使個別損壞了也不會對正常照明產(chǎn)生太大

46、影響，不像高壓鈉燈損壞時全燈熄滅，因此大功率LED路燈的可靠性比高壓鈉燈的可靠性提高了許多倍，大功率LED路燈壽命長達5萬小時是高壓鈉燈的十幾倍，戶外使用壽命長達10年以上。3、顯色性好：大功率LED路燈顯色性大大高于高壓鈉燈，高壓鈉燈以金屬鈉蒸汽為發(fā)光源，光線呈單一偏黃，與陽光相差甚遠，而LED路燈發(fā)出的是白色光，色彩更真實，也不存在危害性的紫外光線和紅外光線，不吸引昆蟲。5、無頻閃：大功率LED路燈采用直流供電，加上光電獨有的恒流裝置，使大功率LED路燈發(fā)光恒定，徹底無閃爍。6、快速響應：高壓鈉燈等高強度氣體放電燈有延遲效應，要在點燃15分鐘后才能達到其90-100光通量，而大功率LED路

47、燈通電即達到正常亮度，無開燈延時現(xiàn)象。便于實行智能控制，更加節(jié)能。7、安全：LED照明是一種固態(tài)照明，可以有效防震、防爆，對于類似震動比較大的高速公路和對安全性要求更高的隧道和礦井等尤其適用。8、優(yōu)良的散熱性能：低熱阻的結構設計與良好的散熱設計，保證了LED的PN結結溫不會超過75，從而保證了LED的發(fā)光效率及工作壽命。此控制器采用兩個雙色LED發(fā)光二極管，LED1顯示充電狀態(tài)，LED2顯示放電狀態(tài)。 1 充電時蓄電池電壓高于13.0V時，LED1顯示紅色；當蓄電池電壓在13.0-13.6V之間時，LED2顯示橙色；當蓄電池電壓高于14.4V時，LED1顯示綠色。 2 放電時當蓄電池電壓高于1

48、1.1V時，LED2顯示紅色；當蓄電池電壓在12.2-12.6V之間時，LED2顯示橙色；當蓄電池電壓高于12.6V時，LED2顯示綠色。兩個雙色LED發(fā)光二極管顯示非常直觀，取代了以往多個指示燈。33 本章小結本章主要是介紹課題的方案選擇，在確定課題方案后，仔細分析方案，整理出方案的方框圖。并重點分析介紹系統(tǒng)中的每個重點模塊。對單元電路中起主導作用的太陽能電池（鋰蓄電池）的種類、功能及特性作了詳細介紹，其次分別對各個單元電路包括控制器充放電電路、MOS驅動電路、顯示電路進行更深一步的探究。第4章 鋰蓄電池電流電壓的檢測4.1 鋰蓄電池電壓的檢測80C51單片機帶有4路8位AD轉換器，轉換器的

49、輸入電壓范圍為：05V，轉換后相應的數(shù)字量范圍：0255。將蓄電池電壓Vd的最高值定于255V，利用電阻分壓的方式將其轉換為05V。電路如圖4.1圖4.1 鋰蓄電池電壓檢測電路Vi R2/ R1+R2 Vd，取R2 20K，R1 82K，代入數(shù)值則由Vi 10/51Vd故蓄電池電壓：Vd 0-255V；相應模擬電壓：V i 0-5.OV；相應的數(shù)字量：D 0-255。當計算機采樣值為X時，計算蓄電池電壓公式為：Vx X/10V。AD轉換數(shù)字波動范圍為1LSB。故電壓測量波動范圍01V。4.2 鋰蓄電池電流的檢測檢測比較大的直流的方法不多，本設計采用一個小電阻R 0.05歐姆 來檢測電流，小電阻

50、兩端的電壓通過運放放大，經(jīng)A/D轉換后輸入單片機中，測得電壓后除以放大倍數(shù)得到實際電壓，再根據(jù)歐姆定律U I/R計算出電流I的大小。用一個小電阻來檢測電流存在的問題是：小電阻的阻值會發(fā)生變化。實際上絕對線性的電阻是不存在的。例如，絕大多數(shù)金屬導體的電阻都隨溫度的升高而升高，當電流通過導體時，將電能轉化為熱能，使金屬的導體的溫度升高，阻值就不是常數(shù)，而是隨著電流或電壓變化。本系統(tǒng)中檢測出來的充電電流跟實際的充電電流不一樣，但存在一個規(guī)律是：電流越大檢測出來的充電電流跟實際電流的偏差就越大，它們成線性的關系。這是由于小電阻阻值隨溫度變化造成的。表4.2是實驗采集的單片機測得電流和實際電流的一些數(shù)據(jù)

51、。表4.2 測得電流和實際電流的比較實際電流測得電流實際電流測得電流實際電流測得電流0.090.040.300.340.460.580.100.060.310.360.470.600.110.060.320.380.480.620.130.080.330.380.490.620.170.160.340.400.500.640.180.160.350.420.510.640.190.180.360.420.520.660.210.200.370.440.530.660.220.220.380.460.540.700.230.240.390.480.550.700.240.260.400.580.

52、560.720.250.260.410.500.570.740.260.280.420.520.580.760.270.300.430.540.590.780.280.320.440.560.600.78這兩組數(shù)據(jù)存在線性的關系，首先利用函數(shù)關系式對第一列的數(shù)據(jù)進行處理，首先求出它的關系式，假設關系式為：y1 a 1 ?x+a 2 ；求出系數(shù)a 1 0.0100和a 2 0.2100所以這組數(shù)據(jù)可以用關系式：y1 0.01x+0.21來表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的曲線如圖4.2。圖4.2 數(shù)據(jù)和線性擬合后的曲線對第二列的數(shù)據(jù)進行處理，首先求出它的關系式，也假設關系式為：y2 a 1 ?x+a 2 ；求出系數(shù)a 1 0.0147和a 2 0.2109所以這組數(shù)據(jù)可以用關系式y(tǒng)2 0.0147?x+0.2109來表示。采集的數(shù)據(jù)和線性擬合后的曲線如圖4.3。 圖4.3 單片機檢測出的電流數(shù)據(jù)采集和線性擬合結合關系式y(tǒng)1和y2便可得到兩列數(shù)據(jù)的關系式y(tǒng)1 0.680272?（y2-0.2109）+0.21，其中y1表示實際的電流，y2表示單片機檢測出來的電流，單片機檢測出來的電流y2通過上式的轉換后變成y1,便是實際的電流。4.3本章小結本章主要介紹的鋰蓄電池電力電壓檢測的指標的各種方法，在檢測蓄電池電壓的檢測用到80C51單片機的8位AD轉換器。在電流的檢測時用到小電阻補償?shù)姆椒?/p>