太陽能照明系統(tǒng)

太陽能照明系統(tǒng)第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六緒論當前,太陽能的利用主要包括光—熱、光—電轉換兩方面的內容。太陽能照明系統(tǒng)是利用太陽能組件的光生伏特效應,將光能轉換為電能,并儲存在蓄電池中供負載使用,它是集太陽能光伏技術、蓄電池技術、照明光源技術和燈具設計技術于一體的新興技術。第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六本次設計的主要內容

研究裝備led燈具的太陽能照明系統(tǒng),主要完成由單片機組成的控制電路第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六太陽能照明系統(tǒng)的硬件設計1、系統(tǒng)的總體設計方案2、電壓采集電路3、充電控制電路4、放電控制電路5、A/D轉換濾波電路6、接口電路第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六1、系統(tǒng)的總體設計方案

在太陽能照明系統(tǒng)中控制器是系統(tǒng)的控制部分,在整個系統(tǒng)中占據著重要的位置。它對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行參數采集和監(jiān)控,控制整個系統(tǒng)充放電回路的狀態(tài),保證供電系統(tǒng)能可靠的運行,配以輸入輸出、顯示控制等外圍電路,組成一個實用控制系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如下圖所示：太陽能電池蓄電池

照明燈具控制器第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六我們采用單片機作為控制器的主控芯片，選用相應的外圍芯片設計了太陽能路燈充放電控制器。其結構框圖如圖所示:

微處理器電源復位模塊

電壓采集模塊充電控制模塊放電控制模塊第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六2、電壓采集電路電壓測量電路采用電阻和運放組成。LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六由LM324組成的電壓采集電路：輸出電壓為：由于AVR單片機的供電電壓一般為2.7~5.5V，而蓄電池和太陽能電池的電壓值遠大于這個范圍，所以必須通過前級的放大器，將輸入電壓值放大到最大值不超過這個電壓范圍之內。第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六3、充電控制電路本論文設計的充電控制器采用了PWM原理，分兩階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM階段（慢充階段）。檢測蓄電池的充電端電壓，將檢測得到的蓄電池端電壓，與給定點電壓比較，若小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電；當蓄電池的電壓大于給定電壓，則根據比例調整功率管的占空比，充電進入慢充階段，改善充電特性，防止過充。第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六充電控制電路如圖：

該電路充電過程如下所述：由單片機提供PWM信號，控制三極管Q1的通斷，當PWM0=1時，NPN型的三極管Q1導通,由于穩(wěn)壓管DW1的作用,使得IRF4905管(P溝道增強型MOS管)的柵源電壓鉗位在-10V,IRF4905管導通,太陽電池向蓄電池充電.反之，Q1三極管截止=0V,IRF4905管斷開,太陽電池不能向蓄電池充電。第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六4、放電控制電路同充電控制電路一樣，放電控制的開關管也選用IRF4905,電路如圖:第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六Buck-Boost變換器:Buck-Boost變換器又稱為降壓-升壓變換器。實際電路如圖：Buck-Boost變換器輸出電壓表達式為

式中，--開關管T的導通占空比。第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六電路采用Buck-boost變換器，單片機提供的信號PWM1控制開關管Q4的導通占空比，從而實現對LED負載的升降壓控制。R20是限流電阻，它的作用主要是控制LED電流，限流電阻R20應該比LED的正向等效電阻要大，這樣才能克服LED電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而產生的變化，但是從效率角度看，其值卻不能取得太大，否則會增加電能損耗以及引起元器件溫度升高。穩(wěn)壓二極管DW3的作用是穩(wěn)壓，其穩(wěn)壓值選擇應等于負載電路的工作電壓。第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六5、A/D轉換濾波電路

為減小AD轉換的電源干擾，Mega16芯片有獨立的AD電源供電。官方文檔推薦在VCC串上一只10uH的電感（L1），然后接一只0.1uF的電容到地（C5）。Mega16內帶2.56V標準參考電壓。也可以從外面輸入參考電壓。習慣上在AREF腳接一只0.1uF的電容到地（C4）。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六6、接口電路蓄電池接口電路：D3是一個防止蓄電池正負極反接的保護二極管,即當蓄電池反接時,D3正向導通,電流很大,熔斷絲即可燒斷,電路斷開,保護了控制器和蓄電池,提高了系統(tǒng)的可靠性。第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六太陽能電池接口電路：R10為壓敏電阻，壓敏電阻是在一定電流電壓范圍內電阻值隨電壓而變的電阻。它的作用是：當加在它上面的電壓低于壓敏電阻的的閥值時，流過它的電流極小，相當于一只關死的閥門，當電壓超過閥值時，流過它的電流激增，相當于閥門打開，將電壓限制在閥值內。利用這一功能，可以防止閃電時光強太大,太陽能電池的電壓過高,保護電路免受過電壓的損害。

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