【正文】 采集電流采用霍爾傳感器小阻值的高精度電阻取樣，電阻分壓（如圖310 所示）。 TLC2543 的引腳排列如圖 38 所示。圖 37 是 ATMEGA16 的引腳圖。 （ 4）穩(wěn)定性方面： 89S52 不具備片上 WatchDog（看門狗），需要外部晶振； ATMEGA16 具備片上 WatchDog（看門狗），一旦發(fā)生死機(jī)能有效重啟，而且 ATMEGA16 不需要外部晶振就可以工作，不使用外部晶振就杜絕了外部干擾對(duì)單片機(jī)核心系統(tǒng)的影響，這很大程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適合本系統(tǒng)這種控制器與開關(guān)電源單元在同一電路板上共存的應(yīng)用。 本系統(tǒng)采用的 ATMEGA16 是 AVR 的 8 位單片機(jī)家族中的一款，將它的性能與廣為人知的 89S52 作如下對(duì)比： （ 1）架構(gòu)方面： 89S52 是 CISC（復(fù)雜指令集）架構(gòu)， ATMEGA16 是AVR 系列單片機(jī)產(chǎn)品的一款高檔機(jī)， RISC(精簡(jiǎn)指令集 )架構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的代碼。控制器不僅擔(dān) 負(fù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)控制，還得確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 太陽(yáng)能路燈控制器是太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中最重要的部件，也是與各種路燈系統(tǒng)最大的區(qū)別所在。 由公式2m axBA ILL e PPg ? ?? ?可得： 24 )( 82232m a x2 cmBA ILL e PPg ??? ?????? ?? ??? （ 311） 第 6 步：計(jì)算變壓器初級(jí)線圈匝數(shù) N1 由公式 ? ?m a x41 10BA ILN e PP ? ???可得： ? ? ? ? 285 443m a x41 ??? ????? ??? ??BA ILN e PP （ 312） 第 7 步：利用公式 ? ?? ?m a xm inm a x1 1? ?? ???inDoutn V VVNN 計(jì)算各次級(jí)線圈繞組 （ 1） 計(jì)算自饋繞組 N2 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x12 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 313） （ 2） 計(jì)算 5V 直流輸出繞組 N3 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x13 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 314） （ 3） 計(jì)算 15V 直流輸出繞組 N4 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x14 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 315） 15V 選擇與此相同匝數(shù)。H（式中 Hzf 31068 ?? 是根據(jù)公 式rT CRf ?? 及圖中給出的數(shù)值計(jì)算出來(lái)的）。本文給出高頻變壓器計(jì)算。然后，選擇集成電路，設(shè)計(jì)輸入部分電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，而最中心的工作就是設(shè)計(jì)計(jì)算高頻變壓器。 輔助電源設(shè)計(jì) 采用 UC3842 單端脈寬調(diào)制器制作的小功率開關(guān)電源，在單端反激式開關(guān)電源中，高頻變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算式核心工作，設(shè)計(jì)時(shí)，要保證電源的調(diào)整率和對(duì)線圈的漏感要求，還要對(duì)高頻變壓器的外形尺寸及 整個(gè)成本進(jìn)行綜合考慮。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池取得。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過(guò)充、過(guò)放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較為特殊的場(chǎng)合。為了與太陽(yáng)能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。 C / S1C / S 2C / S +3C / L4+ V i n5G N D6PI7O C T8S I N K16S O U R S E15C O M P E N14VS13CE12TB11S L C10O C L9U1U C 3906C10. 1ufC20. 1ufR 170. 025R647KR 18470R5510KR420KR3220KR2100R 281KD5M B R 1045Q5Y I P 13732184U 5AL M 2903N蓄電池V i n1ADJ2+ V out3U4L M 317TD7L E DR 30820R 29200R 382KC50. 1ufC60. 1ufR 278. 7K 圖 34 24V 80Ah 鉛酸蓄電池開關(guān)型智能充電器電路圖 蓄電池組容量設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主要是蓄電池。 D3I N 4148D4I N 4148K1R E L A Y S P D T1234D2B R I D G E 1R 1615KR 1539KC3E L E C T R O 1太陽(yáng)能電池組件Q49013Q39013T1~ 220V 圖 33 太陽(yáng)能與市電切換電路 充電電器：用 LM2903接成遲滯電壓比較器，可使電路在比較電壓的臨界點(diǎn)附近不會(huì)產(chǎn)生振蕩。 根據(jù)式 (33)和式 (34)可知， Imax 和 IOCT 分別由電流限制放大器和電流檢測(cè)比較器的偏置電壓和檢測(cè)電流的電阻 Rs 決定，從式（ 31）、（ 32）可知， VF、 VOC的值由內(nèi)部參考電壓 Vref 和外部電阻 Ra、 Rb、 Rc 組成的分壓網(wǎng)絡(luò)所決定[12]。 Vref 的溫度系數(shù)為 ℃， Imax、IOCT、 VOC、 VF 可以獨(dú)立設(shè)置。由 Ra、 Rb、 Rc組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)檢測(cè)蓄電池的充電電壓，通過(guò)與精確的參考電壓（ Vref） 相比較來(lái)確定充電電壓、過(guò)充電壓和浮充電的閾值電壓。在過(guò)充電終止輸入端加入控制信號(hào)，可以終止過(guò)充電狀態(tài)，在過(guò)充電指示輸出端加入外接元件，可以監(jiān)控電他的過(guò)充電狀態(tài)。 UC3906的電源電流只有 ，芯片的功耗很小。另外，當(dāng)芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器無(wú)輸出時(shí)，該比較器還能輸出 25mA涓流充電電流。該芯片內(nèi)含有獨(dú)立的電壓控制回路和限流放大器，它可以控制芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器。一方面這兩種電路應(yīng)用最為廣泛，另一方面理解這兩種電路可為理解其他電路打下基礎(chǔ) [10]。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。 快速充電由專用的充電器提供脈沖電流，它能保證充電時(shí)既不產(chǎn)生大量氣體又不發(fā)熱，從而達(dá)到縮短充電時(shí)間的目的。這樣就自動(dòng)調(diào)整了充電電流，使之不超過(guò)某個(gè)限度，充電初期的電流得到控制。恒 壓充電一般應(yīng)用在蓄電池組電壓較低的場(chǎng)合。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％。通常按照光伏照明系統(tǒng)的要求以及蓄電池的特性來(lái)確定充電電流的大小、時(shí)間、轉(zhuǎn)換電流的時(shí)刻以及充電終止的判斷依據(jù)等。 恒流充電方式的不足是：開始充電階段恒流值比可充值小，在充電后期恒流值又比可充值大；整個(gè)充電時(shí)間長(zhǎng)，析出氣體多，對(duì)極板沖擊大，能耗高，充電效率不超過(guò) 65％。 1．恒流充電 恒流充電方式是一直以恒定不變的電流進(jìn)行充電，該電流采用控制充電器的方法來(lái)達(dá)到。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。 6．蓄電池功率與比功率 蓄電池的功率是指在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)所給出能量的大小，單位為 W(瓦 )或 KW(千瓦 )。 4．蓄電池內(nèi)阻 電流通過(guò)蓄電池內(nèi)部時(shí)受到各種阻力，使蓄電池的電壓降低，該阻力總和稱為蓄電池的內(nèi)阻。蓄電 池接通負(fù)荷后在放電過(guò)程中顯示出來(lái)的電壓，亦稱負(fù)載電壓或放電電壓。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。 太陽(yáng)能電池組件由以 下材料組成 [6]： 電池片、鋼化玻璃、 EVA、 TPT、鍍錫銅帶、密封膠、接線盒、邊框。太陽(yáng)能電池組件是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中最重要的部件之一，其轉(zhuǎn)換率和使用壽命是決定太陽(yáng)能電池是否具有使用價(jià)值的重要因素。硅片本身是 P型硅，表面擴(kuò)散層是 N區(qū)，在這兩個(gè)區(qū)的連續(xù)處就是所謂的 PN結(jié)。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。 (1)晶體硅太陽(yáng)能電池發(fā)展 1839年，法國(guó) Becqueral第一次在化學(xué)電池中觀察到光伏效應(yīng)。 當(dāng)摻雜的 硅晶片受光后， PN結(jié)中， N型半導(dǎo)體的空穴往 P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往 N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從 N型區(qū)到 P型區(qū)的電流。當(dāng) P型和 N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，界面的 P型一側(cè)帶負(fù)電， N型一側(cè)帶正電。 (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。太陽(yáng)能電池同樣是利用了 PN結(jié)的光伏效應(yīng)。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，在半導(dǎo)體上照射光后，由于其吸收光能會(huì)激發(fā)出電子和空穴 (正電荷 )，從而半導(dǎo)體中有電流流過(guò)，這可稱為“光發(fā)電效應(yīng)”或簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。直接傳輸適用于較短距離，基本上有三種方法：通過(guò)反射鏡及其它光學(xué)元件組合，改變陽(yáng)光的傳播方向，達(dá)到用能地點(diǎn)；通過(guò)光導(dǎo)纖維，可以將入射在其一端的陽(yáng)光傳輸?shù)搅硪欢?，傳輸時(shí)光導(dǎo)纖維可任意彎曲；采用表面鍍有高反射涂層的光導(dǎo)管，通過(guò)反射可以將陽(yáng)光導(dǎo)入室內(nèi)。 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。從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行與準(zhǔn)確切換的要求提高太陽(yáng)能照明系統(tǒng)效率，延長(zhǎng)蓄電池的壽命。在白天光照條件下，路燈熄滅，太陽(yáng)能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)充電電路對(duì)蓄電池充電； 天黑后，太陽(yáng)能電池不再供電，充電器停止工作，轉(zhuǎn)而進(jìn)入蓄電池放電階段，點(diǎn)亮路燈。 整個(gè)系統(tǒng)包括：控制器、太陽(yáng)能電池、蓄電池組和 LED。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)能路燈由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：太陽(yáng)能電池組件、太陽(yáng)能控制器、蓄電池、太陽(yáng)能路燈光源、燈桿及燈具外殼、線纜和連接緊固輔件。因 LED需要恒流控制，考慮到蓄電池電壓的波動(dòng)范圍以及 LED的工作電壓范圍，在蓄電池和 LED之間設(shè)置一個(gè) DC/DC變換器（ LED驅(qū)動(dòng)電路），設(shè)計(jì)電路中采用反激 式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)保證恒流輸出。 控制器系統(tǒng)原理方框圖如圖 11所示。 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。 法國(guó)的太陽(yáng)能設(shè)計(jì)師們，正在用“綠色設(shè)計(jì)”原則代替“太陽(yáng)能”設(shè)計(jì)原則 ， 就是要統(tǒng)籌考慮能源性能、安全材料的應(yīng)用、日光照明、居住的舒適度和健康等因素。挪威已安裝 70000多套小型光伏裝置 ， 每年安裝約 5000套，大多數(shù)裝置是為偏遠(yuǎn)小鎮(zhèn)、山區(qū)和沿海地帶度假旅社供電。盡管受到常規(guī)能源的低價(jià)影響 ， 在歐洲很多國(guó)家中 ， 太陽(yáng)能裝置市場(chǎng)仍然持續(xù)增長(zhǎng)。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。借助蓄電池，太陽(yáng)能 LED照明項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)在于：將太陽(yáng)能、LED光源按照實(shí)際需求進(jìn)行結(jié)合使用，因地制宜，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)揮最大的能效。而且 LED作為全固態(tài) 發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎、發(fā)熱量低、無(wú)熱輻射、是冷光源、不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)，廢棄物可回收、沒(méi)有污染。 LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管 )是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體發(fā)光器件，不依靠燈絲發(fā)熱來(lái)發(fā)光，而是依靠材料中的正負(fù)電荷復(fù)合來(lái)發(fā)光，能量 轉(zhuǎn)化效率非常高。人類必須及早尋求新的替代能源。傳統(tǒng)的能源，尤其是煤炭、石油、天然氣三大化石燃料更是有限，不合理地使用傳統(tǒng)能源，它 們?cè)?21世紀(jì)內(nèi)就會(huì)瀕臨枯竭，產(chǎn)生能源危機(jī)，還會(huì)造成全球的 環(huán)境問(wèn)題。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： V 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 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 u