【正文】 由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省單片機(jī) I/O 資源。所以設(shè)計(jì)功能完備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的智能光伏路燈控制器是非常重要的 [16]。設(shè)計(jì)功率輸出 20W， +15V 輸出 ， 15V 輸出 ， +5V 輸出1A。國(guó)內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護(hù) 蓄電池，因?yàn)槠涔逃械?“ 免 ” 維護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)，特別是無(wú)人值守的工作站。雖然某些充電器有過(guò)充電保護(hù)電路，充電率可以達(dá)到甚至超過(guò) 2C ，但是鉛酸蓄 電 池廠商推薦的充 電率范圍 是 18C/20~C/3。 UC3906的一個(gè)非常重要的特 性是：基準(zhǔn)電壓隨環(huán)境溫度而變，并且變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。 5．智能充電 智能充電是動(dòng)態(tài)地自動(dòng)跟蹤蓄電池可接受的充電電流，使充電電流與蓄電池內(nèi)部極化電流相一致，也稱(chēng)為最小損 耗充電模式。充電初期電流非常大，隨著充電進(jìn)行，電流逐漸減小，在充電終期只有很小的電流通過(guò)。蓄電池比功率越大，表示可以承受的放電電流越 12大。 太陽(yáng)能電池組件的電氣參數(shù)設(shè)定如下： 10LED按 5天每天工作十小時(shí)計(jì)算， 消耗能量： P1=18 50 3600=3240000J 太陽(yáng)能電池板所需功率： P2=P1/=4050000J W=P2/6/3600= 組件選用 180W，可提供 30V充電電壓的排布方式 [7]。 由于科技的進(jìn)步，晶圓厚度、切割技術(shù)、晶圓尺寸，以及晶圓價(jià)格，均有了長(zhǎng)足的改善。此時(shí)，如有光照射，則激發(fā)電子自由運(yùn)動(dòng)流向 N型半導(dǎo)體；正電荷則集結(jié)于 P型半導(dǎo)體，從而產(chǎn)生了電位勢(shì)。只有詳細(xì)了解了系統(tǒng)各部分的特性才可能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的控制和管理。 為了解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能照明充電系統(tǒng)效率不高、蓄電池壽命短和智能化程度低等問(wèn)題，要設(shè)計(jì)一種新型的基于控制器的太陽(yáng)能照明控制系統(tǒng)，以滿足太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的高效率充電，蓄電池的安全運(yùn)行，以及實(shí)現(xiàn)集中化的對(duì)區(qū)域內(nèi)路燈故障的準(zhǔn)確診斷和調(diào)試。 本文的設(shè)計(jì)指標(biāo) 設(shè)計(jì)目標(biāo)： (1)完成電池電壓、 直流總電壓、溫度、電源狀態(tài)等相關(guān)信息的采集功能，采用 PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)充電控制； (2)掌握單片機(jī)的原理和使用方法，擴(kuò)展電路的實(shí)現(xiàn)，編程方法，設(shè)計(jì)控制電路，保證電源 穩(wěn)定輸出電壓 ，電流、電壓等保護(hù)功能，并有好的人機(jī)界面，設(shè)置、顯示相關(guān)參數(shù)，抗干擾設(shè)計(jì)使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠； (3)給出相關(guān)的程序流程圖和程序。國(guó)內(nèi)各大研究單位都對(duì)太陽(yáng)能路燈作了詳盡的研究 ， 特別是近幾年來(lái) ， 已經(jīng)初步形成在“產(chǎn)業(yè)上規(guī)模、技術(shù)上水平、產(chǎn)品上檔次和市場(chǎng)要規(guī)范”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路引導(dǎo)下 ， 太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展 ， 如太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能光伏電池技 術(shù)日趨成熟 ， 產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。隨著化石能源的減少，其價(jià)格也會(huì)提高，這將會(huì)嚴(yán)重制約生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高。 為了解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能照明充電系統(tǒng)效率不高、蓄電池壽命短和智能化程度低等問(wèn)題，本課題設(shè)計(jì)了一種新型的基于 AVR單片機(jī)的太陽(yáng)能照明控制系統(tǒng)，采用 UC3906實(shí)現(xiàn)蓄電池充電電路，獨(dú)立的 BOOST電路分別驅(qū)動(dòng)兩組 LED。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 LED的響應(yīng)時(shí)間一般只有幾納秒至幾十納秒，使頻繁開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)明暗成為可能。在奧地利等國(guó) ， 自己動(dòng)手建造集熱器的活動(dòng) ， 促進(jìn)了太陽(yáng)能裝置的主動(dòng)發(fā)展。 DC/DC變換器采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇不僅考慮到太陽(yáng)能電池組件最大功率點(diǎn)電壓和蓄電池最大電壓，還同時(shí)得兼顧效率和成本。 6 太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的輸入，為整個(gè)系統(tǒng)提供照明和控制所需電能。 太陽(yáng)能電池主要由半導(dǎo)體硅制成。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層，這就是 PN結(jié)。 (3)太陽(yáng)能電池組件 太陽(yáng)能電池組件的作用是將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)化成電能后，輸出直流電存入蓄電池中。常用單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)安時(shí) (Ah)。要使蓄電池放電慢，且其容量易于恢復(fù)，最好采用這種小電流長(zhǎng)時(shí)間的充電模式。當(dāng)電流大時(shí)，其上的電壓降也大，從而減小了充電電壓；當(dāng)電流小時(shí)，由于電阻上的電壓降也很小，充電器輸出電壓降損失就小。 UC3906內(nèi)部框圖如圖 31所示。圖 32所示是一個(gè)充電器基本電路?？烧{(diào)三端穩(wěn)壓器 LM317給 LM2903提供穩(wěn)定的 8V工作電壓。 [15] 以此套太陽(yáng)能路 燈的方案為例，應(yīng)用地點(diǎn)溫度存在低于 10℃ 以下 的情況，蓄電池電壓為 24V， LED 功率為 18W，每天工作 10h，連續(xù)陰雨天為 5天，蓄電池組容量為： BC=AQLNLTO／ CC(Ah) =(18／ 24)105／ =72Ah 選用 24V， 80Ah 的鉛酸免維護(hù)蓄電池可滿足需求。 第 5 步：計(jì)算空氣隙 Lg 通過(guò)查 TDK E128 型磁材的飽和系統(tǒng)密度 Bsat=4000104T， 100℃時(shí)，為了使變壓器工作在低磁損狀態(tài)，選工作最大磁通密度 Bmax=1100104T。 ATMEGA16 使用內(nèi)建 PWM 模塊直接生成 PWM 波，在 8MHz 內(nèi)部 RC 振蕩器下， ATMEGA16 的內(nèi)建 PWM模塊能夠工作在 7 位精度下產(chǎn)生最高約 64KHz 的 PWM 波，精度和速度能滿足系統(tǒng)要求。 29A I N 01A I N 12A I N 23A I N 34A I N 45。 26（ 2）存儲(chǔ)器資源方面： 89S52 具有 8KB 的 ROM（程序存儲(chǔ)器）和256B 的 RAM（片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），具備外部總線可以方便的擴(kuò)展外部 ROM和外部 RAM； ATMEGA16 具有 16KB 的 ROM 和 1KB 的 RAM，不具備外部總線使得擴(kuò)展 ROM 和 RAM 受到很大的限制，但是以本系統(tǒng)的規(guī)模，片內(nèi)存儲(chǔ)器資源已經(jīng)足夠，不需要擴(kuò)展。 第 4 步：選擇磁芯及確定骨架尺寸 在這里，我們可以參照下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，一般磁芯輸出功率和磁芯截面積的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： te PA ? 設(shè) Pt=20W 則 Ae=（ cm2） Ae 為變壓器磁芯的有效截面積； Pt 為高頻變壓器的輸入輸出功率的平均值。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。組成過(guò)放電壓檢測(cè)比較控制電路。 15驅(qū)動(dòng)器R QL1S2 5 0 m V2 5 m V電流取樣限流起動(dòng)比較器電壓取樣比較器V r e f欠壓檢測(cè)V r e f2 . 3 0 V25 ℃3 . 9 m V /℃V r e fV r e f+ V i nR QL2S電壓放大器高 9 5 V r e f低 9 V r e f4132CLC S O U TC S +電源指示過(guò)充電終止 875+ V I NGND 6流入16流出15補(bǔ)償1413 電壓檢測(cè)11 涓流偏置12 充電起動(dòng)10狀態(tài)電平控制9 過(guò)充電指示C S 圖 31 UC3906內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表 31和 32分別介紹了 UC3906的管腳功能和電氣參數(shù) [11]。 基于 UC3906 的蓄電池充電器 UC3906作為 VRLA蓄電池充電專(zhuān)用芯片，它具有實(shí)現(xiàn) VRLA蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測(cè)功能。 3．恒壓限流 采用恒壓限流的方法主要為彌補(bǔ)恒壓充電的缺點(diǎn)。這種通過(guò)控制充放電器維持電流的方法操作簡(jiǎn)單、方便，易于做到。在蓄電池放電初始時(shí)的工作電壓稱(chēng)為初始工作電壓。 PN結(jié)形成一個(gè)電場(chǎng)。這是由于 P型半導(dǎo)體多空穴， N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。間接傳輸適用于各種不同距離。系統(tǒng)各部分容量的選取配合，需要綜合考慮成本、效率和可靠性。太陽(yáng)能電池組件的輸入經(jīng)過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān) MOS管 KCHG連接到 DC/DC變換器 (蓄電池充電電路 )，此變換器的輸出連接到蓄電池兩端 (實(shí)際電路里會(huì)先通過(guò)一個(gè)保險(xiǎn)絲再連到蓄電池上 )。雖然太陽(yáng)能公司的數(shù)量在減少 ， 但保留下來(lái)的公司都趨向于更具規(guī)模、更能抵御市場(chǎng)的波動(dòng)。具有高效、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能電池 蓄電池 LED AVR II Abstract As the energy crisis and environment pollution has been a worldwide problem, how to make use of the new green energy resources is a task cared by scientists. Photovoltaic energy has been greatly developed under such a background, and lighting system is one of its most important applications. There are many shortings in traditional photovoltaic lighting systems, so this paper presents some points about how to reform the traditional system. In traditional systems, the photovoltaic battery is connected to the leadacid battery directly. This simple connection will result in a waste in the photovoltaic energy as the operating point is often not accurately the maximum power point. The leadacid battery is usually not managed according to its capacity status in traditional systems, so this results in short battery life. Lack of the function of remote monitoring of the main nodes, adjusting the LED working time and parameters is another problem. To solve the problem of lowefficiency, short battery life and low extent of intellectualization, this paper designs a new photovoltaic lighting system based on the AVR microcontroller. Adopting UC3906 to charge the leadacid battery, and BOOST topology for 2 group LED channels. The experiment results show that the new system realizes Maximum Power Point Tracking, charges the battery in the three stages according to the given parameters, switches on and off the LED accurately. Key words photovoltaic battery leadacid battery LED AVR III 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。人類(lèi)必須及早尋求新的替代能源。它對(duì)環(huán)境的影響最小、可替代部分常規(guī)能源、增加能源供應(yīng)的安全性和可靠性。 設(shè)計(jì)方案 太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)由太陽(yáng)電池組件、蓄電池組件組、市電旁路、智能控制器、高效節(jié)能直流燈、燈架、安裝材料等組成。狀態(tài)控制電路通過(guò)狀態(tài)互鎖避免誤動(dòng)作，保證照明系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。 太陽(yáng)能燈具利用太陽(yáng)能電池組件發(fā)電，蓄電池儲(chǔ)電，控制器控制 蓄電池的充放電來(lái)工作。 (2)硅太陽(yáng)能電池工作原理及結(jié)構(gòu) 硅原子有 14個(gè)電子，分布在三個(gè)電子層上，里面的兩個(gè)電子層均已填滿，只有最外層缺少四個(gè)電子為半滿。將太陽(yáng)能電池單體進(jìn)行串、并聯(lián)封裝后，就成為太陽(yáng)能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。一般來(lái)說(shuō)，在相同的條件下，電動(dòng)勢(shì)愈高的蓄電池，輸出的能量愈大，使用價(jià)值愈高。光伏照明系統(tǒng)所選擇的蓄電池應(yīng)為可逆的蓄電池，實(shí)際的蓄電池都不能作 為理想的儲(chǔ)能器，在工作過(guò)程中必有一定的能量消耗，通常用容量輸出效率和能量輸出效率來(lái)表示。充電過(guò)程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低，充電效率可達(dá) 80％。智能充電系統(tǒng)由充電器與被充電蓄電 池組成二元閉環(huán)電路，充電器根據(jù)蓄電池的狀態(tài)確定充電參數(shù)，充電電流自始至終處在可接受的充電電流曲線附近，使蓄電池幾乎在無(wú)氣體析出條件下充電，做到既節(jié)約用電又對(duì)蓄電池?zé)o損傷。 UC3906的電源電流只有 ，