太陽能照明系統(tǒng)

太陽能照明系統(tǒng)第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二緒論當(dāng)前,太陽能的利用主要包括光—熱、光—電轉(zhuǎn)換兩方面的內(nèi)容。太陽能照明系統(tǒng)是利用太陽能組件的光生伏特效應(yīng),將光能轉(zhuǎn)換為電能,并儲(chǔ)存在蓄電池中供負(fù)載使用,它是集太陽能光伏技術(shù)、蓄電池技術(shù)、照明光源技術(shù)和燈具設(shè)計(jì)技術(shù)于一體的新興技術(shù)。第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)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(jī)組成的控制電路第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二太陽能照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換濾波電路6、接口電路第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二1、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)中占據(jù)著重要的位置。它對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行參數(shù)采集和監(jiān)控,控制整個(gè)系統(tǒng)充放電回路的狀態(tài),保證供電系統(tǒng)能可靠的運(yùn)行,配以輸入輸出、顯示控制等外圍電路,組成一個(gè)實(shí)用控制系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如下圖所示：太陽能電池蓄電池

照明燈具控制器第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二我們采用單片機(jī)作為控制器的主控芯片，選用相應(yīng)的外圍芯片設(shè)計(jì)了太陽能路燈充放電控制器。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示:

微處理器電源復(fù)位模塊

電壓采集模塊充電控制模塊放電控制模塊第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二2、電壓采集電路電壓測量電路采用電阻和運(yùn)放組成。LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二由LM324組成的電壓采集電路：輸出電壓為：由于AVR單片機(jī)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(yuǎn)大于這個(gè)范圍，所以必須通過前級(jí)的放大器，將輸入電壓值放大到最大值不超過這個(gè)電壓范圍之內(nèi)。第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二3、充電控制電路本論文設(shè)計(jì)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(diǎn)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(dāng)蓄電池的電壓大于給定電壓，則根據(jù)比例調(diào)整功率管的占空比，充電進(jìn)入慢充階段，改善充電特性，防止過充。第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二充電控制電路如圖：

該電路充電過程如下所述：由單片機(jī)提供PWM信號(hào)，控制三極管Q1的通斷，當(dāng)PWM0=1時(shí)，NPN型的三極管Q1導(dǎo)通,由于穩(wěn)壓管DW1的作用,使得IRF4905管(P溝道增強(qiáng)型MOS管)的柵源電壓鉗位在-10V,IRF4905管導(dǎo)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。第十頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二4、放電控制電路同充電控制電路一樣，放電控制的開關(guān)管也選用IRF4905,電路如圖:第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二Buck-Boost變換器:Buck-Boost變換器又稱為降壓-升壓變換器。實(shí)際電路如圖：Buck-Boost變換器輸出電壓表達(dá)式為

式中，--開關(guān)管T的導(dǎo)通占空比。第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二電路采用Buck-boost變換器，單片機(jī)提供的信號(hào)PWM1控制開關(guān)管Q4的導(dǎo)通占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED負(fù)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(yīng)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(chǎn)生的變化，但是從效率角度看，其值卻不能取得太大，否則會(huì)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(yīng)等于負(fù)載電路的工作電壓。第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二5、A/D轉(zhuǎn)換濾波電路

為減小AD轉(zhuǎn)換的電源干擾，Mega16芯片有獨(dú)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(nèi)帶2.56V標(biāo)準(zhǔn)參考電壓。也可以從外面輸入?yún)⒖茧妷?。?xí)慣上在AREF腳接一只0.1uF的電容到地（C4）。第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二6、接口電路蓄電池接口電路：D3是一個(gè)防止蓄電池正負(fù)極反接的保護(hù)二極管,即當(dāng)蓄電池反接時(shí),D3正向?qū)?電流很大,熔斷絲即可燒斷,電路斷開,保護(hù)了控制器和蓄電池,提高了系統(tǒng)的可靠性。第十五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期二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(nèi)電阻值隨電壓而變的電阻。它的作用是：當(dāng)加在它上面的電壓低于壓敏電阻的的閥值時(shí)，流過它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門，當(dāng)電壓超過閥值時(shí)，流過它的電流激增，相當(dāng)于閥門打開，將電壓限制在閥值內(nèi)。利用這一功能，可以防止閃電時(shí)光強(qiáng)太大,太陽能電池的電壓過高,保護(hù)電路免受過電壓的損害。

第十