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太阳能照明系统的研究 信息工程学院 04级测控(光机电)1班 姚鑫荣 指导老师:翟因虎 绪论 当前, 太阳能的利用主要包括光—热、光—电转换两方面的内容。 太阳能照明系统是利用太阳能组件的光生伏特效应, 将光能转换为电能, 并储存在蓄电池中供负载使用, 它是集太阳能光伏技术、蓄电池技术、照明光源技术和灯具设计技术于一体的新兴技术。 本次设计的主要内容 研究装备led灯具的太阳能照明系统,主要完成由单片机组成的控制电路 太阳能照明系统的硬件设计 1、系统的总体设计方案 2、电压采集电路 3、充电控制电路 4、放电控制电路 5、A/D转换滤波电路 6、接口电路 1、系统的总体设计方案 在太阳能照明系统中控制器是系统的控制部分, 在整个系统中占据着重要的位置。它对系统运行状态进行参数采集和监控, 控制整个系统充放电回路的状态, 保证供电系统能可靠的运行, 配以输入输出、显示控制等外围电路, 组成一个实用控制系统。系统框图如下图所示： 我们采用单片机作为控制器的主控芯片，选用相应的外围芯片设计了太阳能路灯充放电控制器。其结构框图如图所示: 2、电压采集电路 电压测量电路采用电阻和运放组成。LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。 由LM324组成的电压采集电路： 输出电压为： 3、充电控制电路 本论文设计的充电控制器采用了PWM原理，分两阶段，第一阶段为快充阶段，第二阶段为PWM阶段（慢充阶段）。 检测蓄电池的充电端电压，将检测得到的蓄电池端电压，与给定点电压比较，若小于给定电压，斩波器全通，迅速给蓄电池充电；当蓄电池的电压大于给定电压，则根据比例调整功率管的占空比，充电进入慢充阶段，改善充电特性，防止过充。 充电控制电路如图： 4、放电控制电路 同充电控制电路一样，放电控制的开关管也选用IRF4905 ,电路如图: Buck-Boost变换器: Buck-Boost变换器又称为降压-升压变换器 。实际电路如图： 电路采用Buck-boost 变换器，单片机提供的信号PWM1控制开关管Q4的导通占空比，从而实现对LED负载的升降压控制。R20是限流电阻，它的作用主要是控制LED电流，限流电阻R20应该比LED的正向等效电阻要大，这样才能克服LED电流随输入电压和环境温度等因素而产生的变化，但是从效率角度看，其值却不能取得太大，否则会增加电能损耗以及引起元器件温度升高。稳压二极管DW3的作用是稳压，其稳压值选择应等于负载电路的工作电压。 5、A/D转换滤波电路 6、接口电路 蓄电池接口电路： 太阳能电池接口电路： 系统原理图 致谢 本次毕业设计是在翟因虎老师的指导下和同学的帮助下完成的，在这里向他们表示衷心的感谢。 * 太阳能电池 蓄电池 照明灯具 控制器 微处理器 电源复位模块 电压采集模块 充电控制模块 放电控制模块 由于AVR单片机的供电电压一般为2.7~5.5V ，而蓄电池和太阳能电池的电压值远大于这个范围，所以必须通过前级的放大器，将输入电压值放大到最大值不超过这个电压范围之内。 该电路充电过程如下所述： 由单片机提供PWM信号，控制三极管Q1的通断，当PWM0=1时，NPN型的三极管Q1导通,由于稳压管DW1的作用,使得IRF4905管(P沟道增强型MOS管)的栅源电压钳位在-10V,IRF4905管导通,太阳电池向蓄电池充电.反之，Q1三极管截止 =0V,IRF4905管断开,太阳电池不能向蓄电池充电。 Buck-Boost变换器输出电压表达式为 式中， --开关管T的导通占空比。 为减小AD转换的电源干扰，Mega16芯片有独立的AD电源供电。官方文档推荐在VCC串上一只10uH的电感（L1），然后接一只0.1uF的电容到地（C5）。Mega16内带2.56V标准参考电压。也可以从外面输入参考电压。习惯上在AREF脚接一只0.1uF的电容到地（C4）。 D3是一个防止蓄电池正负极反接的保护二极管,即当蓄电池反接时,D3