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

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書太陽(yáng)能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)1105044213學(xué)院計(jì)算機(jī)與控制工程專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師2015年06月中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書1太陽(yáng)能光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yáng)能研究與使用的重要性也已經(jīng)不說(shuō)自明了。同時(shí)，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?jiǎn)單而靈活的特點(diǎn)，它在未來(lái)也必然會(huì)成為光伏發(fā)電舉足輕重的又一個(gè)重要領(lǐng)域，因此研究離網(wǎng)型太陽(yáng)能充放電系統(tǒng)很有必要。鑒于此，本文設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的太陽(yáng)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(jì)說(shuō)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(jì)說(shuō)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(jì)簡(jiǎn)介521單片機(jī)的簡(jiǎn)介及選擇522路燈系統(tǒng)簡(jiǎn)介73系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)931PV板特性與等效電路932太陽(yáng)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(jì)2041主程序流程圖2042其它子程序設(shè)計(jì)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(jì)說(shuō)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(yáng)能作為一種可以無(wú)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(yáng)能電池充放電控制器作為光伏太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)的核心直接影響太陽(yáng)能路燈的工作效率和使用壽命。為了適應(yīng)不同額場(chǎng)合與各種負(fù)載應(yīng)用的需要，本設(shè)計(jì)利用了STC89C52單片機(jī)與AD采樣來(lái)獲得數(shù)據(jù)從而對(duì)蓄電池的充電過(guò)程來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，選用UC3906芯片來(lái)控制蓄電池的三段式充電，并利用發(fā)光二極管表示各個(gè)充電狀態(tài)。首先，恒流充電階段是用大電流來(lái)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(huì)重復(fù)檢測(cè)蓄電池端電壓，當(dāng)蓄電池端電壓到一定值時(shí)，恒流充電狀態(tài)結(jié)束。所謂恒壓充電就是說(shuō)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(shí)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(gè)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(jì)主要采用STC89C52單片機(jī)來(lái)進(jìn)行光伏發(fā)電照明系統(tǒng)的控制，而為了簡(jiǎn)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(jiǎn)化電路的同時(shí)也使充放電功能更加的穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)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(shí)對(duì)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(duì)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?cái)[脫能源的危機(jī)。11課題研究背景及意義太陽(yáng)能做為一種新型的可無(wú)限使用的能源在能源市場(chǎng)和領(lǐng)域也占據(jù)著越來(lái)越重要的角色，并且逐漸擠壓傳統(tǒng)能源的市場(chǎng)。而且隨著制造工藝和技術(shù)的逐漸成熟，光伏系統(tǒng)的價(jià)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(guò)利用太陽(yáng)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(yáng)能的收集與發(fā)展在北方有著天然的優(yōu)勢(shì)。在美國(guó)的加利福尼亞州，電費(fèi)每年都要上漲67左右。而太陽(yáng)能在預(yù)防未來(lái)電費(fèi)的居高不下方面有重要意義。許多發(fā)達(dá)國(guó)家甚至有國(guó)家政策支持鼓勵(lì)太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)反賣給電力公司獲得經(jīng)濟(jì)上的獎(jiǎng)勵(lì)。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(yáng)能的優(yōu)勢(shì)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(jì)說(shuō)明書2濟(jì)。從很久以前，人們的想法里太陽(yáng)能都是最清潔的能源，在最新的民意調(diào)查統(tǒng)計(jì)中也說(shuō)明了這一點(diǎn)。與化石能源相比較，太陽(yáng)能有著最明顯的優(yōu)勢(shì)，那就是清潔，它不會(huì)有二氧化碳的排放，不會(huì)引發(fā)酸雨等自然問(wèn)題，而且取之不盡用之不竭。目前，我國(guó)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(lái)越受到政府和企業(yè)的重視。太陽(yáng)能離網(wǎng)型LED燈在各個(gè)方面都有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，使用壽命長(zhǎng)，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(yáng)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(hào)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(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)效率一直不高，當(dāng)功率大時(shí)，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(gè)系統(tǒng)整體使用壽命等，而且相對(duì)于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)，太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的初期投資太高。但是，作為很有潛力和市場(chǎng)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(wèn)題已經(jīng)能夠得到有效減少。不過(guò)，太陽(yáng)能的利用技術(shù)已經(jīng)從技術(shù)開拓的時(shí)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(huì)更進(jìn)一步地快速發(fā)展，引領(lǐng)著我們進(jìn)入一個(gè)新綠色節(jié)能時(shí)代。自中國(guó)跨入21世紀(jì)以來(lái)，能源問(wèn)題就成為我們需要重點(diǎn)解決的問(wèn)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(wèn)題。能源問(wèn)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(guó)家在能源供應(yīng)方面不足，也不能滿足國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。將眼光放遠(yuǎn)，無(wú)論是天然氣能源還是石油能源亦或是煤炭能源儲(chǔ)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(huì)釋放出大量的二氧化硫，尤其是年限沒(méi)有到的劣質(zhì)煤炭和沒(méi)有洗干凈的煤炭更是污染大戶。同時(shí)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(jì)說(shuō)明書3的煤炭使用范疇也越來(lái)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(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，從而產(chǎn)生了溫室效應(yīng)。太陽(yáng)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(zhǎng)需要，開發(fā)與利用新能源方面，尤其太陽(yáng)能，各國(guó)政府加大支持力度和政策傾斜。與此同時(shí)，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(guó)對(duì)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(guó)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(guó)蓬勃發(fā)展起來(lái)了。在我國(guó)，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(jì)，在將來(lái)，光伏發(fā)電一定會(huì)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(yáng)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(shí)候?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存在蓄電池中，在光照不足時(shí)點(diǎn)亮LED燈，再將電能轉(zhuǎn)換成光能。太陽(yáng)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(dòng)控制、無(wú)需布線與隨時(shí)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(yáng)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(guó)、俄羅斯、德國(guó)等國(guó)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(yáng)能光伏發(fā)電照開始運(yùn)用于照明系統(tǒng)。尤其是太陽(yáng)能照明燈節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，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(yáng)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(yáng)能光伏照明系統(tǒng)就是對(duì)太陽(yáng)能的很好的利用。太陽(yáng)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(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，由蓄電池儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化來(lái)的電能并且在需要的時(shí)候再將儲(chǔ)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(jì)說(shuō)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(zhǎng)，安全高效，它已經(jīng)成為照明家族的重要一員?，F(xiàn)如今，各國(guó)政府對(duì)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(lái)，我國(guó)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(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和LED技術(shù)2根據(jù)太陽(yáng)能電池板輸出特性和蓄電池的特性，設(shè)計(jì)蓄電池的充放電控制方法。4根據(jù)LED驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路3設(shè)計(jì)電源控制電路。5根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)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(jì)說(shuō)明書52系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介本文介紹了基于單片機(jī)太陽(yáng)能路燈控制的設(shè)計(jì),對(duì)12V蓄電池可以自動(dòng)識(shí)別，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池科學(xué)管理，同時(shí)，可以指示蓄電池過(guò)壓和欠壓運(yùn)行狀態(tài)，具有負(fù)載過(guò)流與短路保護(hù)的功能。21單片機(jī)的簡(jiǎn)介及選擇單片機(jī)作為一種體積小，穩(wěn)定、可靠、價(jià)格低的微型計(jì)算機(jī)芯片，它帶動(dòng)工業(yè)自動(dòng)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(méi)有的優(yōu)勢(shì)，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(shí)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(chǎng)的產(chǎn)品就有幾十種系列，幾百個(gè)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(guó)廣大工程師的最愛(ài)，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(jì)使用STC89C52，見(jiàn)下圖21。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)說(shuō)明書7表21單片機(jī)片基本硬件資源在本設(shè)計(jì)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(jiǎn)介本課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖見(jiàn)下圖22。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大概流程可以分成兩個(gè)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(hào)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（B）I/0口線（位）定時(shí)器計(jì)數(shù)器（個(gè)）中斷源個(gè)數(shù)（個(gè)）8031無(wú)128322580514KBROM1283225基本型87514KBEPROM12832258032無(wú)256322680528KBROM2563226增強(qiáng)型87528KBEPROM2563226中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(jì)說(shuō)明書93系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)31PV板特性與等效電路光電轉(zhuǎn)換的最小單元是單個(gè)太陽(yáng)能單體，尺寸從4CM2到100CM2都有。單個(gè)太陽(yáng)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(gè)太陽(yáng)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(gè)太陽(yáng)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(lái)的太陽(yáng)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(guò)串并聯(lián)，就構(gòu)成了大家經(jīng)常能看到的太陽(yáng)能電池方陣，可以用來(lái)滿足很多工作需要，見(jiàn)圖31。（1）硅太陽(yáng)能電池單體我們經(jīng)?？吹降奶?yáng)能電池一般都是硅電池。這種由一個(gè)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(yáng)能電池。硅片本身的結(jié)構(gòu)其實(shí)就是一個(gè)PN結(jié)。PN結(jié)會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)。在太陽(yáng)能電池的頂部有一層抗反射膜用來(lái)減少光能損失。太陽(yáng)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(zhǎng)決定，在光被晶體硅吸收之后，PN結(jié)上將會(huì)產(chǎn)生有正負(fù)電荷來(lái)形成一個(gè)電場(chǎng)，PN結(jié)區(qū)域的正負(fù)電荷可以產(chǎn)生一個(gè)外電流場(chǎng)，電流將從晶體硅的一端開始流動(dòng)，即從太陽(yáng)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(yáng)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(jì)說(shuō)明書10再將一個(gè)負(fù)載連接到太陽(yáng)能電池的正負(fù)極的時(shí)候，將有電流流過(guò)該負(fù)載，這就是太陽(yáng)能電池的工作原理；單位時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)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(zhǎng)決定，當(dāng)光子的能量不足以激發(fā)電子離開質(zhì)子的時(shí)候就不會(huì)有光電流產(chǎn)生，同時(shí)每個(gè)光子無(wú)論它能量多大都只能激發(fā)一個(gè)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(guò)程中的能量損失。（2）硅太陽(yáng)能電池種類目前市場(chǎng)上經(jīng)常見(jiàn)到的光電池種類一共有三種第一種是單晶硅太陽(yáng)能電池，第二種是多晶硅太陽(yáng)能電池，第三種是非晶硅太陽(yáng)能電池。單晶硅太陽(yáng)能電池的使用成本比較昂貴。多晶硅太陽(yáng)能電池的有著無(wú)規(guī)則性的晶體方向，這意味著PN結(jié)電場(chǎng)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(yáng)能電池，多晶硅太陽(yáng)能電池的效率一般要比較低。多晶硅太陽(yáng)能電池一般是使用鑄造的方法來(lái)生產(chǎn)，所以相比于單晶硅太陽(yáng)能電池，它的成本比較低。至于非晶硅太陽(yáng)能電池，則是一種薄膜電池，造價(jià)十分低廉，但是同時(shí)光電轉(zhuǎn)換效率也相對(duì)于其他兩種比較低，穩(wěn)定性相對(duì)于晶體硅太陽(yáng)能電池也不如，在使用方面更對(duì)的是用作弱光性電源，比如手表、計(jì)算器等。單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1315多晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為1113非晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為58（3）太陽(yáng)能電池組件每個(gè)太陽(yáng)能電池大約都只能產(chǎn)生05V左右的電壓，這個(gè)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(yáng)能電池串并聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)電池組件。太陽(yáng)能電池組件由很多太陽(yáng)能電池構(gòu)成，通過(guò)導(dǎo)線將這些太陽(yáng)能電池連接。在每個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的個(gè)數(shù)為36個(gè)，也就是說(shuō)一個(gè)太陽(yáng)能組件的電壓可以達(dá)到16到17V左右。太陽(yáng)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(yáng)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(lái)防潮和中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書11防污。太陽(yáng)能電池被一些聚合物包圍，在這種類型的太陽(yáng)能電池組件中，電池和外部的接線盒用導(dǎo)線連接。太陽(yáng)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(yáng)能電池組件傳送的電流IM與電壓VM的關(guān)系。若太陽(yáng)能電池組件電路短路，則短路時(shí)得到的電流叫做短路電流ISC；若電路開路，則開路時(shí)得到的電壓叫做太陽(yáng)能電池的開路電壓VOC。太陽(yáng)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(yáng)能電池的電流電壓特性曲線在太陽(yáng)能電池組件的電壓逐漸上升的時(shí)候，組件的輸出功率也從零開始逐漸增加；在電壓到一個(gè)值得時(shí)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(shí)候，繼續(xù)增大電壓，即繼續(xù)增大負(fù)載的阻值，功率將會(huì)逐漸下降，這時(shí)也就是說(shuō)電壓達(dá)到開路電壓VOC。從中不難看出太陽(yáng)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(duì)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(duì)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(yáng)能電池的溫度增加的時(shí)候，電壓也會(huì)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(yáng)能電池溫度那么太陽(yáng)能電池的最大功率VPMVMIMISCVOC中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書12將會(huì)減少04左右。所以保證太陽(yáng)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(huì)受到很大的影響。從上面的條件我們可以知道，太陽(yáng)能電池組件的輸出功率受到了太陽(yáng)輻照度、太陽(yáng)能光譜的分布和太陽(yáng)能電池的溫度的影響，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)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(yáng)電池溫度25在滿足以上條件的情況下太陽(yáng)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(yáng)能組件被許多其他物體遮擋住，比如鳥糞，樹蔭等遮住的時(shí)候，太陽(yáng)能組件將會(huì)大量發(fā)熱，這種現(xiàn)象叫做光斑效應(yīng)。光斑效應(yīng)將會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池產(chǎn)生很大的熱量，可能會(huì)燒壞太陽(yáng)能電池組件。被遮住的部分很可能會(huì)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(yáng)能組件反接一個(gè)旁通二極管，從而避免光斑的影響。32太陽(yáng)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(gè)叫做XTAL1和XTAL2的管腳，分別去接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容，為單片機(jī)提供時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路見(jiàn)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(jì)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(jì)說(shuō)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(duì)各特殊功能寄存器有各自的復(fù)位值。1、手動(dòng)按鈕復(fù)位所謂手動(dòng)復(fù)位就是我們?cè)谕ㄟ^(guò)一個(gè)按鈕來(lái)控制單片機(jī)復(fù)位，通過(guò)手動(dòng)來(lái)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(dòng)復(fù)位上電自動(dòng)復(fù)位就是在單片機(jī)加電后在加電的瞬間電容通過(guò)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(shí)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(shí)間可以大于兩個(gè)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(jiàn)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(gè)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(jiàn)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(shí)間是由芯片的時(shí)鐘頻率來(lái)決定的中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(shí)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(dòng)ADC0808轉(zhuǎn)換控制的是正脈沖，當(dāng)提供的啟動(dòng)信號(hào)為上升沿的的時(shí)候所有的每部寄存器清零，當(dāng)是下降沿的時(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，8位并行輸出，輸入電壓設(shè)置時(shí)要考慮分辨率。本設(shè)計(jì)中的AD轉(zhuǎn)換需要測(cè)量的電壓是蓄電池的電壓和太陽(yáng)能光伏電池的電壓來(lái)進(jìn)行太陽(yáng)能光伏照明系統(tǒng)的控制。AD轉(zhuǎn)換電路見(jiàn)圖36。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(gè)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(jiàn)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(huì)比14引腳的LCD1602多兩個(gè)引腳，這兩個(gè)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(jiàn)圖37中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(jiàn)圖10，在白天的時(shí)候，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置會(huì)采集到太陽(yáng)能電池組件的電壓來(lái)進(jìn)行參考，若電壓足夠大的話就代表這時(shí)的光照強(qiáng)度大，同時(shí)檢測(cè)太陽(yáng)能的電壓是否大于蓄電池的電壓（為避免蓄電池給太陽(yáng)能電池反沖電），這里運(yùn)用了LM393芯片，LM393是一個(gè)電壓比較器，設(shè)置參考值，檢測(cè)電壓比參考值大的時(shí)候輸出高電平，當(dāng)檢測(cè)電壓比參考值小的時(shí)候，輸出低電平。具體電路見(jiàn)圖38。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(guò)NPN三極管設(shè)計(jì)的放大電路放大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，從而控制白天黑夜兩種狀態(tài)。具體電路見(jiàn)圖39。圖39NPN三級(jí)管放大電路驅(qū)動(dòng)繼電器中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(wú)泄漏、無(wú)污染、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)在國(guó)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(jiàn)，充電方式對(duì)免維護(hù)鉛酸蓄電池的壽命有很大的影響。有必要設(shè)計(jì)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(guò)程分為三個(gè)充電狀態(tài)，這三個(gè)充電狀態(tài)分別是1大電流恒流充電狀態(tài)2高電壓過(guò)充電狀態(tài)3低電壓恒壓浮充狀態(tài)充電過(guò)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(shí)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(shí)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(guò)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(shí)電池的容量已達(dá)到額定容量的100的時(shí)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(gè)狀態(tài)的情況見(jiàn)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(jì)說(shuō)明書19根據(jù)前面介紹的芯片的工作原理設(shè)計(jì)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(shí)候，32REFV過(guò)充電壓,15174643RVREFOC浮充電壓,643REFF最大充電電流。MARI1025MAX電路圖見(jiàn)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(lái)給太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和外圍電路供電。見(jiàn)圖312。中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書20圖312穩(wěn)壓模塊中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書21Y4系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是C語(yǔ)言的編程方式，根據(jù)設(shè)計(jì)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(méi)有錯(cuò)誤后，利用ISIS7PROFESSIONAL配合所設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試。C語(yǔ)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(wú)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(yǔ)言對(duì)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(jiàn)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(yáng)能電池給蓄電池充電N中北大學(xué)2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書2242其它子程序設(shè)計(jì)421AD轉(zhuǎn)換模塊AD轉(zhuǎn)換采用了ADC0808的控制，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成八位的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)P1口輸入單片機(jī)。對(duì)ADC0808的軟件控制可以分為四步1、初始化定時(shí)計(jì)數(shù)器，讓他產(chǎn)生一個(gè)CLK；2、設(shè)置采樣通道；3、寫A/D的時(shí)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(lái)的電壓通過(guò)一系列處理，在液晶屏幕上顯示出來(lái)。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(jì)說(shuō)明書235