【正文】 tem 才能導(dǎo)通，反之 V1 截止，從而保證夜晚或陰雨天時不會出現(xiàn)蓄電池向太陽能電池陣列 反向放電的現(xiàn)象。而 MPPT 技術(shù)即是通過調(diào)節(jié) BUCK 電路的占空比而改變 光伏陣列的輸出阻抗，從而尋求輸出電流與輸出電壓的乘積即輸出功率的最大值。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。 PWM 占空比越小 (高電平時間長 )，亮度越高。 LED普遍使用的驅(qū)動方式是基于電阻的驅(qū)動，但這種方式不能解決由于 LED 的屬性不同、供電電壓波動引起的光發(fā)射不一致的問題，不能提供穩(wěn)定的電流，而且能量損耗也很大，不利于 LED 的散熱，能量利用率低，不能實現(xiàn)節(jié)能的目的。 PWM 調(diào)光是通過控制 MOSFET 晶體管實現(xiàn)的。對噪聲抵抗能力的增強是 PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)?PWM用于通信的主要原因。當(dāng)光伏陣列的輸出電壓低于蓄電池端電壓時， BUCK 電路的控制失去作用。 DCDC 變換電路 (也稱為斬波電路或斬波器 )是接在光伏陣列和負(fù)載之間，通過控制電壓將不控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵龅囊环N變換電路。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 23 圖 紅外接收電路 Figure infrared receiving circuit 硬時鐘電路 測控單元時間若采用軟件計時，一方面需要采用計數(shù)器，占用硬件資源，另一方面又需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣會耗費硬件資源，因而外部擴展時鐘可以很好地解決硬件資源有限的問題。紅外光是脈動式紅外光束，對射無法傳輸很遠距離。當(dāng)光線照射 PN 結(jié)時，可以使 PN 結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。 圖 硬件模塊組成結(jié)構(gòu) Figure hardware module structure 信號采集電路 街道中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此街道中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象?？稍O(shè)置人流量計數(shù)器，計數(shù)裝置就是以熱釋電紅外傳感器作為檢測元件，以 5l 單片機作為控制核心。 在實際應(yīng)用中，可以對比多種方案，綜合考慮。（ 4)夜晚 12 點以前：為了滿足照明需求，此時設(shè)計此時 LED 滿功率工作。同時， LED 的使用壽命受工作溫度的影響， LED 額定亮度隨著工作時間下降，并且工作溫度越高，使用壽命越短。 式中： Cˊ—— 蓄電池容量， kW第一階段以 Ibl 恒流充電，當(dāng)電壓達到 Ebl 時轉(zhuǎn)入第二階段。在水情遙測光伏系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長短決定蓄電池的容量。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達到蓄電池所剩容量占正常額定容量的 20％ 。隨著溫度的升高，電池的光電轉(zhuǎn)換效率會下降。光電轉(zhuǎn)換效率隨溫度的增加而下降。這一算法是建立在天氣等外部條件在短時間內(nèi)不會發(fā)生較大變化的假設(shè)之上 的，系統(tǒng)能夠比較準(zhǔn)確的捕捉到 MPPT。 圖 太陽電池的等效電路 Figure equivalent circuit of solar cell 大多數(shù)光伏系統(tǒng)的時間常數(shù)相比微不足道，因此結(jié)電容 Cj 在光伏能陣列的理論分析中加以忽略。式中 為蓄電池放電 深度， 為蓄電池安全系數(shù)。但太陽能路燈又有其特殊性，需要確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定與可靠，所以在設(shè)計時需要特別注意。提高無鉛污染的蓄電池利 用率是一項艱巨任務(wù)。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。（ 3）無極燈：功率小 ，光效較高。此形式適合新建太陽能路燈工程。單體電池的一致性不僅包括電池的開路電壓、初期容量，而且還包括電池的內(nèi)阻、自放電以及 A對于固定型 VRLA 電池，最好采用 20 小時率或 24 小時率，以滿足每天使用 5H、能承受 3 天無太陽或無風(fēng)時的日常供電。蓄電池容量 (Ah)與負(fù)載容量 (Ah)之比宜在 3~6 倍以上：連續(xù)陰雨天數(shù)較少地區(qū)約為 3~4 倍以上，連續(xù)陰雨天數(shù)較 多地區(qū)約為 5~6 倍以上。（ 1）類型選擇。它會根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)檔位，始終讓汽車在最合理的效率水平運行。 要給蓄電池充電，太陽 板的輸出電壓必須高于電池的當(dāng)前電壓，否則輸出電流就會接近 0。 表 我國主要城市年平均日照時間及最佳安裝轉(zhuǎn)角 State average sunshine time of major cities and the best installation angle 城 市 緯度 最佳傾角 年平均日照時間 城市 緯度 最佳傾角 年平均日 照時間 Φ (176。太陽能電池一般由多個太陽能單元電池串聯(lián)組成，其容量取決于照明光源、線路傳輸部件所消耗的總功率以及當(dāng)?shù)靥柲茌椛淠芰俊?各地應(yīng)根據(jù)本地照明要求和氣候條件進行太陽能路燈設(shè)計。在白天光照條件下，路燈熄滅，太陽能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)充電電路對蓄電池充電；天黑后，太陽能電池不再供電，充電器停止工作，轉(zhuǎn)而進入蓄電池放電階段，點亮路燈。在道路監(jiān)控單元，結(jié)合傳感器監(jiān)控道路行人的數(shù)量，并從而控制路燈點亮的數(shù)量。系統(tǒng)能夠自動分析系統(tǒng)故障，給出故障相關(guān)信息。而有“綠色照明光源’’之稱的 LED，由于其獨有的節(jié)能、壽命長、免維護、易控制、環(huán)保等特點，已成為各國積極發(fā)展的方向。 在今后的十幾年中，太陽能電池的市場走向?qū)l(fā)生很大的改變，到 2022 年以前中國太陽能電池多數(shù)是用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，從 2022 年到 2020 年，中國光伏發(fā)電的市場主流將會由獨立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。 2022～ 2022 年，歐洲太陽能光伏裝機容量將達 6000～ 7000MW，每年均高于 1500MW。 太陽能技術(shù)研究的現(xiàn)狀及發(fā)展 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 5 太陽能是一種巨大、久遠、無盡且對環(huán)境無污染的能源。 MCU 即 微控制器（ Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 單片機 現(xiàn)代計算機技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟從資本經(jīng)濟帶入到知識經(jīng)濟時代。 課題意義 隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的需求日益擴大，能源短缺問題已經(jīng)成為影響中國經(jīng)濟快速發(fā)展的一個重要問題，充分開發(fā)利用太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。解決未來世紀(jì)的能源問題成為人類社會面臨的頭等大事。不合理地使用傳統(tǒng)能源，它們在 21 世紀(jì)內(nèi)就會瀕臨枯竭，產(chǎn)生能源危機，在 21 世紀(jì)初進行的關(guān)于世界能源儲量數(shù)據(jù)的調(diào)查顯示：石油可采量為 年，天然氣可采量為 61 年，煤炭可采量為 227 年。結(jié)合傳感器監(jiān)控道路行人的數(shù)量，并從而控制路燈點亮的數(shù)量。利用按鍵實現(xiàn)功能的開啟、關(guān)閉及切換。目前，傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，尤其是煤炭、石油、天然氣三大化石燃料更是有限。 當(dāng)煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶 頸。所以 太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經(jīng)濟不發(fā)達、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。單片機誕生于 20 世紀(jì) 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SoC 三大階段。單片機的數(shù)量不僅遠超過 PC 機和其他計算機總和，甚至多過人類的數(shù)量。 2022 年德國光伏市場的增幅仍可達到 35％ 。中國《可再生能源法》的頒布和實施，為太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了政策保障；京都議定書的簽定，環(huán)保政策的出臺和對國際的承諾，給太陽能利用產(chǎn)業(yè)帶來機遇；西部大開發(fā)，為太陽能利用產(chǎn)業(yè)提供巨大的國內(nèi)市場；原油價格的上漲，中國能源戰(zhàn)略的調(diào)整，使得政府加大對可再生能 源發(fā)展的支持力度，所有這些都為中國太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來極大的機會。 隨著人們環(huán)保意識的增強，傳統(tǒng)照明設(shè)備的高耗電性和廢棄物污染等問題，已引起各國政府的重視，紛紛投入大量的人力、物力研發(fā)新的環(huán)保光源。 2 研究的主要內(nèi)容 本課題研究目標(biāo)和總體設(shè)計 就整個市場的調(diào)查來看，路燈管理部門的要求主要為 :能夠自動控制路燈的開關(guān)，能評估系統(tǒng)內(nèi)的路燈工作情況，給出系統(tǒng)維護的信息，包括亮燈率，電壓，電流，開關(guān)狀態(tài)等。在太陽能電源電路模塊實現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)換及存儲。太陽能電池是太陽能照明系統(tǒng)的輸入，為整個系統(tǒng)提供照明和控制所需電能。 其中控制系統(tǒng)由單片機及邏輯電路實現(xiàn)。太陽能電池的單位面積輸出功率約 127Wp/m2。即在實際運行中，按照所需要的功率等級和電壓等級可以將若干單個光伏電池串并聯(lián)組成光伏陣列。同時太陽能控制器應(yīng)兼有路燈控制功能，具有光控、時空、溫控等功能選擇，具有調(diào)光功能，并應(yīng)具有夜間自動切控負(fù)載功能，便于陰雨天延長路燈工作時間。而MPPT 控制器是自動擋的。蓄電池在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到夜晚需要照明的時候再釋放出來。蓄電池容量過小，不能滿足夜晚照明的需要；容量過大，蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，也造成浪費。 JB／ T96531999《儲能用鉛酸蓄電池》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 30 小時率容量，主要是針對干荷電鉛酸蓄電池而言。 (6)蓄電池組內(nèi)各單體電池的一致性。因此，太陽能路燈照明系統(tǒng)一般無需另加 DC/AC 逆變器，減少了電路損耗。（ 2）低壓鈉燈：低壓鈉燈光效高（可達 200Lm/w），但需逆變器，低壓鈉燈價格貴，整個系統(tǒng)造高，采用較少。蓄電池放電 小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結(jié)束。（ 4）提高系統(tǒng)環(huán)保由于價格和技術(shù)等因素，目前太陽能路燈普遙采用免維護鉛酸蓄電池。 3 設(shè)計工作及研究方案 太陽能路燈設(shè)計思路與要點 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 的基本原理相同，因而太陽能路燈的設(shè)計思路也可依據(jù)一般的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，先確定太陽電池組件的功率，然后計算蓄電池的容量。 （ 3）蓄電池容量的確定滿足連續(xù) 10 個陰雨天正常工作的電池容量 C： C=Q（ d+1）/=208/=235Ah ，取 240Ah。 硅太陽能電池特性和最大功率點跟蹤的原理 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 14 根據(jù)光伏太陽電池板的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)和輸出伏安特性得到光伏方陣的等效電路如圖 所示 ,它由一個受光強和溫度影響的電流源并聯(lián)上一個二極管、一個結(jié)電容，再串聯(lián)一個電阻組成。本課題采用的是遍歷式的 MPPT 算法，每隔指定時間（系統(tǒng)默認(rèn)為 5 分鐘），單片機控制其PWM（ Pulse Width Modulation，即脈沖寬度調(diào)制） 輸出信號的占空比從 10%到 90%變化一遍，同時采樣不同占空比下的光伏電池輸出功率，取出最大值，讓系統(tǒng)在相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 16 占空比下運行指定時間，如此往復(fù)。但光伏電池輸出的負(fù)載電流隨溫度的升高是指數(shù)增加，因而開路電壓隨溫度的升高急劇下降。也就是說，電池的工作溫度每升高 1℃ ，開路電壓約下降 2mV，約是正常室溫時的 的 ％ 。 蓄電池容量的計算方法 確定蓄電池容量的主要因素 蓄電池容量主要由以下因素確定： (1)蓄電池單獨工作的天數(shù)。對于新的電池自放電率通常小于容量的 5％ ，但對于舊的、質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至每月 10％ ~15％ 。每個階段以恒電流或恒電壓充電，依賴于電流、電壓的設(shè)定 值 Ebl、 Ibl、 EbIb2。 圖 蓄電池充電過程曲線 Figure pulse charge curves 蓄電池容量的計算 光伏系統(tǒng)用蓄電池的容量的計算，必須考慮太陽能電池方陣功率、直流和交流負(fù)載容量等因素，一般計算公式為： Cˊ=(DFPo)/(LUKa)。因此如果采用并聯(lián)驅(qū)動白光 LED，需要在每個 LED 串聯(lián)一個鎮(zhèn)流電阻，避免電流出現(xiàn)差異，但是這些電阻浪費了功率降低了效率，因此為了確保流過每 個白光 LED 電流相同，需要采用串聯(lián)模式。（ 3)進入夜晚：當(dāng)?shù)谝淮芜M入放電控制，根據(jù)預(yù)測的蓄電池容量設(shè)置參數(shù) Case 大小。 由聲光兩種信號控制燈的亮與滅，起到節(jié)約用電的作用。 本課題選擇紅外對管檢測人數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 21 4 硬件電路 本文設(shè)計的太陽能 LED路燈的硬件電路由 51單片機控制系統(tǒng)、光電隔離、開關(guān)信號輸入輸出電路、硬時鐘電路、紅外檢測電路、外圍電路等組成，如圖 所示。當(dāng)受到光照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強度的變化而變化。紅外線是一種不可見光，而且會擴散，投射出去會形成圓錐體光束。當(dāng)紅外探頭接收到信號時，由 OUT 輸出低電平，無信號不接收輸高電平。 MPPT 技術(shù)的硬件電路支持 用 DCDC 變換器可以實現(xiàn)最大功率點的跟蹤。由BUCK 電路實現(xiàn) MPPT 技術(shù)時，光 伏陣列的輸出電壓高于蓄電池的端電壓時，才能實現(xiàn)較好的調(diào)節(jié)。噪聲只有在強到足以將邏輯 1改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0 改變?yōu)檫壿?1 時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。利用 PWM 控制 LED 的亮度，非常方便和靈活，是最常用的調(diào)光方法， PWM 的頻率可從幾十 Hz 到幾千 KHz。使用脈沖寬度調(diào)制 (PWM)驅(qū)動電路不僅能克服因電源電壓不穩(wěn)帶來的影響，而且可以減小電路損耗，因此本系統(tǒng)采用電流模式 PWM 控制技術(shù)，通過對輸出脈沖占空比的控制，自動限流，實現(xiàn)過流保護，達到改善系統(tǒng)瞬間響應(yīng)，實現(xiàn)良好調(diào)光性