【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單片機核心系統(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 位單片機家族中的一款，將它的性能與廣為人知的 89S52 作如下對比： （ 1）架構(gòu)方面： 89S52 是 CISC（復(fù)雜指令集）架構(gòu)， ATMEGA16 是AVR 系列單片機產(chǎn)品的一款高檔機， RISC(精簡指令集 )架構(gòu)能實現(xiàn)更優(yōu)化的代碼?？刂破鞑粌H擔(dān) 負(fù)對整個系統(tǒng)的狀態(tài)控制，還得確保系統(tǒng)的安全運行。 太陽能路燈控制器是太陽能路燈系統(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：計算變壓器初級線圈匝數(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 計算各次級線圈繞組 （ 1） 計算自饋繞組 N2 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x12 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 313） （ 2） 計算 5V 直流輸出繞組 N3 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x13 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 314） （ 3） 計算 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)值計算出來的）。本文給出高頻變壓器計算。然后，選擇集成電路，設(shè)計輸入部分電路、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)計計算高頻變壓器。 輔助電源設(shè)計 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)計計算式核心工作，設(shè)計時，要保證電源的調(diào)整率和對線圈的漏感要求，還要對高頻變壓器的外形尺寸及 整個成本進(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、過充、過放性能，但由于其價格較高，僅適用于較為特殊的場合。為了與太陽能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長且維護簡單。 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 太陽能電池電源系統(tǒng)的儲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太陽能電池組件Q49013Q39013T1~ 220V 圖 33 太陽能與市電切換電路 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附近不會產(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比較器的偏置電壓和檢測電流的電阻 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 可以獨立設(shè)置。由 Ra、 Rb、 Rc組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用來檢測蓄電池的充電電壓，通過與精確的參考電壓（ Vref） 相比較來確定充電電壓、過充電壓和浮充電的閾值電壓。在過充電終止輸入端加入控制信號，可以終止過充電狀態(tài)，在過充電指示輸出端加入外接元件，可以監(jiān)控電他的過充電狀態(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)動器無輸出時，該比較器還能輸出 25mA涓流充電電流。該芯片內(nèi)含有獨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，使蓄電池幾乎在無氣體析出條件下充電，做到既節(jié)約用電又對蓄電池?zé)o損傷。 快速充電由專用的充電器提供脈沖電流，它能保證充電時既不產(chǎn)生大量氣體又不發(fā)熱，從而達(dá)到縮短充電時間的目的。這樣就自動調(diào)整了充電電流，使之不超過某個限度，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合。充電過程中析氣量小，充電時間短，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確定充電電流的大小、時間、轉(zhuǎn)換電流的時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；整個充電時間長，析出氣體多，對極板沖擊大，能耗高，充電效率不超過 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，實際的蓄電池都不能作 為理想的儲能器，在工作過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 電流通過蓄電池內(nèi)部時受到各種阻力，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)荷后在放電過程中顯示出來的電壓，亦稱負(fù)載電壓或放電電壓。一般來說，在相同的條件下，電動勢愈高的蓄電池，輸出的能量愈大，使用價值愈高。 太陽能電池組件由以 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。太陽能電池組件是太陽能光伏系統(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能電池是否具有使用價值的重要因素。硅片本身是 P型硅，表面擴散層是 N區(qū)，在這兩個區(qū)的連續(xù)處就是所謂的 PN結(jié)。將太陽能電池單體進(jìn)行串、并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。 (1)晶體硅太陽能電池發(fā)展 1839年，法國 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，而P型區(qū)中的電子往 N型區(qū)移動，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，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層，界面的 P型一側(cè)帶負(fù)電， N型一側(cè)帶正電。 (2)硅太陽能電池工作原理及結(jié)構(gòu) 硅原子有 14個電子，分布在三個電子層上，里面的兩個電子層均已填滿，只有最外層缺少四個電子為半滿。太陽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，由于其吸收光能會激發(fā)出電子和空穴 (正電荷 )，從而半導(dǎo)體中有電流流過，這可稱為“光發(fā)電效應(yīng)”或簡稱“光伏效應(yīng)”。直接傳輸適用于較短距離，基本上有三種方法：通過反射鏡及其它光學(xué)元件組合，改變陽光的傳播方向，達(dá)到用能地點；通過光導(dǎo)纖維，可以將入射在其一端的陽光傳輸?shù)搅硪欢?，傳輸時光導(dǎo)纖維可任意彎曲；采用表面鍍有高反射涂層的光導(dǎo)管，通過反射可以將陽光導(dǎo)入室內(nèi)。 太陽能燈具利用太陽能電池組件發(fā)電，蓄電池儲電，控制器控制 蓄電池的充放電來工作。從而實現(xiàn)太陽能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運行與準(zhǔn)確切換的要求提高太陽能照明系統(tǒng)效率，延長蓄電池的壽命。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(jìn)入蓄電池放電階段，點亮路燈。 整個系統(tǒng)包括：控制器、太陽能電池、蓄電池組和 LED。狀態(tài)控制電路通過狀態(tài)互鎖避免誤動作，保證照明系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。太陽能路燈由以下幾個部分構(gòu)成：太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池、太陽能路燈光源、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 DC/DC變換器（ LED驅(qū)動電路），設(shè)計電路中采用反激 式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來保證恒流輸出。 控制器系統(tǒng)原理方框圖如圖 11所示。 設(shè)計方案 太陽能路燈系統(tǒng)由太陽電池組件、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。 法國的太陽能設(shè)計師們，正在用“綠色設(shè)計”原則代替“太陽能”設(shè)計原則 ， 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)能源的低價影響 ， 在歐洲很多國家中 ， 太陽能裝置市場仍然持續(xù)增長。它對環(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，太陽能 LED照明項目的優(yōu)勢在于：將太陽能、LED光源按照實際需求進(jìn)行結(jié)合使用，因地制宜，優(yōu)勢互補，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)熱來發(fā)光，而是依靠材料中的正負(fù)電荷復(fù)合來發(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 們在 21世紀(jì)內(nèi)就會瀕臨枯竭，產(chǎn)生能源危機，還會造成全球的 環(huán)境問題。 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)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(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)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 關(guān)鍵詞 太陽能電池 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