太阳能照明控制电路的设计
太阳能是一种可持续的能源，它具有取之不尽、普遍、清洁、安全等特点，因而有着广阔的应用前景。与此同时，LED灯具有环保、高效，节能、寿命长等特点被广泛用于各种照明场合。本文围绕基于单片机太阳能照明系统设计展开了研究,实现了太阳能照明的三种工作模式:定时模式、测光模式和红外感应模式。
阐述了课题研究背景、国内外对太阳能的研究状况以及未来发展趋势。叙述了太阳能电池板、蓄电池、LED灯源的基础知识。本课程设计介绍一种太阳能照明系统，利用集成运放比较器控制，输出比较电压，通过控制继电器，进而控制蓄电池的充放电；太阳能电池的输出由L7805模块进行稳压，并实现对蓄电池过充、过放和短路保护，采用LED照明，发光效率高、功耗低。
关键词：充放电控制器 LED光源 太阳能路灯 光伏电池 M000236
Solar energy as a renewable energy，it has an inexhaustible，general，clean，security features and so on, which has broad application prospects. As the same time, LED lamps are environmentally friendly, efficient, energy saving, long life and other characteristics are widely used in a variety of lighting situations．The thesis is based on SCM on the study of solar lighting system design, implementation of solar lighting three work modes: timing, metering and infrared induction.
This thesis describes the research background, dynamics and development trends of photovoltaic lighting systems in domestic and oversea. And also describes the basic knowledge of the solar panels, batteries, white LED. This course is designed to introduce a solar lighting system, using integrated op-amp comparator control, output voltage, through the control relay, and control of battery charging and discharging. L7805 converter change the output voltage of solar battery into a steady voltage, with the functional requirements implemented the battery over charge, over discharge protection and short circuit protection. With the characteristic of high lighting efficiency and low power need, LED is used for lighting in the system.
Key Words: Brightness control ; LED light ; solar light PV ; lead-acid battery
1 绪论 查看完整请+Q:351916072获取
1.1我国太阳能资源现状
中国国土辽阔，有着丰厚的太阳能资源。从我国总光能辐射分布区域来看，在我国除了四川盆地以及周围海拔低的地区之外，大多数区域的光照条件还是相当理想的，具有很好的利用空间。青海省是我国最丰富的太阳能资源地区，平均日照时间每年超过了3500小时，在一年中将近有300个晴天，特别是海拔高度均值在4000m以上的青藏高原地区，太阳能辐射总能量最大，甚至接近撒哈拉大沙漠的光照辐射。
根据受太阳辐射面积和强度，全国大概可以划分为五类地区，如表1-1所示。在一、二、三类的区域，海拔较高，全年日照时间超过2000h，辐射总能量高于586kJ/cm2；一、二、三类区域范围较广，其区域约占国土总面积的2/3以上，是我国太阳能光照最为丰富的地区；四、五类区域太阳能辐射总量资源较少，但是依然有一定的利用空间[1]。
表1-1 我国太阳能辐射分布情况
1.2现阶段太阳能的主要应用
太阳能发电技术的应用主要分为两大种类，太阳光发电技术与太阳热发电技术，我国的光发电技术尚不成熟完善，相对于国外而言起步迟，应用较晚，但是太阳能在我国发展的潜力很大。
至2005年，我国的光伏发电技术还处于落后的水平，与日本、欧美的差距很大，光伏发电装机总量只有80MW，约占世界总量1%不到。在我国屋顶并电网计划仍然处在研究探索的阶段，无法大面积铺设太能电池组件，而日本、欧美等技术领先的国家已经前后开展了“百万屋顶”等规模大的推广计划。
2013年我国太阳能光电板总铺设面积已达到6356万平方米，2013年光伏产品出口约为3.22亿美元，中国已经成为世界上最大的太阳能光电板生产国以及最大的太阳能消费市场[2]。
1.3国内外太阳能产业状况
近几年全球光伏技术迅速发展，2013年全球太阳电池的新装容量就达到36.5GW。2013年年底，在美国超过100000个人太阳能系统被安装，累计太阳能光伏（PV）装机容量超过10兆瓦。德国已经推广太阳能的“家庭计划”和固定的太阳能设施的房屋屋顶。近年日本推出一项计划，推广太阳能利用，在三到五年之内，降低太阳能材料的价格只有原先的一半。2013年，全球太阳能产业内的企业融资总额达到100亿美元。能源约束逐步成为经济发展、社会进步的瓶颈，各个国家已迅速推广发展 “阳光工程”的计划，太阳能资源的开发，已经成为许多国家可持续发展的战略目标。
我国最早对太阳能技术的研究探索是在1985年。上个世纪，80到90年代，我国已经推出一系列的太阳能产品生产线，当时的生产能力低弱。直到2002后，中国加入“WTO”组织，欧洲市场，尤其是德国市场，快速放开，以无锡尚德太阳能电力有限公司为首的企业迅速发展，为我国光伏产业的发展提供了史无前例的发展机会和演示效应。
目前，我国已成为世界领先的太阳能电池生厂商，根据中国产业信息网的数据显示，全国太阳能电池产量达到13090842.79千瓦，不久的将来，中国将取代欧洲、日本，成为世界上太阳能电池生产最大的国家。在产业布局上，已经形成了一定的集聚的趋势，在长珠江三角洲、渤海湾、中部和西部地区，形成了一种独特的太阳能产业集群[2]。
中国科学院近年推出一项支持太阳能科技创新的计划，该计划分三个阶段进行，包括“2015分布式利用”，“2025交替使用”和“2035大规模利用”。
1.4太阳能照明系统设计的目的与意义
由于经济的迅速发展，地球资源消耗越来越严重，传统能源开采的费用增加，各种安全问题和环境污染越来越突出。太阳能作为一种“取不尽，用不竭”的安全、清洁新能源，将会迎来国际的关注，并随着技术的提高，成本将降低，光伏利用的效率增加，将迎来太阳能技术的高速发展期，其将会是未来可再生能源的主要发展方向。太阳能是一种可再生能源，具有明朗的应用前景，是世界上最有前途的新能源技术。在2013年，我国政府通过了再生能源法，倡导“和谐社会，节能减排”的能源发展路线[3]。
太阳能照明与普通照明对比：
1、以太阳光为能源，白天补充电源、晚上电源持续放电。太阳能照明安装方便，不必铺设复杂昂贵的管线，无需长时间的安装调试检测，无需挖沟铺设管道，可任意调整灯具的布局，很大程度上节省了大量的资源。
2、太阳能照明是一次性投入，在以后长期的使用过程中不会产生任何电费用，并且工作稳定可靠，维护成本低。
3、安全清洁节能。充放电采用单片机智能控制，光控模块可以根据光亮强度控制LED灯的开关，人感控制可以自动感应有无人走动控制是否需要开灯，不再需要人为的控制灯的开关。
4、自主供电。不用将电源并入电网，不受电网的限制，太阳能照明具有供电的自主性、灵活性。
5、普通灯具光源会释放有害气体。LED灯源发光过程中不存在对人体有害气体的产生，是真正意义上的安全环保光源。
1.5本论文研究的主要内容与功能
1、阐述太阳能光伏发电技术和LED照明技术。
2、按照太阳能光电板的输出特性与蓄电池的充放电特性，设计出最佳的蓄电池充放电的控制方法。
3、电路中电源的设计与配置。
4、基于单片机控制的外围电路设计，LED照明电路设计，时钟电路设计 。
5、LCD1602的电路设计以满足显示要求。
6、单片机控制程序的编写与调试。
7、硬件电路的设计与调试，满足预设定的功能。
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1绪论 1
1.1我国太阳能资源现状 1
1.2现阶段太阳能的主要应用 1
1.3国内外太阳能产业研究状况 2
1.4太阳能照明系统设计的目的与意义 2
1.5本论文研究的主要内容与功能 3
2 重要部件的选择 4
2.1太阳能电池板的选择 4
2.2蓄电池的选择 4
2.3照明灯源选择 5
3 太阳能照明系统的硬件电路设计 7
3.1层次系统框图 7
3.2硬件设计的运行流程图 7
3.3电源电路设计 8
3.4充放电控制电路 9
3.5光控感应电路 10
3.6单片机及其外围电路 11
3.6.1复位电路 11
3.6.2时钟电路 12
3.6.3按键可调电路 12
3.6.4LCD显示电路 13
3.6.5时钟芯片DS1302及其外围电路 14
4 太阳能照明系统的软件设计 16
4.1系统主程序设计 16
4.2定时计时程序设计 17
4.3中断系统设计 18
5 调试与测试 20
5.1硬件电路调试 20
5.2软件程序调试 20
5.3照明系统实物图 21
5.4系统中存在的不足 22
5.5总结与展望 23
参考文献 24
致谢 25
附录一 26
附录二 27 查看完整请+Q:351916072获取
阐述了课题研究背景、国内外对太阳能的研究状况以及未来发展趋势。叙述了太阳能电池板、蓄电池、LED灯源的基础知识。本课程设计介绍一种太阳能照明系统，利用集成运放比较器控制，输出比较电压，通过控制继电器，进而控制蓄电池的充放电；太阳能电池的输出由L7805模块进行稳压，并实现对蓄电池过充、过放和短路保护，采用LED照明，发光效率高、功耗低。
关键词：充放电控制器 LED光源 太阳能路灯 光伏电池 M000236
Solar energy as a renewable energy，it has an inexhaustible，general，clean，security features and so on, which has broad application prospects. As the same time, LED lamps are environmentally friendly, efficient, energy saving, long life and other characteristics are widely used in a variety of lighting situations．The thesis is based on SCM on the study of solar lighting system design, implementation of solar lighting three work modes: timing, metering and infrared induction.
This thesis describes the research background, dynamics and development trends of photovoltaic lighting systems in domestic and oversea. And also describes the basic knowledge of the solar panels, batteries, white LED. This course is designed to introduce a solar lighting system, using integrated op-amp comparator control, output voltage, through the control relay, and control of battery charging and discharging. L7805 converter change the output voltage of solar battery into a steady voltage, with the functional requirements implemented the battery over charge, over discharge protection and short circuit protection. With the characteristic of high lighting efficiency and low power need, LED is used for lighting in the system.
Key Words: Brightness control ; LED light ; solar light PV ; lead-acid battery
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1.1我国太阳能资源现状
中国国土辽阔，有着丰厚的太阳能资源。从我国总光能辐射分布区域来看，在我国除了四川盆地以及周围海拔低的地区之外，大多数区域的光照条件还是相当理想的，具有很好的利用空间。青海省是我国最丰富的太阳能资源地区，平均日照时间每年超过了3500小时，在一年中将近有300个晴天，特别是海拔高度均值在4000m以上的青藏高原地区，太阳能辐射总能量最大，甚至接近撒哈拉大沙漠的光照辐射。
根据受太阳辐射面积和强度，全国大概可以划分为五类地区，如表1-1所示。在一、二、三类的区域，海拔较高，全年日照时间超过2000h，辐射总能量高于586kJ/cm2；一、二、三类区域范围较广，其区域约占国土总面积的2/3以上，是我国太阳能光照最为丰富的地区；四、五类区域太阳能辐射总量资源较少，但是依然有一定的利用空间[1]。
表1-1 我国太阳能辐射分布情况
1.2现阶段太阳能的主要应用
太阳能发电技术的应用主要分为两大种类，太阳光发电技术与太阳热发电技术，我国的光发电技术尚不成熟完善，相对于国外而言起步迟，应用较晚，但是太阳能在我国发展的潜力很大。
至2005年，我国的光伏发电技术还处于落后的水平，与日本、欧美的差距很大，光伏发电装机总量只有80MW，约占世界总量1%不到。在我国屋顶并电网计划仍然处在研究探索的阶段，无法大面积铺设太能电池组件，而日本、欧美等技术领先的国家已经前后开展了“百万屋顶”等规模大的推广计划。
2013年我国太阳能光电板总铺设面积已达到6356万平方米，2013年光伏产品出口约为3.22亿美元，中国已经成为世界上最大的太阳能光电板生产国以及最大的太阳能消费市场[2]。
1.3国内外太阳能产业状况
近几年全球光伏技术迅速发展，2013年全球太阳电池的新装容量就达到36.5GW。2013年年底，在美国超过100000个人太阳能系统被安装，累计太阳能光伏（PV）装机容量超过10兆瓦。德国已经推广太阳能的“家庭计划”和固定的太阳能设施的房屋屋顶。近年日本推出一项计划，推广太阳能利用，在三到五年之内，降低太阳能材料的价格只有原先的一半。2013年，全球太阳能产业内的企业融资总额达到100亿美元。能源约束逐步成为经济发展、社会进步的瓶颈，各个国家已迅速推广发展 “阳光工程”的计划，太阳能资源的开发，已经成为许多国家可持续发展的战略目标。
我国最早对太阳能技术的研究探索是在1985年。上个世纪，80到90年代，我国已经推出一系列的太阳能产品生产线，当时的生产能力低弱。直到2002后，中国加入“WTO”组织，欧洲市场，尤其是德国市场，快速放开，以无锡尚德太阳能电力有限公司为首的企业迅速发展，为我国光伏产业的发展提供了史无前例的发展机会和演示效应。
目前，我国已成为世界领先的太阳能电池生厂商，根据中国产业信息网的数据显示，全国太阳能电池产量达到13090842.79千瓦，不久的将来，中国将取代欧洲、日本，成为世界上太阳能电池生产最大的国家。在产业布局上，已经形成了一定的集聚的趋势，在长珠江三角洲、渤海湾、中部和西部地区，形成了一种独特的太阳能产业集群[2]。
中国科学院近年推出一项支持太阳能科技创新的计划，该计划分三个阶段进行，包括“2015分布式利用”，“2025交替使用”和“2035大规模利用”。
1.4太阳能照明系统设计的目的与意义
由于经济的迅速发展，地球资源消耗越来越严重，传统能源开采的费用增加，各种安全问题和环境污染越来越突出。太阳能作为一种“取不尽，用不竭”的安全、清洁新能源，将会迎来国际的关注，并随着技术的提高，成本将降低，光伏利用的效率增加，将迎来太阳能技术的高速发展期，其将会是未来可再生能源的主要发展方向。太阳能是一种可再生能源，具有明朗的应用前景，是世界上最有前途的新能源技术。在2013年，我国政府通过了再生能源法，倡导“和谐社会，节能减排”的能源发展路线[3]。
太阳能照明与普通照明对比：
1、以太阳光为能源，白天补充电源、晚上电源持续放电。太阳能照明安装方便，不必铺设复杂昂贵的管线，无需长时间的安装调试检测，无需挖沟铺设管道，可任意调整灯具的布局，很大程度上节省了大量的资源。
2、太阳能照明是一次性投入，在以后长期的使用过程中不会产生任何电费用，并且工作稳定可靠，维护成本低。
3、安全清洁节能。充放电采用单片机智能控制，光控模块可以根据光亮强度控制LED灯的开关，人感控制可以自动感应有无人走动控制是否需要开灯，不再需要人为的控制灯的开关。
4、自主供电。不用将电源并入电网，不受电网的限制，太阳能照明具有供电的自主性、灵活性。
5、普通灯具光源会释放有害气体。LED灯源发光过程中不存在对人体有害气体的产生，是真正意义上的安全环保光源。
1.5本论文研究的主要内容与功能
1、阐述太阳能光伏发电技术和LED照明技术。
2、按照太阳能光电板的输出特性与蓄电池的充放电特性，设计出最佳的蓄电池充放电的控制方法。
3、电路中电源的设计与配置。
4、基于单片机控制的外围电路设计，LED照明电路设计，时钟电路设计 。
5、LCD1602的电路设计以满足显示要求。
6、单片机控制程序的编写与调试。
7、硬件电路的设计与调试，满足预设定的功能。
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1绪论 1
1.1我国太阳能资源现状 1
1.2现阶段太阳能的主要应用 1
1.3国内外太阳能产业研究状况 2
1.4太阳能照明系统设计的目的与意义 2
1.5本论文研究的主要内容与功能 3
2 重要部件的选择 4
2.1太阳能电池板的选择 4
2.2蓄电池的选择 4
2.3照明灯源选择 5
3 太阳能照明系统的硬件电路设计 7
3.1层次系统框图 7
3.2硬件设计的运行流程图 7
3.3电源电路设计 8
3.4充放电控制电路 9
3.5光控感应电路 10
3.6单片机及其外围电路 11
3.6.1复位电路 11
3.6.2时钟电路 12
3.6.3按键可调电路 12
3.6.4LCD显示电路 13
3.6.5时钟芯片DS1302及其外围电路 14
4 太阳能照明系统的软件设计 16
4.1系统主程序设计 16
4.2定时计时程序设计 17
4.3中断系统设计 18
5 调试与测试 20
5.1硬件电路调试 20
5.2软件程序调试 20
5.3照明系统实物图 21
5.4系统中存在的不足 22
5.5总结与展望 23
参考文献 24
致谢 25
附录一 26
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