【正文】 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。 BUCK 電路中開關(guān)管導(dǎo)通的占空比的改變，對光伏陣列而言表現(xiàn)為其輸出阻抗發(fā)生了變化，輸出阻抗的變化將影響光伏陣列的輸出特性。 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。 充電控制電路采用單路旁路型充電控制形式，即 MOSFET 管 VT1 串聯(lián)在太陽能電池陣列的輸出端，通過 VT1 進(jìn)行脈寬的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對蓄電池的充電管理及 保護(hù)。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 22 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(fèi)硬件資源，因而外部擴(kuò)展時鐘可以很好地解決硬件資源有限的問題。 圖 紅外發(fā)射電路 infrared emission circuit 紅外發(fā)射由 單片機(jī)內(nèi)部的定時計數(shù)器產(chǎn)生 38kHZ 的信號經(jīng)過三極管放大信號再由紅外發(fā)射管發(fā)出信號，最后由紅外一體接收頭接收信號。紅外光是脈動式紅外光束，對射無法傳輸很遠(yuǎn)距離。紅外對射全名叫“光束遮斷式感應(yīng)器”(Photoelectric Beam Detector)，其基本的構(gòu)造包括瞄準(zhǔn)孔、光束強(qiáng)度指示燈、球面鏡片、LED 指示燈等。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。采 用的光敏二極管 管芯是一個具有光敏特征的 PN 結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。 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。但是該方案有一 定局限性：當(dāng)同時通過的人數(shù)不止一個就可能難以檢測人數(shù)到底是多少?？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(jī)作為控制核心。 紅外檢測器分為熱電檢測器和光檢測器兩類。 在實(shí)際應(yīng)用中，可以對比多種方案，綜合考慮。該方案主要工作方法是由聲控和光控傳感器畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 19 來感應(yīng)周圍環(huán)境的變化，而做出相關(guān)的動作，從而控制照明燈的開關(guān)。（ 4)夜晚 12 點(diǎn)以前：為了滿足照明 需求，此時設(shè)計此時 LED 滿功率工作。而且延長 LED 照明時間 從而可以調(diào)配蓄電池能量使得系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)，有效。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： C—— 蓄電池容量， A 式 中： Cˊ—— 蓄電池容量， kW 除了以上介紹的分階段充電法 外，目前使用的另外一種重要的蓄電池充電方式就是脈沖式充電，利用脈沖式充電不僅充電效率高，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電。第一階段以 Ibl 恒流充電，當(dāng)電壓達(dá)到 Ebl 時轉(zhuǎn)入第二階段。在大多數(shù)的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，都是由 CPU 來監(jiān)測并控制蓄電池的充放電過程，較多采用分階段法來優(yōu)化充電過程。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。一般在選蓄電池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能電池峰值電流的 25 倍，則蓄電池在充電時就不會造成失水。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達(dá)到蓄電池所剩容量占正常額定容量的 20％ 。對于負(fù)載畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 16 的變化，可通過光伏發(fā)電控制系統(tǒng)來完成。隨著溫度的升高，電池的光電轉(zhuǎn)換效率會下降。研究和實(shí)驗(yàn)表明，太陽能電池工作溫度的升高會引起短路 電流的少量增加，并引起開路電壓發(fā)生嚴(yán)重降低。光電轉(zhuǎn)換效率隨溫度的增加而下降。對于不同波長的入射太陽光之不同波長光分量，硅型光伏電池有不同的靈敏度，能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的太陽輻射波長范圍一般在 ~ 左右的范圍內(nèi)，不論是波長小于 太陽光分量輻射，還是 波長大于 的太陽光分量輻射，都不能使硅型光伏電池產(chǎn)生光生電流，而硅型光伏電池光譜響應(yīng)最大靈敏度在 ~。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。從圖可知，太陽能光伏陣列的輸出短路電流(Isc)和最大功率點(diǎn)電流 (Im)隨日照強(qiáng)度的上升而顯著增大，也就是說，雖然日照的變化對陣列的輸出開路電壓影響不是那么大，但對為電流與電壓相乘的結(jié)果 —— 最大輸出功率來說，變化顯著，如圖 中虛線與 各實(shí)線的交點(diǎn)所示。 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。 （ 5）太陽電池組件的功率為 （ I1+I2） 18=（ +） 18=160Wp。式中 為蓄電池放電深度， 為蓄電池安全系數(shù)。 根據(jù)以上資料，計算出光伏組件傾斜角 26 度，標(biāo)準(zhǔn)峰值時數(shù)約 小時。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。太陽能路燈設(shè)計是新生事物，太陽能電池選擇、蓄電池選擇、抗風(fēng)計算等應(yīng) 盡快制定標(biāo)準(zhǔn)，以利提高太陽能路燈設(shè)計水平，促進(jìn)太陽能照明發(fā)展。提高無鉛污染的蓄電池利用率是一項艱巨任務(wù)。（ 2）降低太陽能電池價格減低太陽能電池價格，是推廣太陽能路燈的途徑之一。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。筆者認(rèn)為 LED 作為太陽能路燈的光源將是一種趨勢。（ 3）無極燈：功率小，光效較高。具體的應(yīng)用 :太陽能 LED 燈、HID 燈、無極燈路燈功率多在 70W 以下，個別在 100W 以上，一般用在支路和人行道照明。此形式適合新建太陽能路燈工程。 光源和應(yīng)用 太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標(biāo)，一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、 LED 光源。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 (4)使用壽命。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。注意蓄電池防盜。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。小型系統(tǒng)采用，要大力提倡）目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳銘蓄電池三種。（ 1）類型選擇。理論上講，使用 MPPT 控制器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)會比傳統(tǒng)的效率提高 50%，但是跟據(jù)我們的實(shí)際畢業(yè)設(shè)計 (論文 )網(wǎng) : 10 測試，由于周圍環(huán)境影響與各種能量損失，最終的效率也可以提高 20%~30%。它會根據(jù)發(fā)動機(jī)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(yùn)行。傳統(tǒng)的太陽能充放電控制器就有點(diǎn)象手動檔的變速箱，當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速增高的時候，如果變速箱的檔位不相應(yīng)提高的話，勢必會影響車速。 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。 ) (h) 西寧 Φ +1 ?？? Φ +12 蘭州 Φ +8 南寧 Φ +5 銀川 Φ +2 成都 Φ +2 西安 Φ +14 貴陽 Φ +8 上海 Φ +3 昆明 Φ 8 南京 Φ +5 拉薩 Φ 8 合肥 Φ +9 太陽能控制器 無論太陽能燈具大小，一個性能良好的充電放電控制器是必不可少的。 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。所謂標(biāo)準(zhǔn)條件，接近平時晴天中午前后的太陽光照條件。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?。本課題主要研究的也是硅太陽能電池。 各地應(yīng)根據(jù)本地照明要求和氣候條件進(jìn)行太陽能路燈設(shè)計 。從而實(shí)現(xiàn)太陽能照明系統(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能照明系統(tǒng)效率，延長蓄電池的壽命，并實(shí)現(xiàn)人性化的集中遠(yuǎn)程管理。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(diǎn)亮路燈。根據(jù)提出的系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容和目標(biāo)，本文給出整個系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃，并且對于系統(tǒng)的各個模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行元件選型。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(diǎn)亮的數(shù)量。要求實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)道路行人的數(shù)量進(jìn)行路燈亮度的調(diào)節(jié)，而達(dá)到節(jié)能的目的。系統(tǒng)能夠自動分析系統(tǒng)故障，給出故障相關(guān)信息。我國臺灣地區(qū)也設(shè)立了“次世紀(jì)照明光源開發(fā)計劃 ，大力發(fā)展半導(dǎo)體發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)，該計劃投資約 6～ 10 億新臺幣，有 14 個企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)參加。而有“綠色照明光源’’之稱的 LED，由于其獨(dú)有的節(jié)能、壽命長、免維護(hù)、易控制、環(huán)保等特點(diǎn)，已成為各國積極發(fā)展的方向。 LED 的研究和發(fā)展 LED 是英文 LightEmitting Diode 的縮寫 ,譯為發(fā)光二極管 ,屬于固態(tài)光源。 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 20xx 年以前中國太陽能電池多數(shù)是用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，從 20xx 年到 2020 年，中國光伏發(fā)電的市場主流將會由獨(dú)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)。以 3 年產(chǎn)量增長45 倍，產(chǎn)能增長 125 倍而成為全球發(fā)展最快的國家。 20xx～ 20xx 年，歐洲太陽能光伏裝機(jī)容量將達(dá) 6000～ 7000MW，每年均高于 1500MW。 20xx 年世界光伏電池生產(chǎn)企業(yè)總產(chǎn)能達(dá)到 1000MW 以上。 太陽能技術(shù)研究的現(xiàn)狀及發(fā)展 太陽能是一種巨大、久遠(yuǎn)、無盡且對環(huán)境無污染的能源。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。 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(kuò)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。相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)。 國內(nèi)外的研究現(xiàn) 狀及發(fā)展方向 單片機(jī) 現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟(jì)從資本經(jīng)濟(jì)帶入到知識經(jīng)濟(jì)時代。發(fā)展太陽能科技可減少在發(fā)電過程中使用礦物燃料，從而 減輕空氣污染及全球暖化的問題。 課題意義 隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求日益擴(kuò)大，能源短缺問題已經(jīng)成為影響中國經(jīng)濟(jì)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。但是核裂變能也存在一些問題，如投資大，技術(shù)要求高，大量核廢料難以處置，以及安全性較低等，以致目前不能廣泛應(yīng)用。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。而能源問題更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏，更嚴(yán)重的是化石能源的開發(fā)利用和不加限制的消耗極大地污染了人類賴以生存的環(huán)境，誘發(fā)溫室效應(yīng)、酸雨 ，引起疾病、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)等嚴(yán)重問題。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(jī)，在 21 世紀(jì)初進(jìn)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。 關(guān)鍵詞 ： 太陽能；路燈控制；傳感器；蓄電池 Design of Energysaving Solar Street Light Using LED Based on MCU Student: Tutor: Abstract: According to the characteristics of solar LED street light control system, the article introduces the research significance, solar LED street light’ status, development and main techniques, and the design process of the solar LED street light control system is analyzed. The article presents the desig