【正文】 初級(jí)額定電流是177。 半功率視角為 75 度。 當(dāng) LED 的一致 性差別較大時(shí) ，分配 在不 同的 LED 兩端 電壓 不同， 通過 每顆 LED 的電 流相同 ，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 LED 的基本亮 度一致。不穩(wěn)定的工作 電流會(huì) 影響 LED 的 壽命和 光衰 ?；炻?lián)方式的 LED 數(shù)量平均 分配， 分配 在一串 LED 上 的電 壓相同 ，通 過同一 串每 顆 LED 上的電流也基本相同， LED 亮度一致。 常用的 LED 組合方式有 3 種：并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)。目前大功率比較常見的有 1W、 3W、 5W、 8W、 10W。 方案二 ：蓄電 池電 流采樣 電路 主要是 利 用 小電阻 進(jìn)行 采樣 ，將小電阻兩端采樣的電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，送到單片機(jī)。 經(jīng)過比較，方案二簡單可行，因此選擇方案二。 只有在 SCLK 為低電平時(shí)，才能將 RST 置為高電平。 方案 二： 采用 DSl2C887。缺 點(diǎn)是其所設(shè)置的時(shí)間范圍比較 小，掉電數(shù) 據(jù)丟失 。 E是使能 端， PSB是數(shù) 據(jù)模式 選擇端，高電平是并行數(shù)據(jù)模式，低電平是 串行數(shù)據(jù)模式。 綜上所述，選擇方案一。 綜上所述， LQ8200具有永遠(yuǎn)在線，按流量計(jì)費(fèi)的功能，應(yīng)用靈活、方便的特點(diǎn)，決定采用 LQ8200無限數(shù)傳模塊。 動(dòng)態(tài) IP地址 管 理， 自動(dòng)識(shí) 別終 端設(shè)備 ，保 證虛擬 專用 網(wǎng)絡(luò) 的連接和安全性。 基于最 新的 GPRS數(shù)字 移動(dòng) 通訊網(wǎng) 絡(luò)， 克服 了通訊 距離 短、性 能不穩(wěn)定 的 缺 點(diǎn) ， 真 正 實(shí) 現(xiàn) 無 縫 覆 蓋 ， 并 且 沒 有 距 離 限 制 ， 實(shí) 現(xiàn) 全 國 漫 游 。特別適 用于間 斷的、 突發(fā) 性的和 頻繁的 、少 量的數(shù) 據(jù)傳 輸，也 適用于 偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。 這些 情況中 的其中 一個(gè) 發(fā)生都 會(huì)引 起單片 機(jī)復(fù)位 。 由于對 51單片機(jī)比較熟 悉，而 C8051F020與 51單片機(jī)兼容，而且可以滿足本設(shè)計(jì)所需的要求，故選擇 C8051F020。 4352（ 4096+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM。 方案選擇 方案一 ： 采用 Cygnal公 司的 高速 SOC系 列單 片機(jī) 中的 C8051F020，此單片機(jī) 是完全 集成 的混合 信號(hào) 系統(tǒng)級(jí) 芯片， 具有 與 8051兼容的 微控制 器內(nèi)核， 與 MCS51指令 完全 兼容 。 （ 5） 采用歐洲進(jìn)口的膠體電池專用隔板，孔率高，電阻低。膠 體電池 具有 使用性 能穩(wěn)定 ，可靠性 高，使 用壽命 長， 對環(huán)境 溫度的 適應(yīng) 能力（ 高、 低溫） 強(qiáng)，承 受長時(shí)間 放電能 力、循 環(huán)放 電能力 、深度 放電 及大電 流放 電能力 強(qiáng)，有 過充電及 過放電 自我保 護(hù)等 優(yōu)點(diǎn)， 其性能 優(yōu)于 其它類 型的 閥控密 封型鉛 酸電池。圖 32是太陽能電池的 IV曲線。 （ 3）電池最大功率輸出 (Pmax ) 電池產(chǎn)生最大功率時(shí)的電壓和電流點(diǎn)，通常把 IV曲線上的點(diǎn) Pmax作為最大功率點(diǎn) 。聚合 物多 層修飾 電極型 太陽 能電池 ：由 于有機(jī) 材料柔 性好、制 作容易 、材料 來源 廣泛、 成本低 等優(yōu) 勢、從 而對 大規(guī)模 利用太 陽能，提 供廉價(jià) 電能具 有重 要意義 。此種制作工藝，可 以采用一連串沉 積室，在生產(chǎn)中構(gòu)成連續(xù)程 序，以實(shí)現(xiàn) 大批量 生產(chǎn)。目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn) 換效率為 15%左右 ，最 高的達(dá) 到 24%，這是 目前 所有種 類的 太陽能 電池中 光電轉(zhuǎn)換 效率最 高的， 技術(shù) 也最為 成熟但 制作 成本很 大， 以致于 它還不 能被大量 廣泛和 普遍地 使用 。各區(qū)中的光 生載流子如果在復(fù)合前能越過耗 盡區(qū)，就對 發(fā)光 電壓作 出貢獻(xiàn) 。 由于單個(gè) 太陽能 電池功 率極 小，所 以在實(shí) 際應(yīng) 用中是 將許 多單個(gè) 太陽電 池經(jīng)過串 、并聯(lián) 組合并 進(jìn)行 封裝后 構(gòu)成太 陽電 池組件 使用 。 GPRS 模塊通過 RS232 與單片機(jī)串口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，把實(shí)時(shí)采樣到的電壓、電流值送到 GPRS 模塊 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 第二章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及其功能 M C U時(shí) 鐘 電路報(bào) 警 電路照 明 控制輸 入 設(shè)定 模 塊G P R S 模塊R S 2 3 2顯 示 模塊太 陽 能電 池 板充 電 控制蓄 電 池L E D 燈 圖 21 以單片機(jī)為處理器的系統(tǒng)框圖 本設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方框圖如圖 21 所示 。 （ 3）防雷擊保護(hù) ：通過 TVS防 雷管進(jìn)行防雷，保證了相關(guān)組件的安全 。 主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容 本設(shè)計(jì) 主要實(shí) 現(xiàn)控 制太陽 能電 池板對 蓄電 池進(jìn)行 充放 電管 理，充電時(shí)，單 片機(jī)主 要完成 對電 池充電 過程 中 狀態(tài) 的檢測 ，根 據(jù)蓄電 池的狀 態(tài)選擇充 電方式 ，以及 防止 蓄電池 過充。通過移動(dòng)通信無線網(wǎng)絡(luò) GPRS技術(shù)對 城市路燈 設(shè)施進(jìn) 行統(tǒng)一 管理 ，既實(shí) 現(xiàn)了實(shí) 時(shí)和 集中監(jiān) 控， 又提高 了整個(gè) 路燈照明系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低了維護(hù)成本?？焖侔l(fā)展的 LED技術(shù)將為照明設(shè)計(jì)與應(yīng)用蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 帶來嶄 新的可 能性， 這是 固體光 源偉大 的改 革，被 認(rèn)為 是節(jié)電 降能耗 的最佳實(shí)現(xiàn)途徑，是下一代理想的照明器件。在 人類 對未知 世界 的不斷 求索的 過程中， 我們開 始發(fā)現(xiàn) 太陽 輻射能 不僅具 有含 量巨大 的特 點(diǎn)，其 總量相 當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬多倍，太陽能到達(dá)地面的能量高達(dá) 80 萬KW/s，假 如把 地球 表面 %的太 陽能 轉(zhuǎn)為 電能 ，轉(zhuǎn) 變率 5%，每 年發(fā) 電量可達(dá) ( 1 012)KW通過 GPRS通訊實(shí)時(shí)采樣電池電壓，充電電流，遠(yuǎn)程控制路燈開關(guān)。系 統(tǒng)主要 由 太 陽能電 池、蓄 電池、充電控制、照明控制、 LED燈、顯示模塊、 GPRS模塊、時(shí)鐘電路和報(bào)警電路等部分組成。 同時(shí) ，隨著 光伏技 術(shù)的 發(fā)展和 進(jìn)步 ，太陽 能路燈 的應(yīng)用已經(jīng)形成規(guī)模。 本課題 太陽能 LED路燈以太陽光為能源，白天充電 ， 晚上使用，無需復(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，采用 GPRS通信技 術(shù)對每個(gè)路燈狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 控，合理設(shè) 置照明 時(shí)段， 安全 節(jié)能無 污染， 無需 人工操 作工 作穩(wěn)定 可靠， 節(jié)省電費(fèi)免維護(hù)。從而 太陽 能光伏 發(fā)電越 來越受到人類青睞。 L ED 以其 令人驚嘆的應(yīng)用在城市室內(nèi) 外照明中 發(fā)揮 著傳統(tǒng) 光源 無可 比擬 的作用 。通常 無線 網(wǎng)絡(luò)的 建網(wǎng)費(fèi) 用在無線監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用中占很大的比重。 太陽 能 LED路燈 照明 系統(tǒng) 就是 通過 太陽 能 硅光 電池 板將 太陽 能轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)到蓄電池中，由蓄電池為整個(gè)系統(tǒng)提供電能。用一個(gè)鍵盤與單片機(jī)連接，設(shè)定一些相關(guān)參數(shù)，可以對 LED燈 進(jìn)行靈活的功率調(diào)節(jié)，通過 降低負(fù)載的電流實(shí)現(xiàn)減少能耗。 解決的關(guān)鍵問題 本系統(tǒng) 的技術(shù) 關(guān)鍵 在于選 擇哪 種充電 管理 方式對 蓄電 池進(jìn) 行充電，可以很 好的給 蓄電池 充電 ，而且 使蓄電 池的 壽命延 長。 放電 時(shí) ，單片 機(jī)處 理蓄電 池放電 過程 中的狀 態(tài)檢 測，當(dāng) 檢測到 蓄電池電 量過低 時(shí)，立 即停 止對負(fù) 載供電 ，起 到保護(hù) 蓄電 池的作 用。太 陽能光 伏電 池正是 一種利 用光 伏效應(yīng) 直接 將光能 轉(zhuǎn)化為 電能的裝置， 1954 年 世 界第 一 塊 實(shí) 用 化太 陽 能 電 池 在美 國 貝 爾 實(shí) 驗(yàn)室 問世，并首先應(yīng)用于空間技術(shù)。頂區(qū) 表面有 柵狀 金屬電 極， 硅片背 面為金 屬底電極。電池基體區(qū)域產(chǎn)生的光生電流對紅外光 敏感，占 80－ 90%，是光生 電流的主要組成部分。這種 硅錠鑄 成立 方體后 通過 切片加 工成方 形太陽能 電池片 ，提高 了材 料利用 率和方 便組 裝多晶 硅太 陽能電 池與單 晶硅太陽能電池的制作工藝差不多，其光電轉(zhuǎn)換率約 12%左右，稍 低于單 晶硅太陽 能電池 ，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。 太 陽 能 電 池 的發(fā)展 種類 多元化 合物太 陽能 電池： 多元 化合物 太陽 能電池 指不 是用 單一元素半導(dǎo)體 材料制 成的太 陽能 電池。 太 陽 能 電 池 的電氣 特性 太陽能 電池的 電氣 特性為 研究 、質(zhì)量 保證 和生產(chǎn) 所需 。計(jì) 算方法 是用 標(biāo)準(zhǔn) 條件 (STC) 和太陽能電池表面積 ( Ac，單位是 m2 )下的最大功率點(diǎn) Pmax 除以輸入光 輻照度 ( E，單位是 W/ m2 ) mcPEA?? ? （ 31） 目前：實(shí)驗(yàn)室： η≈ 24%，產(chǎn)業(yè)化： η≈ 15% （ 7）填充因子 (FF) 最大功率點(diǎn) max P 與開路電壓 (Voc) 及短路電流 (Isc) 之比 為： mco c s c o c s cP A EFF V I V I? ?????? （ 32） （ 8） 電池的二極管特性 （ 9） 電池的串聯(lián)電阻 （ 10） 電池的旁路電阻 太陽能 電池板 通常 定義為 封裝 和連接 在一 起的一 個(gè)以 上的 電池。最 大限度 地延長 蓄電池的使用壽命是影響整個(gè)系統(tǒng)周期成本的關(guān)鍵因 素。 （ 2） 采用膠體電解質(zhì)技術(shù)，絕無酸液濃度層化問題，完全消除因濃度層化引 起的極板腐蝕和鈍化現(xiàn)象。主 要原因 是本 系統(tǒng) 對實(shí)時(shí)響應(yīng)能力 的。 真正 8 位 500 ksps 的 ADC，帶 PGA 和 8 通道模擬多路開關(guān) 。 片內(nèi)看門狗定時(shí)器、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感 器具有片內(nèi) 。本次設(shè)計(jì) 選擇晶體方式， 時(shí)鐘電路由一個(gè)晶振和兩個(gè)小電容組成， 晶振選用 ，電容為 30pF。 因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng) (BSS)從一開始就可提供全面的 GPRS覆蓋。 GPRS 模塊的選型 方案一：采用 LQ8200。 永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)： LQ8200上電即自動(dòng) 撥號(hào)上網(wǎng)，一直在線，斷線重 撥連接 ；按照 接收 和發(fā)送 數(shù)據(jù)包 的數(shù) 量來收 取費(fèi) 用，沒 有數(shù)據(jù) 流量傳遞時(shí)，不收 費(fèi)用?？梢宰尮I(yè)用的 RS232/RS485串口通信 立即轉(zhuǎn)換為 GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信。 方案二 ：采 用 LED數(shù) 碼顯 示管。 顯 示 模 塊 的 接口電 路 液晶顯示接口電路如圖 44所示，液晶 顯示器的數(shù)據(jù)總線 DB0～ DB7由單片機(jī)的 P6口驅(qū)動(dòng)，三腳懸空， RST 是液晶復(fù)位引腳， 接 VCC。優(yōu) 點(diǎn)是 電路結(jié) 構(gòu)簡 單，可 以通過 單片 機(jī)任意 的 I/O口作為 SCL和 SDA信號(hào)線。 DS1302 工作時(shí)功耗很低 ,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 1mW。 SCLK是串行數(shù)據(jù)輸入端， RST 是復(fù)位 /片選線，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進(jìn)行操作。 方案一：采用電壓變送器。 采樣電壓的計(jì)算公式 1434EVURRR??? (41) 2） 太陽能電池電壓采樣 有時(shí)候 ，由于 太陽 能電池 的電 壓過低 而不 能對蓄 電池 充電 ，所以本設(shè)計(jì)還 需要檢 測太陽 能電 池的電 壓，保 證蓄 電池能 正常 充電， 太陽能 電池電壓采樣電路如圖 47所示 +33KR41KR7D33V 圖 47 太陽能電池電壓采樣電路 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 電流采樣模塊 方案選擇 方案一 ：采用 霍爾 電流傳 感器 。 6A，額定輸出電壓為 177。 工作溫度： 40℃ ~ +85℃。 混聯(lián)方 式： 在需要 使用 比較 多 LED 時(shí)，如 果將 所有 LED 串聯(lián) ，將需要 LED 驅(qū) 動(dòng)器 輸出較 高的 電壓。電流 過強(qiáng) 會(huì)。將所有 LED 串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著 LED 的使用 量，而且并聯(lián) LED 負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)大增。 最高額定工作電流 700mA，最高脈沖電流 (在 1 kHz， 10%占空比條件下 ) A ， 防靜電＞ 20210V，50000 個(gè)小時(shí)后光衰低于 30%。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 圖 49 輸出電壓 初級(jí)電流 LED 燈的設(shè)計(jì) LED 芯 片 選 取 及 組合 方式 按目前市場產(chǎn)品的輸入功率進(jìn)行分類，其輸入功率為幾十個(gè) mW 的LED，稱為傳統(tǒng)的小功率芯片；其輸入功 率小于 1W 的 LED，叫做功率 LED；對于輸入功率等于 1W或大于 1W 的 LED，則叫做 W 級(jí)功率（大功率） LED。此 系列電 流傳 感器的 初、 次級(jí)之 間是絕緣的，可用于測量直流、交流和脈沖電流。 方案二：電壓檢測電路主要是將蓄電池兩端的電壓進(jìn)行采 集，利用 2個(gè) 分壓電阻來獲得采樣電壓。上電 運(yùn)行 時(shí)，在 Vcc≥ 之 前， 必須 保持低 電平。 雙電 源 管 腳 用于 主 電 源 和備 份 電 源供 應(yīng)Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個(gè)