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摘要随着全球范围内的能源危机和环境污染问题的日益严重,利用绿色环保的新能源成为科研工作者关心的课题,光伏能源就是在这一背景下得以迅速发展,照明系统正是光伏能源的一个重要应用传统的光伏照明系统存在很多不足,如何应用新技术进行革新是本论文所要解决的问题在传统的光伏照明充电系统中,通常简单的将太阳能电池板与蓄电池直接相连,这将导致太阳能电池板的工作点偏离最大功率点,不能有效利用太阳能电池板的可输出功率;蓄电池因缺乏容量管理而出现过充电或者过放电,造成寿命缩减;传统系统往往欠缺电路主要节点工作状态的远程智能检测、对照明时间和LED亮度等参数的实时调节等功能为了解决传统太阳能照明充电系统效率不高、蓄电池寿命短和智能化程度低等问题,本课题设计了一种新型的基于AVR单片机的太阳能照明控制系统,采用UC3906实现蓄电池充电电路,独立的BOOST电路分别驱动两组LED试验证明,该系统能够实现按照预定参数在三个阶段以不同方式对蓄电池充电,能够准确控制路灯的开启关键词太阳能电池蓄电池LEDAVRAbstractAstheenergycrisisandenvironmentpollutionhasbeenaworldwideproblemhowtomakeuseofthenewgreenenergyresourcesisataskcaredbyscientists.Photovoltaicenergyhasbeengreatlydevelopedundersuchabackgroundandlightingsystemisoneofitsmostimportantapplications.Therearemanyshortcomingsintraditionalphotovoltaiclightingsystemssothispaperpresentssomepointsabouthowtoreformthetraditionalsystem.Intraditionalsystemsthephotovoltaicbatteryisconnectedtothelead-acidbatterydirectly.Thissimpleconnectionwillresultinawasteinthephotovoltaicenergyastheoperatingpointisoftennotaccuratelythemaximumpowerpoint.Thelead-acidbatteryisusuallynotmanagedaccordingtoitscapacitystatusintraditionalsystemssothisresultsinshortbatterylife.LackofthefunctionofremotemonitoringofthemainnodesadjustingtheLEDworkingtimeandparametersisanotherproblem.Tosolvetheproblemoflow-efficiencyshortbatterylifeandlowextentofintellectualizationthispaperdesignsanewphotovoltaiclightingsystembasedontheAVRmicro-controller.AdoptingUC3906tochargethelead-acidbatteryandBOOSTtopologyfor2groupLEDchannels.TheexperimentresultsshowthatthenewsystemrealizesMaximumPowerPointTrackingchargesthebatteryinthethreestagesaccordingtothegivenparametersswitchesonandofftheLEDaccurately.Keywordsphotovoltaicbatterylead-acidbatteryLEDAVR毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意作者签名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容作者签名 日 期 学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文涉密论文按学校规定处理作者签名日期年月日导师签名日期年月日目录TOC\o1-3\h\z\u摘要IAbstractII第1章绪论
11.1设计目的和意义
11.2国内外相关技术发展概况
21.3本文的设计指标
31.4设计方案3第2章太阳能LED路灯的光伏系统
52.1太阳能路灯
52.2太阳能电池原理及构造
72.3太阳能电池组件设计9第3章蓄电池充电与LED路灯控制技术
113.1蓄电池主要参数
113.2蓄电池的充电
123.
2.1蓄电池的充电方式
123.
2.2蓄电池的充电拓扑结构
133.
2.3基于UC3906的蓄电池充电器
143.3蓄电池组容量设计
193.4辅助电源设计
203.5基于AVR的太阳能LED路灯控制器的设计
253.
5.1太阳能LED路灯控制器的功能
253.
5.2基于AVR单片机的智能控制器
253.
5.3太阳能路灯系统的软件设计35第4章LED固态光源与驱动技术
394.1LED光源的特点
394.2LED的光学特性
414.3白光LED驱动技术
414.
3.1白光LED驱动电源的分类及连接方式
414.
3.2白光LED恒流驱动电路
434.4LED照明设计52第5章结论53致谢54参考文献55附录一57附录二58千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章绪论
1.1设计目的和意义随着社会生产的日益发展,对能源的需求量在不断增长,全球范围内的能源危机也日益突出传统的能源,尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更是有限,不合理地使用传统能源,它们在21世纪内就会濒临枯竭,产生能源危机,还会造成全球的环境问题大量使用化石能源已经开始造成全球变暖,燃煤会通过煤渣和烟尘放出大量有化学毒性的重金属和放射性物质随着化石能源的减少,其价格也会提高,这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高人类在开发利用能源的历史长河中,以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期,仅是一个不太长的阶段,它们终将走向枯竭而被新的能源所取代人类必须及早寻求新的替代能源研究和实践表明,太阳直接辐射到地球的能源丰富,分布广泛,可以再生,不污染环境,是国际社会公认的理想替代能源太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能,广义地说,太阳能包含以上各种可再生能源近年来太阳能的利用得到了世界各国的广泛关注,美国、日本、德国相继提出了“阳光计划”、“节能计划”等大力发展太阳能光伏发电技术
[1]LEDLightEmittingDiode,发光二极管是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件,不依靠灯丝发热来发光,而是依靠材料中的正负电荷复合来发光,能量转化效率非常高具有高效、节能、寿命长、免维护、环保等优点传统的光源功耗比较大,而且大多在高压下工作,使用升压逆变环节又降低了能源利用率,而LED采用低压直流供电,安全而且光源控制成本低LED的响应时间一般只有几纳秒至几十纳秒,使频繁开关,调节明暗成为可能而且LED作为全固态发光体,耐震、耐冲击不易破碎、发热量低、无热辐射、是冷光源、不含汞、钠元素等可能危害健康的物质,废弃物可回收、没有污染综上,太阳能发电的优点是能量随处可得,可循环使用;无污染,无噪音,属于清洁能源;建设周期短,维护简单,使用寿命长LED的优点是体积小,能耗低,电压低,发热少,控制简单,寿命长,冷光源太阳能光伏电池和LED同为半导体材料构成,又同为直流电、电压低并能相互匹配借助蓄电池,太阳能LED照明项目的优势在于将太阳能、LED光源按照实际需求进行结合使用,因地制宜,优势互补,发挥最大的能效
1.2国内外相关技术发展概况在国家可持续发展战略的推动下,太阳能产业从无到有、从小到大发展起来国内各大研究单位都对太阳能路灯作了详尽的研究,特别是近几年来,已经初步形成在“产业上规模、技术上水平、产品上档次和市场要规范”的产业发展思路引导下,太阳能产业得到了快速发展,如太阳能热水器、太阳能光伏电池技术日趋成熟,产品质量不断提高欧洲各国都在开辟通向持久能源的通道,影响他们决策的主要因素是环境保护、创造就业机会和能源供应的安全可靠,可再生能源技术在这些方面有着较大优势它对环境的影响最小、可替代部分常规能源、增加能源供应的安全性和可靠性它要求较大的设备投资、创造了更多的就业机会、有助于经济增长
[2]在欧洲大部分地区,环保的思路推动着替代能源技术的开发,太阳能被公认为是一种极好的替代能源它的利用有助于降低CO2的排放,因而达到保护环境,很多国家,如丹麦、芬兰、德国和瑞士,都认为气候变暖是推动太阳能研究开发、发展和销售活动的主要因素尽管受到常规能源的低价影响,在欧洲很多国家中,太阳能装置市场仍然持续增长虽然太阳能公司的数量在减少,但保留下来的公司都趋向于更具规模、更能抵御市场的波动在某些国家实行的电力公司私有化,可能提高他们将太阳能装置推向市场的兴趣在奥地利等国,自己动手建造集热器的活动,促进了太阳能装置的主动发展挪威已安装70000多套小型光伏装置,每年安装约5000套,大多数装置是为偏远小镇、山区和沿海地带度假旅社供电芬兰人每年也购买几千套小型40~100W光伏装置,用于消夏小屋国家石油公司Neste对进一步开发太阳能发电有着强烈的兴趣,重点为建筑物薄膜光伏组件、蓄电池和成套装置此外,有些国家在高性能太阳能发电窗、太阳能热水器、储能装置、透明隔热材料、日光照明和与建筑物结合的光伏装置等产品的商业化方面进行努力法国的太阳能设计师们,正在用“绿色设计”原则代替“太阳能”设计原则,就是要统筹考虑能源性能、安全材料的应用、日光照明、居住的舒适度和健康等因素这种新设计方法,将应用于Angers的法国环境保护和能源管理署的办公大楼
1.3本文的设计指标设计目标1完成电池电压、直流总电压、温度、电源状态等相关信息的采集功能,采用PWM技术实现充电控制;2掌握单片机的原理和使用方法,扩展电路的实现,编程方法,设计控制电路,保证电源稳定输出电压,电流、电压等保护功能,并有好的人机界面,设置、显示相关参数,抗干扰设计使系统稳定可靠;3给出相关的程序流程图和程序设计指标路灯功率为18W和9W,在不同时段可以选择不同的功率输出,不同时点亮,电池为一节24V电池,在太阳能不足时采用市电供电,以LED发光管为光源,变换器效率不低于85%,切换可以人工也可以自动,成本低于市面相关产品价格
1.4设计方案太阳能路灯系统由太阳电池组件、蓄电池组件组、市电旁路、智能控制器、高效节能直流灯、灯架、安装材料等组成蓄电池在白天的时候会接受充电,而晚上则会提供能量给LED灯LED灯的工作是通过控制器进行的,控制器在保证LED灯恒流工作的同时,也会监测LED灯的状态以及控制工作时间长短连续阴雨天以及蓄电池电能不足的情况下,为了防止蓄电池过放电,控制器会发出控制信号切断LED灯的供电回路控制器系统原理方框图如图1-1所示太阳能电池组件的输入经过一个开关MOS管KCHG连接到DC/DC变换器蓄电池充电电路,此变换器的输出连接到蓄电池两端实际电路里会先通过一个保险丝再连到蓄电池上加上KCHG有两个作用:一是防止太阳能电池输出较低时由蓄电池过来的反充电流;二是当太阳能电池组极性反接时起到保护电路的作用DC/DC变换器采用降压拓扑结构,拓扑结构的选择不仅考虑到太阳能电池组件最大功率点电压和蓄电池最大电压,还同时得兼顾效率和成本因LED需要恒流控制,考虑到蓄电池电压的波动范围以及LED的工作电压范围,在蓄电池和LED之间设置一个DC/DC变换器(LED驱动电路),设计电路中采用反激式拓扑结构来保证恒流输出反激式拓扑的效率一般没有升压或者降压电路高,如果要提升系统的效率,可以通过优化蓄电池电压与LED电压的关系,采用升压或降压电路,以提升效率并可能进一步减低成本整个控制器的控制是通过一个MCU来实现��DC/DCDC/DC驱动器OCPOVPOVP线性电源DC/DCJTAGDIP1~4MCUAVR单片机驱动器状态显示
3.3V太阳能板充电器蓄电池LED驱动电路LED图1-1太阳能与电能的智能型路灯控制系统原理第2章太阳能LED路灯的光伏系统
2.1太阳能路灯
1.太阳能路灯构成及光源太阳能路灯利用太阳能电池的光生伏打效应原理,白天太阳能电池吸收太阳能光子能量产生电能,通过控制器储存在蓄电池里,当夜幕降临或灯具周围光照度较低时,蓄电池通过控制器向光源供电,设定的时间到后控制器切断光源电源太阳能路灯由以下几个部分构成太阳能电池组件、太阳能控制器、蓄电池、太阳能路灯光源、灯杆及灯具外壳、线缆和连接紧固辅件在传统的太阳能照明充电系统中,通常用防电流倒灌二极管将太阳能电池板与蓄电池直接相连,这将导致太阳能电池板的工作点偏移,而未有效利用太阳能板的可输出功率;蓄电池因缺乏能量智能管理而出现过充电或者深度放电,造成寿命缩减;传统的系统往往欠缺电路主要节点工作状态的智能检测、对照明时间和LED亮度等参数的实时调节等功能为了解决传统太阳能照明充电系统效率不高、蓄电池寿命短和智能化程度低等问题,要设计一种新型的基于控制器的太阳能照明控制系统,以满足太阳能照明系统的高效率充电,蓄电池的安全运行,以及实现集中化的对区域内路灯故障的准确诊断和调试系统不同工作状态的控制转换和蓄电池能量管理需要由以单片机为核心的控制电路实现状态控制电路通过状态互锁避免误动作,保证照明系统工作的稳定性通过监测系统工作状态和统计蓄电池电量选择系统的工作方式,防止对蓄电池过充电和深度放电,同时尽可能满足照明需求太阳能照明系统工作在充电状态时,一方面希望能保持太阳能电池输出功率最大,一方面又要考虑到蓄电池不同容量时的充电电流承受能力因此,根据蓄电池的不同状态,充电电路应采取不同策略进行充电控制整个系统包括控制器、太阳能电池、蓄电池组和LED系统各部分容量的选取配合,需要综合考虑成本、效率和可靠性与照明负载配合,考虑到连续阴天的情况,对系统容量留出一定裕度太阳能电池是太阳能照明系统的输入,为整个系统提供照明和控制所需电能在白天光照条件下,路灯熄灭,太阳能电池将所接收的光能转换为电能,经充电电路对蓄电池充电;天黑后,太阳能电池不再供电,充电器停止工作,转而进入蓄电池放电阶段,点亮路灯蓄电池作为太阳能照明系统的储能环节,白天将太阳能电池输出的电能转换为化学能储存起来,到夜间再转换回电能输出到照明负载全天中控制器的电源一直由蓄电池供给控制系统以单片机为核心,实现蓄电池容量检测和蓄电池充电精确控制以及集中化的对区域内路灯故障的准确诊断和调试从而实现太阳能照明系统在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求提高太阳能照明系统效率,延长蓄电池的寿命太阳能LED路灯系统包括太阳能电池、充电控制器、蓄电池以及LED驱动各个模块只有详细了解了系统各部分的特性才可能对系统进行必要的控制和管理
2.太阳能路灯的优势太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用VRLA蓄电池存储电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性能可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无须铺设电缆电线、无须交流电能和电费、采用直流供电、光敏控制、安装可靠、节能、经济、环保、实用(根据配置和型号不同,充电一天可供3~7个阴雨天使用),是未来户外照明的发展方向太阳能灯具利用太阳能电池组件发电,蓄电池储电,控制器控制蓄电池的充放电来工作控制器分为光控+时控两种白天,当阳光照射到太阳能电池组件表面时,太阳能电池的光伏效应产生电能通过控制器对蓄电池进行充电;夜晚,光线逐渐减弱,太阳能电池的工作电压、工作电流不断下降,当工作电压小于控制器设定电压时,控制器启动负载,此时太阳能灯点亮,当设定的时间到达或环境光线过强时控制器自动关闭负载,太阳能电池充电开始,由此不断循环
2.2太阳能电池原理及构造
1.太阳能电池原理1太阳能电池光伏效应太阳能不像煤和石油一样用交通工具进行运输,而是应用光学原理,通过光的反射和折射进行直接传输,或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输直接传输适用于较短距离,基本上有三种方法通过反射镜及其它光学元件组合,改变阳光的传播方向,达到用能地点;通过光导纤维,可以将入射在其一端的阳光传输到另一端,传输时光导纤维可任意弯曲;采用表面镀有高反射涂层的光导管,通过反射可以将阳光导入室内间接传输适用于各种不同距离将太阳能转换为热能,通过热管可将太阳能传输到室内;将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料,通过车辆或管道等可输送到用能地点;空间电站将太阳能转换为电能,通过微波或激光将电能传输到地面太阳能电池主要由半导体硅制成半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间,在半导体上照射光后,由于其吸收光能会激发出电子和空穴正电荷,从而半导体中有电流流过,这可称为“光发电效应”或简称“光伏效应”下面就硅晶体做成的半导体加以说明众所周知,掺有磷杂质的硅含有多余电子,称为N型半导体;掺有硼杂质的硅含有多余正电荷,称为P型半导体若将两者结合,称为PN结,这就是半导体器件的最基本结构太阳能电池同样是利用了PN结的光伏效应在PN结中,P型半导体的电子受到拉力,N型半导体的正电荷受到拉力,在结合处形成正负抵消的区域,形成阻挡层此时,如有光照射,则激发电子自由运动流向N型半导体;正电荷则集结于P型半导体,从而产生了电位势如果外接灯泡负荷,就有电流流动
[3]2硅太阳能电池工作原理及结构硅原子有14个电子,分布在三个电子层上,里面的两个电子层均已填满,只有最外层缺少四个电子为半满为了达到满电子层稳定结构,每个硅原子只能和它相邻的四个原子结合成共用电子对,平面看起来就像所有的原子都是手挽手,交错连接形成它特有的晶体结构,把每个电子都固定在特定的位置上,不能像铜等良导体中的自由电子那样自由移动,因此,也就决定了硅不是电的良导体实际用于太阳能电池的硅是经过特殊处理的,也就是采取了掺杂工艺N型半导体中含有较多的空穴,而P型半导体中含有较多的电子当P型和N型半导体结合在一起时,在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层,界面的P型一侧带负电,N型一侧带正电这是由于P型半导体多空穴,N型半导体多自由电子,出现了浓度差N区的电子会扩散到P区,P区的空穴会扩散到N区,一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”,从而阻止扩散进行达到平衡后,就形成了这样一个特殊的薄层,这就是PN结当掺杂的硅晶片受光后,PN结中,N型半导体的空穴往P型区移动,而P型区中的电子往N型区移动,从而形成从N型区到P型区的电流然后在PN结中形成电势差,这就形成了电源由于半导体不是电的良导体,电子在通过PN结后,如果在半导体中流动,电阻非常大,损耗也就非常大如果在上层全部涂上金属,阳光就不能通过,电流就不能产生,因此一般用金属网格覆盖PN结(如梳状电极),以增加入射光的面积
[4]
2.晶体硅太阳能电池发展及方阵1晶体硅太阳能电池发展1839年,法国Becqueral第一次在化学电池中观察到光伏效应在太阳能能电池的整个发展历程中,先后出现过各种不同结构的电池,其中同质PN结电池结构自始自终占主导地位,其他结构对太阳能电池的发展也有重要影响由于科技的进步,晶圆厚度、切割技术、晶圆尺寸,以及晶圆价格,均有了长足的改善2晶体硅太阳能电池方阵太阳能电池单体是光电转换的最小单元,太阳能电池单体的工作电压约为
0.5V,工作电流为20~25mA/cm2,一般不能单独作为电源使用将太阳能电池单体进行串、并联封装后,就成为太阳能电池组件,其功率一般为几瓦至几十瓦,是可以单独作为电源使用的最小单元太阳能电池再经过串、并联组合安装在支架上,就构成了太阳能电池方阵,可以满足负载所要求的输出功率,如图2-1所示单体组件方阵图2-1太阳能电池单体、组件和方阵常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成,在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线,下表面是金属层硅片本身是P型硅,表面扩散层是N区,在这两个区的连续处就是所谓的PN结PN结形成一个电场太阳能电池的顶部被一层抗反射膜所覆盖,以减少太阳能的反射损失
[5]3太阳能电池组件太阳能电池组件的作用是将太阳的光能转化成电能后,输出直流电存入蓄电池中太阳能电池组件是太阳能光伏系统中最重要的部件之一,其转换率和使用寿命是决定太阳能电池是否具有使用价值的重要因素太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵,亦称太阳能电池阵列太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关,面积越大,在相同光照条件下的输出功率也越大太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量太阳能电池组件由以下材料组成
[6]电池片、钢化玻璃、EVA、TPT、镀锡铜带、密封胶、接线盒、边框
2.3太阳能电池组件设计根据设计指标要求,为满足功率18W的LED每天工作十小时,保证连续3~5个阴雨天持续工作,太阳能电池板每天接收6小时1000W/m2强度太阳光,电池板吸收太阳能量到LED的功率损耗为20%太阳能电池组件的电气参数设定如下LED按5天每天工作十小时计算,消耗能量P1=18×50×3600=3240000J太阳能电池板所需功率P2=P1/
0.8=4050000JW=P2/6/3600=
187.5W组件选用180W,可提供30V充电电压的排布方式
[7]第3章蓄电池充电与LED路灯控制技术
3.1蓄电池主要参数了解蓄电池主要参数的物理意义是光伏照明系统中有效使用蓄电池的前提之一,其具体参数如下1.蓄电池体内电动势电动势为蓄电池在理论上输出能量多少的亮度一般来说,在相同的条件下,电动势愈高的蓄电池,输出的能量愈大,使用价值愈高理论上,蓄电池的电动势等于组成蓄电池的两个电极的平衡电动势之差2.开路电压与工作电压蓄电池在开路状态下的端电压称为开路电压其值等于蓄电池的电动势蓄电池接通负荷后在放电过程中显示出来的电压,亦称负载电压或放电电压在蓄电池放电初始时的工作电压称为初始工作电压3.蓄电池的容量蓄电池在一定放电条件下所能给出的电量称为蓄电池的容量,该容量是蓄电池能放出电量的总和常用单位为安培小时,简称安时Ah4.蓄电池内阻电流通过蓄电池内部时受到各种阻力,使蓄电池的电压降低,该阻力总和称为蓄电池的内阻蓄电池内阻是一个综合参数,是活性物质、电介质、隔膜、电极接头等所有蓄电池内部电阻之和蓄电池内阻不是参数,因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变,所以蓄电池内阻在放电过程中随时间也在不断变化5.蓄电池的能量蓄电池的能量是指在一定放电制度下,蓄电池所能给出的电能,通常用瓦时表示,它也表示蓄电池放电的能力6.蓄电池功率与比功率蓄电池的功率是指在一定放电制度下,单位时间内所给出能量的大小,单位为W瓦或KW千瓦单位质量蓄电池所能给出的功率称为比功率,单位为W/g或KW/g蓄电池比功率越大,表示可以承受的放电电流越大7.蓄电池的输出效率蓄电池的输出效率也称为充电效率光伏照明系统所选择的蓄电池应为可逆的蓄电池,实际的蓄电池都不能作为理想的储能器,在工作过程中必有一定的能量消耗,通常用容量输出效率和能量输出效率来表示
3.2蓄电池的充电
3.
2.1蓄电池的充电方式充电是蓄电池得以可持续工作的重要手段,也是光伏照明系统得以持续工作的必备条件充电设备和充电技术是做好充电工作的重要技术基础传统的充电方式可分为恒流充电、恒压充电及其它类型
[8]
[9]1.恒流充电恒流充电方式是一直以恒定不变的电流进行充电,该电流采用控制充电器的方法来达到这种通过控制充放电器维持电流的方法操作简单、方便,易于做到该充电方法特别适合于由多个蓄电池串联的蓄电池组要使蓄电池放电慢,且其容量易于恢复,最好采用这种小电流长时间的充电模式恒流充电方式的不足是开始充电阶段恒流值比可充值小,在充电后期恒流值又比可充值大;整个充电时间长,析出气体多,对极板冲击大,能耗高,充电效率不超过65%一般免维护的蓄电池不宜于使用此方法分段恒流充电是恒流充电的一种变型该方法是在充电后期,把电流减小,以避免充电后期电流过大通常按照光伏照明系统的要求以及蓄电池的特性来确定充电电流的大小、时间、转换电流的时刻以及充电终止的判断依据等2.恒压充电该方法主要针对每只单体蓄电池以某一恒定电压进行充电充电初期电流非常大,随着充电进行,电流逐渐减小,在充电终期只有很小的电流通过此方法比较简单,充电过程中不需要调整电流充电过程中析气量小,充电时间短,能耗低,充电效率可达80%如充电电压选择得当,可在数小时内完成充电其缺点是在充电初期,如果蓄电池放电深度过深,充电电流会很大,不仅危及充电器的安全,蓄电池也可能因过流而受到损伤;另一方面,如果充电电压选择过低,后期充电电流又过小,充电时间过长,不适宜串联数量多的蓄电池组充电;同时,蓄电池端电压的变化很难补偿,充电过程中对低电压蓄电池的完全充电也很难完成恒压充电一般应用在蓄电池组电压较低的场合3.恒压限流采用恒压限流的方法主要为弥补恒压充电的缺点在光伏照明系统的充放电器与蓄电池之间串联一个电阻当电流大时,其上的电压降也大,从而减小了充电电压;当电流小时,由于电阻上的电压降也很小,充电器输出电压降损失就小这样就自动调整了充电电流,使之不超过某个限度,充电初期的电流得到控制该方法的缺点是串联电阻将消耗部分电能4.快速充电快速充电一般使电流以脉冲方式输给蓄电池,并随着充电时间的延续,蓄电池有一个瞬时间的大电流放电,使其电极去极化它能在短时间内将蓄电池充足电,既不用恒流大电流,也不用较高的恒定电压,后两者都会使蓄电池很快升温,损伤电极和浪费电能快速充电由专用的充电器提供脉冲电流,它能保证充电时既不产生大量气体又不发热,从而达到缩短充电时间的目的快速充电是光伏照明系统中充电的主要模式之一5.智能充电智能充电是动态地自动跟踪蓄电池可接受的充电电流,使充电电流与蓄电池内部极化电流相一致,也称为最小损耗充电模式在常规的充电技术中,不能动态跟踪蓄电池的实际状态和接受充电电流大小智能充电系统由充电器与被充电蓄电池组成二元闭环电路,充电器根据蓄电池的状态确定充电参数,充电电流自始至终处在可接受的充电电流曲线附近,使蓄电池几乎在无气体析出条件下充电,做到既节约用电又对蓄电池无损伤该充电方式的实施需要知道蓄电池接受充电电流曲线,智能充电是光伏照明系统中充电技术的发展方向
3.
2.2蓄电池的充电拓扑结构直流斩波电路,即DC/DC变换器的功能是通过控制主回路中的电子开关的通断,将直流电变为另一固定电压或可调的直流电直流斩波电路的种类较多,包括6种基本的斩波电路降压斩波电路BuckChopper、升压斩波电路BoostChopper、升压降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路,其中前两种是最基本的电路一方面这两种电路应用最为广泛,另一方面理解这两种电路可为理解其他电路打下基础
[10]
3.
2.3基于UC3906的蓄电池充电器UC3906作为VRLA蓄电池充电专用芯片,它具有实现VRLA蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能更重要的是它能使充电器各种转换电压随VRLA蓄电池电压温度系数变化而变化,从而使VRLA蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态UC3906内部框图如图3-1所示该芯片内含有独立的电压控制回路和限流放大器,它可以控制芯片内的驱动器该驱动器的输出电流可达25mA,可直接驱动外部串联调整管,从而调整充电器的输出电压和电流电压和电流取样比较器用来检测蓄电池的充电状态,并且控制充电状态逻辑电路的输入信号当电池电压或温度过低时,充电起动比较器控制充电器进入涓流充电状态另外,当芯片内的驱动器无输出时,该比较器还能输出25mA涓流充电电流这样,当电池短路或反接时,充电器开始只能输出很小的充电电流,可以避免因充电电流过大而损坏电池UC3906的一个非常重要的特性是基准电压随环境温度而变,并且变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致因此,在很宽的温度范围0~70℃内,都能精确地检测环境温度,保证电池既充足电又不会严重过充电UC3906的电源电流只有
1.7mA,芯片的功耗很小该芯片中,还有欠压检测电路当电源接通后,欠压检测电路还能使逻辑电路输出信号指示输入电源已经接通在过充电终止输入端加入控制信号,可以终止过充电状态,在过充电指示输出端加入外接元件,可以监控电他的过充电状态图3-1UC3906内部结构表3-1和3-2分别介绍了UC3906的管脚功能和电气参数
[11]表3-1UC3906管脚功能管脚名称功能描述1脚C/SOUT电流取样放大器输出端2脚C/S-电流放大器反相输入端3脚C/S+电流放大器同相输入端4脚C/L限流比较器反相输入端5脚+Vin输入电源正极6脚GROUND接地端7脚POWERINDICATE电源指示8脚OVER-CHARGETERMINATE过充电终止9脚OVER-CHARGEINDICATE过充电指示10脚STATELEVELCONTROL状态电平控制11脚TRICKLEBIAS涓流输出12脚CHARGEENABLE起动比较器反相输入端13脚VOLTAGESENSE电压取样14脚COMPENSATION补偿15脚DRIVERSOURCE驱动电流输出16脚DRIVERSINK驱动电流输表3-2UC3906的电气参数输入电压40v集电极开路输出电压40v放大器和比较器输入电压-
0.3v~40v过充电终止端输入电压-
0.3v~40v电流取样放大器输出电流40mA涓流输出端输出电流40mA驱动级最大产生电流40mATa=25℃1000mA工作结温-55~150℃焊接温度300℃
1.充电参数的确定使用UC3906构成的充电器只需很少的外部元器件就可以实现对VRLA蓄电池的快速精确充电图3-2所示是一个充电器基本电路由Ra、Rb、Rc组成电阻分压网络,用来检测蓄电池的充电电压,通过与精确的参考电压(Vref)相比较来确定充电电压、过充电压和浮充电的阈值电压图3–2充电器基本电路VRLA铅酸蓄电池的一个充电周期按时间可分为三种状态,即大电流快速充电状态、可控过充电状态和浮充电状态其充电的技术参数主要有浮充电压VF、过充电电压VOC,最大充电电流Imax、过充电终止电流IOCT等它们与Ra、Rb、Rc、Rs之间的关系可以从下面的公式反映出来3-13-23-33-4其中,VF、VOC和Vref成正比Vref的温度系数为-
3.9mV/℃,Imax、IOCT、VOC、VF可以独立设置在输入电源允许或功率管可以承受的条件下,Imax的值可以尽可能地大虽然某些充电器有过充电保护电路,充电率可以达到甚至超过2C,但是铅酸蓄电池厂商推荐的充电率范围是C/20~C/3IOCT的选择应尽可能地使VRLA蓄电池接近100%的充电根据式3-3和式3-4可知,Imax和IOCT分别由电流限制放大器和电流检测比较器的偏置电压和检测电流的电阻Rs决定,从式(3-1)、(3-2)可知,VF、VOC的值由内部参考电压Vref和外部电阻Ra、Rb、Rc组成的分压网络所决定
[12]
2.实际应用电路采用专用蓄电池充电管理芯片UC3906设计太阳能充电控制器,控制器由太阳能组件与市电切换电路(如图3-3所示)、充电电路如图3-4所示、放电电路三部分组成切换电路太阳能电池接在常闭触点,继电器线圈受三级管Q4控制,当太阳能电池受光照时,Q4导通而Q3截止,使得继电器线圈绝大部分时间不耗电在蓄电池容量不足,太阳能电池不受光照射时,Q4截止而Q3导通,交流电经常开触点送出
[13]图3-3太阳能与市电切换电路充电电器用LM2903接成迟滞电压比较器,可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡组成过放电压检测比较控制电路电位器起设定过放电压的作用
[14]可调三端稳压器LM317给LM2903提供稳定的8V工作电压图3-424V80Ah铅酸蓄电池开关型智能充电器电路图
3.3蓄电池组容量设计太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下,其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化它的容量比负载所需的电量大得多
[15]蓄电池提供的能量还受环境温度的影响为了与太阳能电池匹配,要求蓄电池工作寿命长且维护简单
1.蓄电池的选用能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多,目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池,因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大,所以主要适于有维护能力或低档场合使用碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能,但由于其价格较高,仅适用于较为特殊的场合
2.蓄电池组容量的计算在一年内,方阵发电量各月份有很大差别方阵的发电量在不能满足用电需要的月份,要靠蓄电池的电能给以补足;在超过用电需要的月份,是靠蓄电池将多余的电能储存起来所以方阵发电量的不足和过剩值,是确定蓄电池容量的依据之一同样,连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得所以,这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一因此,蓄电池的容量BC计算公式为BC=A×QL×NL×TO/CCAh式中A为安全系数,取
1.1~
1.4之间;QL为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数;NL为最长连续阴雨天数;TO为温度修正系数,一般在0℃以上取1,-10℃以上取
1.1,-10℃以下取
1.2;CC为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取
0.75,碱性镍镉蓄电池取
0.85
[15]以此套太阳能路灯的方案为例,应用地点温度存在低于-10℃以下的情况,蓄电池电压为24V,LED功率为18W,每天工作10h,连续阴雨天为5天,蓄电池组容量为BC=A×QL×NL×TO/CCAh=
1.2×18/24×10×5×
1.2/
0.75=72Ah选用24V,80Ah的铅酸免维护蓄电池可满足需求
3.4辅助电源设计采用UC3842单端脉宽调制器制作的小功率开关电源,在单端反激式开关电源中,高频变压器的设计计算式核心工作,设计时,要保证电源的调整率和对线圈的漏感要求,还要对高频变压器的外形尺寸及整个成本进行综合考虑UC3842内部结构图如图3-5所示�1�
5.0V参考电压Vcc欠压锁定Vref欠压锁定锁存脉宽调制器振荡器11误差放大器Vref814RtCt4735Vcc712Vc输出6
(10)电源地5
(8)电流检测输入+-RR电压反馈输入23输出补偿地5
(9)7
(11)图3-5UC3842内部结构图采用集成电路脉冲宽度调制器设计制作开关稳压电源(如图3-6所示)具有效率高、省时、省力、成本低、速度快的特点其设计的主要过程就是根据使用目的、要求设计开关电源的整体方案,选择变换器电路的结构然后,选择集成电路,设计输入部分电路、高频变压器和输出整流滤波电路,而最中心的工作就是设计计算高频变压器设定工作频率为68KHz,启动电阻R63为
6.8K,启动电容C28为100μF设计功率输出20W,+15V输出
0.8A,-15V输出
0.8A,+5V输出1A采用单端反激设计,利用Tl431对5V进行反馈,实现稳压功能本文给出高频变压器计算图3-6小功率开关电源电路图第1步计算初级电感峰值电流假设在最高输入电压DC30V时,最大占空比为=
0.75,由于最低输入电压为DC
19.2V,所以,(3-5)其中2V为输出电压纹波和整流器压降所以,根据变压器初级电流的峰值公式计算峰值电流为(3-6)这个初级电感的峰值电流也为我们确定功率开关晶体管的最大集电极电流提供了依据第2步确定最小占空比最大输入直流电压经直直变换后的电压为(3-7)(3-8)根据公式计算(3-9)所以,当输入直流电压在
19.2VVin30V范围内,变换器将工作在占空比的范围是
0.063δ
0.75之间第3步计算变压器初级电感量由公式可得(3-10)所以,初级电感量为68µH(式中是根据公式及图中给出的数值计算出来的)第4步选择磁芯及确定骨架尺寸在这里,我们可以参照下述经验公式进行计算,一般磁芯输出功率和磁芯截面积的经验关系式为设Pt=20W则Ae=
0.671(cm2)Ae为变压器磁芯的有效截面积;Pt为高频变压器的输入输出功率的平均值选择TDKE128型磁芯、其Ae=
1.
210.671(cm2),可以满足设计要求第5步计算空气隙Lg通过查TDKE128型磁材的饱和系统密度Bsat=4000×10-4T,100℃时,为了使变压器工作在低磁损状态,选工作最大磁通密度Bmax=1100×10-4T由公式可得(3-11)第6步计算变压器初级线圈匝数N1由公式可得(3-12)第7步利用公式计算各次级线圈绕组
(1)计算自馈绕组N2(3-13)
(2)计算5V直流输出绕组N3(3-14)
(3)计算15V直流输出绕组N4(3-15)-15V选择与此相同匝数此方案由光电耦合器送给控制芯片,进行脉冲宽度调整,并使输出电压稳定,由于采用了光电隔离器件,使输出部分与输入部分线路完全实现了隔离
3.5基于AVR的太阳能LED路灯控制器的设计
3.
5.1太阳能LED路灯控制器的功能太阳能电池将吸收的光能转换成电能而通过充放电控制器对蓄电池充电,同时供给负载用电充放电控制器的功能主要有两个一个是对蓄电池的充放电过程进行保护,以避免蓄电池有过充或过放的情形发生,而蓄电池的任务则是储能,以便在夜间或阴雨天供给负载用电;另一个是提供稳定的直流电压源给直流负载使用太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最重要的部件,也是与各种路灯系统最大的区别所在控制器设计的性能如何,决定了一个太阳能光伏系统运行情况的优劣所以设计功能完备,结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的
[16]控制器需要实现的功能有天黑时自动关灯;在蓄电池电量不足时,自动断开负载,防止蓄电池过放电;并要具有短路保护,反接保护等控制器不仅担负对整个系统的状态控制,还得确保系统的安全运行控制器的合理设计,既是完美充电过程的保证,也是系统寿命的保障,同时还为系统提供保护功能太阳能LED路灯控制器的主要功能包括两个方面蓄电池充电以及蓄电池给LED供电
[17]
3.
5.2基于AVR单片机的智能控制器
1.AVR单片机的优势51单片机是ATMEL公司推出的经典产品,在控制领域被广泛的使用,是大家广泛熟悉的机型,89S52就是其代表产品本系统采用的ATMEGA16是AVR的8位单片机家族中的一款,将它的性能与广为人知的89S52作如下对比
(1)架构方面89S52是CISC(复杂指令集)架构,ATMEGA16是AVR系列单片机产品的一款高档机,RISC精简指令集架构能实现更优化的代码
(2)存储器资源方面89S52具有8KB的ROM(程序存储器)和256B的RAM(片内数据存储器),具备外部总线可以方便的扩展外部ROM和外部RAM;ATMEGA16具有16KB的ROM和1KB的RAM,不具备外部总线使得扩展ROM和RAM受到很大的限制,但是以本系统的规模,片内存储器资源已经足够,不需要扩展
(3)片载功能单元方面89S52不具备片上AD和PWM(脉冲宽度调制)单元;ATMEGA16具备最高10位的片上AD和灵活的PWM单元,另外,ATMEGA16具备的SPI接口方便了大容量存储器SD卡的直接扩展,为本系统的本地数据存储提供了方便ATMEGA16使用内建PWM模块直接生成PWM波,在8MHz内部RC振荡器下,ATMEGA16的内建PWM模块能够工作在7位精度下产生最高约64KHz的PWM波,精度和速度能满足系统要求
(4)稳定性方面89S52不具备片上WatchDog(看门狗),需要外部晶振;ATMEGA16具备片上WatchDog(看门狗),一旦发生死机能有效重启,而且ATMEGA16不需要外部晶振就可以工作,不使用外部晶振就杜绝了外部干扰对单片机核心系统的影响,这很大程度上提高了系统的稳定性,适合本系统这种控制器与开关电源单元在同一电路板上共存的应用
(5)运行速度方面与89S52不同,ATMEGA16不对系统时钟进行12分频,也就意味着ATMEGA16可以取得更高的运行速度
(6)代码可维护性方面89S52支持ISP(在系统可编程)下载程序,而ATMEGA16不仅支持ISP,还支持BOOTLOADER方式装载程序,可以配合无线网络实现对单片机程序的远程更新,方便了设备的维护总体来讲,ATMEGA16性价比高,更适合在强干扰环境下作为开关电源控制器应用图3-7是ATMEGA16的引脚图图3-7ATMEGA16的引脚图
2.电流电压采集TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程由于是串行输入结构,能够节省单片机I/O资源其特点有
(1)12位分辨率A/D转换器;
(2)在工作温度范围内10μs转换时间;
(3)11个模拟输入通道;
(4)3路内置自测试方式;
(5)采样率为66kb/s;
(6)线性误差+1LSB(max);
(7)有转换结束(EOC)输出;
(8)具有单、双极性输出;
(9)可编程的MSB或LSB前导;
(10)可编程的输出数据长度TLC2543的引脚排列如图3-8所示图中AIN0~AIN10为模拟输入端;为片选端;DIN为串行数据输入端;DOUT为A/D转换结果的三台串行输出端;EOC为转换结束端;CLK为I/O时钟;REF+为正基准电压端;REF-为负基准电压端;VCC为电源;GND为地图3-8TLC2543引脚图采用TLC2543进型模数转换,A/D转换需要基准电压,本文采用TL431进行设计,TL431三端稳压,基准电压电路如图3-9所示图3-9基准电压电路电路前端通过低通滤波通道接入芯片2管脚采集电压
[18],3管脚采集电流采集电流采用霍尔传感器小阻值的高精度电阻取样,电阻分压(如图3-10所示)图3-10电流电压采集电路电流传感器LA58-P(如图3-11所示)原边和副边之间是绝缘的,可用于测量直流、交流和脉冲电流性能应用霍尔原理的闭环(补偿),检测电流优势出色的精度、良好的线性度、低温漂、最佳的反应时间、宽频带、无插入损失、抗干扰能力强、电流过载能力强副边端子(如图3-12所示)+端电源电压+
12..15V-端电源电压-
12..15VM端测量说明在IP按箭头指向流动时IS是正向的,原边导体温度不应超过90℃LA58-PRM+-M+-0VIs图3-11电流传感器图3-12电流传感器连接图
3.光控单元本控制单元主要完成通过光线对路灯开关的控制模式光敏二极管在没有光照时,代表晚间,Q7导通,Q8截止,继电器吸合,电池放电;有光照时,代表白天,Q7截止,Q8导通,继电器断开,电池不放电如图3-13所示
[19]图3-13光控单元
4.时控单元DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线1-RES复位,2-I/O数据线,3-SCLK串行时钟时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信DS1302工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1mW结构如图3-14所示图3-14时控单元
5.太阳能电池组件及负载LED开关控制单片机检测蓄电池电压,防止过放低于最低限值时,单片机发出断开电池开关信号当BAT-switch1为高电位时,经过非门变为低电位,光耦工作,右侧电阻输入信号为高电位,Q9工作,输出高电位,Mosfet开通反之,当BAT-switch1为低电位时,经过非门变为高电位,光耦不工作,右侧电阻输入信号为低电位,Q11工作,输出低电位,Mosfet管关断
[20],如图3-15所示图3-15蓄电池过放控制单片机检测LED负载电压,LED分为两组,每组可提供9W功率,一起工作可提供18W功率根据时段不同,有选择的开启1组或2组以此满足功率需求,且在一定时段可节省能源通过切断一组LED可控制负载输出为18w还是9w原理同上
[21]电气原理图如图3-16所示图3-16负载LED开关控制
6.数码管显示模块HD7279是一片具有串行接口的可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能
[22]HD7279内部含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码并同时具有多种译码方式,此外,还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等HD7279具有片选信号,可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口实物如图3-17所示,连接方式如图3-18所示图3-17HD7279实物图图3-18数码管显示
7.JTAGICE仿真器AVR高档单片机ATmega系列的ATmega16具有JTAG仿真接口,如图3-19所示,可以实现在线实时仿真这在8位单片机中属于领先技术JTAG仿真,对不同封装器件可以先焊接,然后进行实时仿真、编程与传统的芯片仿真头相比,可大大降低仿真器的价格
[23]JTAGICE与AVR的连线如图3-20所示图3–19JTAGICE图3-20JTAGICE与AVR连接
8.键盘设计本太阳能路灯控制系统通过键盘设定设计为8个按键,键盘结构如图3-21所示可根据实时需求选择LED太阳能路灯是处于何种工作模式,若选择时控模式,可通过SET按键,选择UP、DOWN、LIFT、RIGHT设定路灯系统运行的时、分,按ENTER确认,以保存设定的信息�UPLIFTDOWNRIGHT光控模式时控模式�SETENTER图3-21键盘设计键盘电路设计如图3-22所示,为了便于设定且有直观的人机操作界面,按键相对偏多,应用了74HC148进行编码,74HC148是8-3译码器,普通编码器每次只能输入一个信号,而优先编码器可以同时输入几个信号,每按下一个键产生一个3位编码,8个按键对应000~111,这样不但节省了单片机管脚而且操作更加灵活了图3-22键盘电路
9.串口通信max232是由德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片由于电脑串口rs232电平是-10v+10v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路
[24]该器件符合TIA/EIA-232-F标准,每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5VTTL/CMOS电平每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平电路连接图如图3-23所示图3-23串口通信
3.
5.3太阳能路灯系统的软件设计与本设计硬件电路设计相关的软件程序模块包括主程序、A/D子程序、显示子程序、串行通信等
[25]程序主流程图如图3-24����开始初始化�按键判断�是否有键按下�是光控按键吗?�时控子程序�光控子程序�A/D转换�显示�电池过放�执行切断断开�LED负载18W�控制输出�NYYNNYYN图3-24主程序流程图通过按键选择时控或者光控模式,若选择时控模式,则通过SET设定键通过选择按下UP、DOWN进行定时设定,按ENTER确认选择,保存设定
[26]按键子程序流程图如图3-25所示���开始按键判断是否按键SET�是否键UP�DOWN�DOWN子程序�设置子程序�UP子程序�NYYNYNY图3-25按键子程序流程图A/D子程序A/D转换器(ADC)的作用就是把模拟量转成数字量,以便于计算机进行处理(如图3-26所示)
[27]��开始A/D初始化�发送通道1控制字�开始转换�等待~~~�读数据�通道2控制字�图3-26A/D子程序流程图第4章LED固态光源与驱动技术
4.1LED光源的特点LED是由超导发光晶体产生超高强度的光,它发出的热量很少,不像白炽灯浪费太多热量,不像荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒气体,也不像霓虹灯那样要求高电压而容易损坏,LED已被全球公认为新一代的环保高科技光源
[28]
[29]LED具有高光效能,比传统霓虹灯节省电能80%以上,工作安全可靠LED改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理,而采用电场发光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80%~90%将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯做比较,其结果显示普通白炽灯的光效为12lm/W,寿命小于2000h,螺旋节能灯的光效为60lm/W,寿命小于8000h,T5荧光灯的光效为96lm/W,寿命大约为10000h,而直径为5mm的白光LED光效为20~28lm/W自爱迪生发明白炽灯以来的100多年中,电光源照明经历了三个重要的发展阶段,这三个阶段中的代表性光源分别为白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯现在人们普遍认为LED将可望发展成第四代光源,即半导体照明LED是半导体器件通过PN结实现电光转换在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,今后将进入以LED为代表的新型照明光源时代白光LED的出现,是LED从标志功能向照明功能跨出的实质性一步目前,白光LED已开始进入一些应用领域域,如应急灯、手电筒、闪光灯等产品相继问世但是,由于价格十分昂贵,故而难以普及白光LED普及的前提是价格下降,而价格下降必须在白光LED形成一定市场规模才有可能,毫无疑问,两者的融合最终有赖于技术进步表4-1是通常情况下LED光源和常见光源的性能比较
[30]表4-1LED光源和常见光源的性能比较名称耗电量(w)工作电压(V)协调控制发热量可靠性使用寿命(h)金属卤素灯100220不易极高低3000霓虹灯500较高高高宜室内3000美氖灯16W/m220较好较高较好6000日光灯4~200220不易较高低5000~8000冷阴极15W/m需逆变较好较低较好10000钨丝灯15~200220不宜高低3000节能灯3~150220不宜调光低低5000LED灯极低直流12~36V多种形式极低极高10万依据目前市场上的价格,将几种照明光源的性价比列在表4-2中表4-2几种光源的性价比功率(w)光通(lm)光效(lm/w)寿命(h)市售价(每支)价格(每lm)白炽灯
404801220001.5元
0.0031元普通荧光灯
3620005550003.5~
4.0元
0.0016~
0.002元T5三基色荧光灯28268096100007~8元带镇流器40~60元
0.0030元
0.0149~
0.0224元H型荧光灯9500~54055~6080004元,带镇流器10~12元
0.020~
0.022元螺旋节能灯261540608000带镇流器25元
0.0162元Φ5mm白光LED
0.
0651.3~
1.820~
28100002.5~
5.5元
1.9230~
3.0556元大功率白光LED118181000065元,含光学系统和电路108元
3.6111~
6.0000元日本白炽灯
607201220000.50美元
0.0007美元荧光灯363500971000010美元
0.0029美元
4.2LED的光学特性LED是利用化合物材料制成P-N结的光电器件它具备P-N结结型器件的光学特性光谱响应特性、发光光强指向特性、时闻特性发光二极管有红外非可见与可见光两个系列,前者可用辐射度,后者可用光度学来量度其光学特性1发光强度法向光强是表征发光器件发光强弱的重要性能LED大量应用要求是圆柱、圆球封装由于凸透镜的作用,故都具有很强指向性位于法向方向光强最大,其与水平面交角为90°当偏离正法向不同θ角度,光强也随之变化发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向2发光强度的角分布,是描述发光在空间各个方向上光强分布它主要取决于封装的工艺包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否白炽灯、荧光灯和充气灯,其光强分布范固几乎接近4空间;但是LED接近2空间的配光曲线都是很少的,因为LED的方向性很强配光曲线一般都采用极坐标来表示,对于LED,只要0~180的极坐标就够了只需传统电光源使用坐标纸的一半
4.3白光LED驱动技术
4.
3.1白光LED驱动电源的分类及连接方式白光LED工作的正向电压为
3.4V,标准白光LED典型的正向电流为20mA,大功率白光LED典型的正向电流为350mA较高的白光LED正向电流(Flash模式,500~700mA)导致较高的正向电压,较低的正向电流(Torch或Uideo模式,100~350mA)则产生较低的正向电压白光LED的正向电压将依据工作状况而变化,其正向电压也会随着温度的上升产生数百毫安伏的漂移因此,有效的供电是保证白光LED正常工作的前提,因为白光LED的正向电压将依据电源的工作状况而变化,白光LED电流与正向电压关系见表4-3表4-3白光LED电流与正向电压关系电流(mA)最小电压VMIN(V)典型电压(V)最高电压VMAX(V)
2002.
783.
273.
773502.
793.
423.
997003.
053.
764.
4710003.
163.
954.88目前LED均采用直流驱动,因此LED需要一个电源适配器,即LED驱动电源在设计中应根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求,选择和设计LED驱动电源1.白光LED对驱动器的要求
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]驱动器可以看作是向白光LED供电的特殊电源,可以驱动正向电压降
3.0V~
4.3V的白光LED,并根据要求驱动串联、并联或多个白光LED,满足驱动电流的要求,对驱动器的主要要求如下1为满足便携式产品的低压供电,驱动器应该具有升降压功能,以满足1~3节充电电池或1节锂电池供电的要求,并要求能工作到电池终止放电电压为止2驱动器应有高的功率转换效率,以提高电池的寿命或两次充电之间的时间间隔目前高的功率转换效率可达80%~90%,一般可达60%~80%3在多个白光LED并联使用时,要求各白光LED的电流相匹配,使亮度均匀4功耗低,静态电流小,并且有关闭控制功能,在关闭状态时一般静态电流应小于1mA5白光LED的最大电流ILED可设定,使用过程中可调节白光LED的亮度(亮度调节)6有完善的保护电路,如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或保护7小尺寸封装,并要求外围组件少而小,使所占印制板面积小8对其它电路的干扰影响小9使用方便,价位低2.LED驱动电源的分类从供电电压的高低可以将驱动器分成3类升压式DC/DC变换器或升压式或升降压式电荷泵变换器;降压式或升降压式DC/DC变换器;降压式DC/DC变换器可用作白光LED驱动电源的集成器件品种较多,大致可分为恒流源、电荷泵、开关电源三种3.LED的连接方式在大多数应用中,白光LED驱动器通过并联或串联方式连接在一起,但在个别情况也可采用混合的串、并联配置方式对LED进行连接时采用串联、并联或混联的方式取决于应用的需要,每种配置方案都有本身的优点和不足之处4.LED驱动方法用原始电源给LED供电有4种情况低电压驱动、过渡电压驱动、高电压驱动、市电驱动不同的情况在电源变换技术实现上有不同的方案5.白光LED驱动电源应具有的要素直流控制;高可靠性;高效率;长寿命;过压保护;负载断开;简便易用;小尺寸
4.
3.2白光LED恒流驱动电路
1.LED驱动电路功能LED实际上是一个电流驱动的低电压单向导电器件,给LED供电的电源必须注意以下事项1LED是单向导电器件,因此需要用直流电流或单向脉冲电流给LED供电2LED是一个具有PN结结构的半导体器件,具有势垒电势,这就形成了导通门限电压,加在LED上的电压超过这个门限电压时LED才会充分导通LED的门限电压一般在
2.5V以上,正常工作时的管压降为3~4V3LED的I-V特性是非线性的,流过LED的电流在数值上等于供电电源的电动势减去LED的势垒电势后再除以回路的总电阻(电源内阻、引线电阻和LED体电阻之和)因此,流过LED的电流和加在LED两端的电压不成正比4LED的PN结的温度系数为负,温度升高时LED的势垒电势降低由于这个特点,所以LED不能直接用电压源供电,必须采用限流措施,否则随着LED工作时温度的升高,电流会越来越大,以至损坏LED5流过LED的电流和LED的光通量的比值也是非线性的LED的光通量随着流过LED的电流的增加而增加,但不成正比,越到后来光通量增加得越少因此,应该使LED在一个发光效率比较高的电流值下工作因此,LED驱动电路应具有直流控制、高效率、PWM调光、过压保护、负载断开、小尺寸以及简便易用等特点1直流控制LED是电流驱动器件,其亮度与正向电流呈正比关系有以下两种方法可以控制LED正向电流一种方法是采用电压源驱动LED这种驱动方式最大不足就是LED正向电压很小的变化都会导致LED很大的变化另外,在输入电压一定的情况下,镇流电阻的压降和功耗都会影响整体的效率另一种方法是采用恒流源驱动LED,这是首选的LED驱动方式采用恒流源驱动可以保证无论正向电压如何变化,都可产生恒定的LED亮度2高效率当今社会强调节能环保,电源的高效率已成为一个重要的研究方面,同时效率的提高可以减少系统发热量,降低工作温度,延长LED寿命LED驱动器的效率测量与典型电源的效率测量不同典型电源效率的定义是输出功率除以输入功率而对于LED驱动器来说,输出功率并非相关参数,重要的是产生预期LED亮度所需要的输入功率值这可以简单的通过LED功率除以输入功率来确定这样定义效率的话,电流检测电阻中的功率会导致电源功率耗散因此在保证LED亮度的情况下,较低的电源电压可以提高效率3PWM调光作为显示用背光模组,不仅需要得到较高的亮度和稳定度,还要考虑到色度方面的要求这就需要能对RGB三原色进行精确的调整,LED驱动电路应具有良好的调光能力可采用两种调光方法模拟调光与脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)调光模拟调光即通过改变恒流驱动的输出电流峰值大小控制LED亮度,这种方法的缺点是会出现LED光谱偏移,并且需要采用模拟控制信号,因此使用率一般不高PWM调光通过改变输出电流的占空比来控制LED亮度,不会造成LED光谱的偏移为确保人的肉眼感觉不到PWM脉冲所造成的LED明灭变化,PWM信号的频率必须高于100Hz,最大PWM频率取决于电源启动及反应时间一般LED驱动器应能够接受高达50kHz的PWM频率4安全保护要提高电路的可靠性,电路必须要有过压、过流等保护电路,不能因为电路故障而造成LED的损坏在恒流模式下工作的电源需要采用过压保护功能无论负载为多少,恒流驱动器都可以产生恒定的输出电流如果负载电阻增大,驱动器的输出电压也必须随之增大如果驱动器检测到过大的负载电阻,或者负载断开,输出电压可能超出IC或其他分立元件的额定电压范围,这就需要过压保护功能而LED是电流驱动器件,过大的电流会直接损坏LED,因此必须要有过流保护电路
2.恒流驱动的散热考虑就系统设计而言,在设计LED恒流驱动电路时首先要了解LED的恒流参数目前LED芯片的制造商很多,国内外LED的差异主要在于相同电参数的情况下,发光流明数可能不同,因此设计中要清楚地认识到LED功率并不是决定发光效率的唯一参数例如,同样是1W的LED,有的LED可以达到40lm的亮度,而有的只能达到20lm的亮度,这是因为LED光学效率还取决于材料和制作工艺等诸多环节在设计中若为了提高发光效率而采取加大LED驱动电流的办法,如对于同一只1W的LED,加大驱动电流后,亮度可以从20lm提高到40lm,但是LED的工作温度也相应升高了一旦温度超过LED的限温点,就会影响LED的寿命和可靠性,这是设计恒流驱动过程中需要注意的问题此外,LED照明系统的光学效率不仅取决于LED恒流驱动方案,还与整个系统的散热设计密切相关为缩小体积,将LED驱动电路与散热部分贴近设计,这样容易影响可靠性一般来说,LED照明系统的热源基本就是LED本身,热源太集中会产生热损耗,因此LED驱动电路不能与散热系统紧贴在一起
[36]应采取下列散热措施1LED采用铝基板散热;2功率器件均匀布局;3尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计;4抑制封装至印制电路基板的热阻抗;5提高LED芯片的散热顺畅性以降低热阻抗
3.LED驱动电路设计HV991X是款灵活简单的LED驱动器IC,效率不超过93%,可减少相关组件的数量,从而降低了系统成本HV9910可将8~450VDC电压源转换为一个恒流源,从而为串联或并联的大功率LED提供电源HV991X应用恒定频率峰值电流控制的脉宽调制(PWM)方法,采用了一个小电感和一个外部开关来最小化LED驱动器的损耗不同于传统的PWM控制方法,该驱动器使用了一个简单的开关控制来调整LED的电流,因而简化了控制电路的设计该驱动器具有内置的降低亮度控制,能协同外部范围在0%~100%的PWM信号工作,也可以利用外接线性可调电压来实现LED亮度控制HV9911引脚排列如图4-1所示图4-1HV9911引脚排列图IC内部提供稳压电路输入电压为9~250V,可输出
7.75电压提供给IC内部电源使用,若需要提供输入电压范围,可外接一个200V的ZW接于输入电压与IC的VIN端之间,这可使得输入电压范围提升至450VDC,也可以使IC内部稳压电路所产生的功率损耗分散一部分在ZenerDiode上IC的VDD端工作电压也可提高,由一个二极管连接至外部电压,此二极管的作用是避免将外部电压若低于IC内部稳压电路的输出电压时照成IC的损坏,最大的外接静态稳定电压为12V(瞬态电压为
13.5V),因此11V±5%的电压源始理想的外部提升电压值IC内部提供
1.25%、2%精密参考电压,这参考电压可用来设定电流参考值,以及输入电流限制值,此参考电压也同时提供IC内部设定过电压保护振荡电路可经由外部电阻设定振荡频率,此电阻跨接于RT及GND端之间,则IC工作于定频模式,另外,若电阻跨接于RT与GATE端间,则IC工作于固定关闭时间模式(此模式不需要斜率补偿控制使电路稳定)定频时间或关闭时间可设定于
2.8~40ms之间IC在定频工作模式下,将所有SYNC端连接在一起,多个IC可工作在单一频率少数应用必须外加一个大电阻于SYNC到GND端之间,用来抑制杂散电容所造成的振铃,当所有SYNC连接在一起时,应使用相同电阻值跨接于每一个IC的RT与GND端之间闭环回路控制的构成是连接输出电流信号至FDBK端,同时将电流参考连接至IREF端,补偿网络连接至COMP端(传导运算放大器的输出端)放大器的输出受PWM调光信号控制,当PWM调光信号为高时,放大器的输出端连接至补偿网络,当PWM调光信号为低时,放大器的输出端与补偿网络被切断,因此补偿网络内的电容电压可维持到PWM调光信号再度回复高位时,补偿网络才又连接放大器的输出端,这样可确保电路正常工作以及获得非常好的PWM调光反应,而不需要设计一个快递的控制电路信号可用于驱动外部连接的FET,IC激活时,信号维持低点位,IC激活过后,此端被拉高,这使得外电路的LED与升压电路连接,并使LED发光假如输出端有过电压或短路情形发生,内部电路会将信号拉低,并使LED与升压电路断开断开LED与升压电路的连接,可确保输出电容不会随着PWM调光信号的周期而充放电PWM调光信号到信号与保护电路的输出以AND方式连接,以确保保护电路动作时能够覆盖PWM调光控制的输入信号也受控于PWM调光控制信号,PWM调光信号为低时,信号也为低,但当PWM调光信号为高时,信号却不一定为高输出短路保护的动作原理是,当检测输出电流大于2倍参考电流设定值时,保护动作过电压保护的动作原理是,当OVP端的电压大于
1.25V时,保护动作两个信号被送至一个OR再送到保护锁定电路当有任一保护动作发生时,保护锁定电路会将GATE及同时关掉一旦有保护动作发生时,必须将电源重启,才能使保护锁定电路恢复重置而在IC激活时需要注意一下两点1当VDD与PWMD连接在一起,通过电路上的输入电压的连接或断开来激活时,IREF所连接的电容必须为
0.1µF,而VDD上所连接的电容值需小于1µF以确保可靠地激活IC2若电路使用外部信号激活或关闭,而输入电压一直保持常开启时,则IREF及VDD所使用的电容值可增加调整IREF端的电压值可实现输出电流的线性调整,其方法是采用可变电阻、分压电阻网络或外部提供参考电压连接至IREF端但是,一旦IREF端的电压低到非常小时,IC的短路电流保护比较器的误差电压(OFFSET)可能会造成短路保护发生误动作,这时必须将IC电源关掉重启,重新激活电路,为了避免此误动作,IREF端的最低电压为20~30mVHV9910内部的PWM调光功能能够达到非常快速的调光响应,克服了传统升压电路不能实现非常快速PWM调光的缺点PWMD控制的IC内部三个点1GATE信号到开光FET2信号到断开FET3运算放大器到补偿网络的输出端当PWMD信号为高时,GATE信号与可以工作,同时运算放大器的输出端连接到补偿网络,这使得升压电路可以正常工作当PWMD信号为低时,GATE信号与被停止工作,能量无法从输入端转移到输出端,但是,为避免输出电容放电到LED而造成LED电流下降时间被拉长,这个放电电容同时也会使得电路重新连接工作时,LED电流的上升时间会被拉长因此,避免输出电容的放电是相当重要的IC输出信号断开FET,使得LED的电流几乎立刻的下降到零电流,因此输出电容并没有被放电,所以当PWMD信号回复高位时输出电容不需要额外的充电电流,这使得上升时间非常快速当PWMD信号为低时,输出电流降至零,这使得相当大的误差信号至反馈至放大器的输入端,会造成补偿回路电容器上的电压上升至最高电位因此当PWMD信号回到高时,过高的补偿回路电压会控制电感峰值电流,而造成相当大的输出涌浪电流发生在LED上这样大的LED电流会使稳定时间被延长,当PWMD信号为低时,断开运算放大器与补偿回路是有助于维持补偿回路的电压不被改变因此当PWMD信号回到高时,电路立刻回复稳定而不会产生过大的LED电流HV9911驱动LED典型应用电路如图4-7所示,VIN与GND之间提供21V~27V的输入电压BOOST拓扑电路提供80V最高输出电压可驱动InGaN氮化铟镓LED的数目为20只如果不使用PWM,需要连接VDD来启动LED驱动器
[37]在直流变换器中有几种常用的基本变换器拓扑,它们是BUCK型、BOOST型、BUCK-BOOST型,此外还有SEPIC型和ZETA型等变换器BUCK降压型变换器可以在提供恒定电流的情况下保证很高的效率,能提供范围很宽的输入电压和输出电压,而且设计反馈控制电路也相对简单BUCK型变换器可以很容易的使工作效率超过90%,非常适合驱动高亮LED准备选用HV9911来设计BUCK型电压变换电路来驱动串联大功率LEDHV9911是Supertex公司生产的第二代高电压LED驱动芯片,它是闭合环路的开关模式LED驱动器,并有一个负载调节运算跨导放大器,用于闭环控制输出电流,对PWM调光有良好的暂态反应HV9911包含了9V~250VDC输入电压稳压器,不需要额外电源,仅由单一输入电压提供IC工作电源同时内建了2%精密参考电压(全温度范围),能精确地控制LED串联电流,并包含了断路用的FET驱动电路当输出短路或过电压时,便会自动断开LED串对地的路径,此功能缩短了控制电路的反应时间芯片HV9911具有以下一些主要特点1开关模式LED驱动IC,可用于BUCK、BOOST、BUCK-BOOST、SEPIC型变换器;2输入电压范围9V-250VDC;3工作效率高于90%;4恒定电流LED驱动器;5高PWM调光率;6输出电流短路保护;7输出过压保护HV9911内部原理图如图4-2所示图4-2HV9911内部原理图HV9911主要功能工作原理如下1LED驱动电路恒流的原理GATE引脚输出占空比变化的电压,以控制外部N沟道功率MOSFET的开关状态,从而控制DC-DC变换器的输出电流大小CS引脚检测外部MOSFET的漏极电流,在芯片内部经过斜率补偿以及波形变换,与CLIM电压进行比较,确保流过电感的电压在限定的范围内;同时,FDBK引脚检测变换器输出电流的大小,与IREF设定电压进行比较,确保输出电流的恒定这两个比较值经过变换电路,形成PWM波形输入到GATE引脚2HV9911的PWM调光功能PWMD引脚引入PWM控制信号,此信号在芯片内部经过逻辑组合电路,控制GATE引脚输出电压的占空比,从而达到控制输出电流的作用3HV9911过流及过压保护功能在两种情况下,HV9911内部会产生一个控制信号,将以及GATE引脚电压拉低至地电压,关断HV
99111.FDBK采集到的输出电流检测电压与IREF引脚电压的两倍进行比较,当FDBK脚电压超过IREF电压的两倍时;
2.用分压电阻将输出电压采样信号送入OVP引脚,当OVP电压超过REF电压(
1.25V)时当HV9911进入保护状态后,只有在HV9911电源重启之后才能使系统恢复工作LED驱动电路如图4-3所示图4-3HV9911组成的LED驱动电路
4.4LED照明设计LED照明必须满足或超过目标应用的照明要求根据设计指标,此套太阳能路灯方案选取白光LED,电气参数如表4-4表4-4LED所选参数电流(mA)最小电压VMIN(V)典型电压(V)最高电压VMAX(V)
2002.
783.
273.77根据LED驱动输出电压为48V,LED电流为200mA,为满足LED功率为18W,可计算得出LED功率为
9.6W,选取类似结构2列,LED导通电压取
3.4V,为满足电压要求,每列串取14个LED综上,选用2列、每列14个电流为200mA、导通电压为
3.4V的白光LED此套方案LED阵列工作电流为
0.4A,工作电压为48V,功率为
19.2W,考虑到一些光学系统效率、热损失、电气损失,可满足要求第5章结论光伏照明系统是光伏发电系统的重要组成部分,也是研究的热点之一,具有很高的实用意义应用太阳能给传统的灯具光源供电并不十分经济一是目前太阳电池的转换效率还比较低,所产生的能量有限,如果只是简单增加太阳电池的面积,成本太高,不利于产品推广;二是传统的灯具功耗都比较大,而且都是在高压下工作使用,极不安全,增加升压逆变环节,又降低了能源的利用率;此外传统光源光效都比较低,寿命都很短太阳能发电与LED照明的结合有力地解决了上述缺点,因此也是将来研究的重点内容本文的主要研究内容有
1.太阳能发电的基本常识及太阳能电池的分类、太阳能电池的特点、太阳能电池阵列的相关知识、太阳能电池的安装原则;
2.LED的发光机理和光源特性;LED驱动电路的设计以及与传统光源相比较后的性能优点
3.再将太阳能与LED结合组成LED光伏照明系统,重点介绍该系统的蓄电池的功能、特性、自放电、使用寿命、主要参数、维护方法;
4.密封铅酸蓄电池线性充电控制器UC3906的基本工作原理、管脚排列、引脚功能、主要参数;铅酸蓄电池智能充电器;
5.充放电控制器中DC/DC电路的设计,对其经常采用的几种基本电路和技术进行了归类阐述,并结合太阳电池伏安特性、蓄电池充放电特性和LED光源特性,重点研究设计了一种基于UC3906的太阳能充电控制器
6.本文设计的LED光伏照明系统中的电源采用双电源自动切换太阳能和市电,防止太阳能不足时而停电,当太阳能充足时,其电源自动切换至太阳能通过本次设计,我学到了许多知识,熟悉了许多芯片的用法,增强了分析问题和解决问题能力毕业设计是一次令人难忘的经历,不仅学到了知识,而且能把学到的知识运用到实际中,使我受益匪浅致谢本论文是在导师余晓霏老师的精心指导下完成的,在整个毕业设计期间,余老师渊博的学识、严谨求实的治学态度、坚持不懈的探索精神、和蔼的为师风范和高尚的人品给我留下了深刻的印象,并将使我受益终生值此论文完成之际,谨向余老师表示崇高的敬意和衷心的感谢在这四年的学习、生活中得到了老师和同学的大力支持和无私帮助,再次深表谢意同时也感谢在本次设计中给予我很大帮助的我的几位同学最后,对各位老师审阅我的论文深表谢意,并希望能够给予批评指正参考文献1HAYJE.Calculationofmonthlymeansolarradiationforhorizontalandinclinedsurface[J].SolarEnergy1979232王长贵,王思成编著,太阳能光伏发电实用技术第一版[M],北京化学工业出版社,2005,43沈辉,曾祖勤编著,太阳能光伏发电技术第一版[M],北京化学工业出版社,2005,6-79~109,116~1354宋金莲,太阳能发电原理与应用[M],北京人民邮电出版社,2007,7l~1385El-MAGHRABYMHABEDANDYAEl-SAYESMA.Proposedgeneralizedmodelsforestimatingthereliabilityofastand-alonesolarphotovoltaicpowersystem[J].Electric6赵正名,刘建政等编著太阳能光伏发电及其应用第一版[M],北京科学出版社,2005,510~19,43~72,109~1737中国太阳能网,http://www.cn.solar.net8周志敏,周纪海编著,阀控式密封铅酸蓄电池实用技术[M],北京中国电力出版社,2004,448~79,95~1269王鸿麟,智能快速充电设计与制作[M],北京科学出版社,1998,584~13610刘志刚,电力电子学[M],北京清华大学出版社,2004,653~8711《电子报》编辑部,电子报合订本上、册[J],四川电子科技大学出版社2007,612史云鹏等编著,光伏系统中蓄电池充放电控制方案的探讨,太阳能学报[J],2005286~8913周志敏,模块化DC/DC实用电路[M],北京电子工业出版社,2004,14刘文明,殿杰等编著,一种新型独立太阳能发电系统充放电电路拓扑[J],电源技术应用,200312670~69715中国蓄电池技术网,http://www.cd
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[5];unsignedcharkey_numberjk;unsignedinttmr;unsignedlongwait_cnter;sbitcs=P1^4;//csatP
1.4sbitclk=P1^5;//clk连接于P
1.5sbitdat=P1^2;//dat连接于P
1.2sbitkey=P1^3;//key连接于P
1.3//******HD7279A指令******#defineCMD_RESET0xa4#defineCMD_TEST0xbf#defineDECODE00x80#defineDECODE10xc8#defineCMD_READ0x15#defineUNDECODE0x90#defineRTL_CYCLE0xa3#defineRTR_CYCLE0xa2#defineRTL_UNCYL0xa1#defineRTR_UNCYL0xa0#defineACTCTL0x98#defineSEGON0xe0#defineSEGOFF0xc0#defineBLINKCTL0x88//***主程序***main{while1{fortmr=0;tmr0x2000;tmr++;//上电延时send_byteCMD_RESET;//复位HD7279A//******************************************//测试指令演示//******************************************send_byteCMD_TEST;//测试指令forj=0;j3;j++//延时约3秒{delay10ms100;}send_byteCMD_RESET;//清除显示//**********************************************//闪烁指令及键盘接口测试//将用户按键的键码显示出来,如果10秒内无按键//或按S0键即进入下一步演示//**********************************************wait_cnter=0;key_number=0xff;write7279BLINKCTL0xfc;//第
1、2两位设为闪烁显示write7279UNDECODE0X08;//在第1位显示下划线'_'write7279UNDECODE+10x08;//在第2位显示下划线'_'do{if!key//如果有键按下{key_number=read7279CMD_READ;//读出键码write7279DECODE1+1key_number/16;//在第2位显示键码高8位write7279DECODE1key_number0x0f;//在第1位显示键码低8位while!key;//等待按键放开wait_cnter=0;}wait_cnter++;}whilekey_number!=0wait_cnter0x30000;//如果按键为'0'和超时则进入下一步演示write7279BLINKCTL0xff;//清除闪烁设置//******************************************//快速计数演示//******************************************forj=0;j5;j++//计数初始值为00000{digit[j]=0;write7279DECODE0+jdigit[j];}whiledigit
[4]2//如果计数达到20000就停止{digit
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[3]==0{write7279DECODE0+4digit
[4];}}}}}delay10ms150;send_byteCMD_RESET;//清楚显示//*************************************************//下载数据但不译码指令测试//*************************************************write7279UNDECODE+70x49;//在第8位按不译码指令测试delay10ms80;//*************************************************//循环左/右移测试//"三"字向右运动3次,再向左运动3次//*************************************************forj=0;j23;j++{send_byteRTR_CYCLE;//循环右移23次delay10ms12;}forj=0;j23;j++{send_byteRTL_CYCLE;//循环左移23次delay10ms12;}//*********************************************//译码方式0及左移指令测试//*********************************************forj=0;j16;j++{send_byteRTL_UNCYL;//不循环左移指令write7279DECODE0j;//译码方式0指令,显示在第1位delay10ms50;}delay10ms150;send_byteCMD_RESET;//*********************************************//译码方式1及右移指令测试//*********************************************forj=0;j16;j++{send_byteRTR_UNCYL;//不循环左移指令write7279DECODE1+7j;//译码方式0指令,显示在第8位delay10ms50;}delay10ms150;//*********************************************//消隐指令测试//*********************************************k=0xff;forj=0;j6;j++{k=k/2;write7279ACTCTLk;//每隔一秒钟增加一个消隐位delay10ms100;}write7279ACTCTL0xff;//恢复8位显示delay10ms100;send_byteCMD_RESET;//消除显示//**********************************************//断点亮指令和段关闭指令//**********************************************forj=0;j64;j++{write7279SEGONj;//将64个显示段逐个点亮write7279SEGOFFj-1;//同时将前一个显示段关闭delay10ms20;}}}voidwrite7279unsignedcharcmdunsignedchardta{send_bytecmd;send_bytedta;}unsignedcharread7279unsignedcharcommand{send_bytecommand;returnreceive_byte;}voidsend_byteunsignedcharout_byte{unsignedchari;cs=0;long_delay;fori=0;i8;i++{ifout_byte0x80{dat=1;}else{dat=0;}clk=1;short_delay;clk=0;short_delay;out_byte=out_byte*2;}dat=0;}unsignedcharreceive_bytevoid{unsignedchariin_byte;dat=1;//设为输入状态long_delay;fori=0;i8;i++{clk=1;short_delay;in_byte=in_byte*2;ifdat{in_byte=in_byte|0x01;}clk=0;short_delay;}dat=0;returnin_byte;}voidlong_delayvoid{unsignedchari;fori=0;i0x30;i++;}voidshort_delayvoid{unsignedchari;fori=0;i8;i++;}//*********************延时n*10ms**********************voiddelay10msunsignedchartime{unsignedchari;unsignedintj;fori=0;itime;i++{forj=0;j0x390;j++{if!key{key_int;}}}}毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意作者签名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容作者签名 日 期 学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文涉密论文按学校规定处理作者签名日期年月日导师签名日期年月日致谢时间飞逝,大学的学习生活很快就要过去,在这四年的学习生活中,收获了很多,而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的首先非常感谢学校开设这个课题,为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验,奠定了基础本次毕业设计大概持续了半年,现在终于到结尾了本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验经过这次毕业设计,我的能力有了很大的提高,比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步这期间凝聚了很多人的心血,在此我表示由衷的感谢没有他们的帮助,我将无法顺利完成这次设计首先,我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导,在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导,为我理清了设计思路和操作方法,并对我所做的课题提出了有效的改进方案郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象从他身上,我学到了许多能受益终生的东西再次对周巍老师表示衷心的感谢其次,我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求,感谢他们对我学习上和生活上的帮助,使我了解了许多专业知识和为人的道理,能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量另外,我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持,与他们一起学习、生活,让我在大学期间生活的很充实,给我留下了很多难忘的回忆最后,我要感谢我的父母对我的关系和理解,如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持,我将无法顺利完成今天的学业致谢四年的大学生活就快走入尾声,我们的校园生活就要划上句号,心中是无尽的难舍与眷恋从这里走出,对我的人生来说,将是踏上一个新的征程,要把所学的知识应用到实际工作中去回首四年,取得了些许成绩,生活中有快乐也有艰辛感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲,对我成长的关心和爱护学友情深,情同兄妹四年的风风雨雨,我们一同走过,充满着关爱,给我留下了值得珍藏的最美好的记忆在我的十几年求学历程里,离不开父母的鼓励和支持,是他们辛勤的劳作,无私的付出,为我创造良好的学习条件,我才能顺利完成完成学业,感激他们一直以来对我的抚养与培育最后,我要特别感谢我的导师刘望蜀老师、和研究生助教吴子仪老师是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励,给了我很多解决问题的思路,在此表示衷心的感激老师们认真负责的工作态度,严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅他无论在理论上还是在实践中,都给与我很大的帮助,使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助,感谢他耐心的辅导在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助,帮助解决了不少的难点,使得论文能够及时完成,这里一并表示真诚的感谢。