基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器(硬件)開題報告

1、西安科技大學(xué)高新學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 開 題 報 告 題 目 基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器 院（系、部) 機(jī)電信息學(xué)院 專業(yè)及班級 電氣自動化技術(shù)0904班 姓 名 李華希 指 導(dǎo) 教 師 昝宏洋 日 期 2012.05.10 西安科技大學(xué)高新學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目基于單片機(jī)的太陽能路燈控制器選題類型硬件一、選題依據(jù)(簡述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況, 說明選題目的、意義，列出主要參考文獻(xiàn))：1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況太陽能路燈是以太陽的光為主要能源，白天可以自主充電、晚上使用。無需鋪設(shè)任何復(fù)雜、昂貴的電路管線等，同時還可以任意調(diào)整燈具的布局，安全高效節(jié)能并且無其它污

2、染，充電和使用開關(guān)的過程采用光控自動控制，無需人工操作，節(jié)省電費(fèi)和電力資源，太陽能路燈的實用性已充分得到了人們的認(rèn)可。在城市用電中，目前路燈普遍使用的是市電供電的高壓鈉燈結(jié)構(gòu)。其中高壓鈉燈的電子驅(qū)動部分需要把市電從交流轉(zhuǎn)化為直流，再逆變到交流來驅(qū)動。太陽能路燈則利用太陽能電池板輸入直流電能，不需要通過復(fù)雜的轉(zhuǎn)換，給照明負(fù)載供電更容易，提高整個系統(tǒng)的效率，降低市政成本。由于太陽能照明裝置鎖具備的種種優(yōu)勢，在未來的日子里，其必將會成為照明行業(yè)的新寵。然而，在現(xiàn)階段推廣太陽能路燈，還有很多問題需要注意。盡管太陽能照明裝置的使用已經(jīng)日漸廣泛，但目前太陽能路燈在功率、光效和使用壽命上還仍然存在一些技術(shù)問

3、題。作為一種新型能源，作為一種新的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，與其它成熟技術(shù)產(chǎn)業(yè)相比，有優(yōu)勢也有發(fā)展時間短、技術(shù)未成熟導(dǎo)致的尚不完善的地方，例如性價比、管理、性能、標(biāo)準(zhǔn)、維護(hù)、環(huán)保等。在歐洲大部分地區(qū)，環(huán)保的思路推動著替代能源技術(shù)的開發(fā)，太陽能被公認(rèn)為是一種極好的替代能源。它的利用有助于降低CO2的排放，因而達(dá)到保護(hù)環(huán)境，很多國家，如丹麥，芬蘭，德國和瑞士，都認(rèn)為氣候變暖是推動太陽能研究開發(fā)，發(fā)展和銷售活動的主要因素。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。雖然太陽能公司的數(shù)量在減少，但保留下來的公司都趨向于更具規(guī)模，更能抵御市場的波動。在某些國家實行的電力公司私有化，可能提

4、高他們將太陽能裝置的主動發(fā)展。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。芬蘭人每年也購買幾千套小型(40-100w)光伏裝置，用于消夏小屋。此外，有些國家在高性能太陽能發(fā)電窗，太陽能熱水器，儲能裝置，透明隔熱材料，日光照明等產(chǎn)品的商業(yè)化方面進(jìn)行努力。2.選題目的、意義跨入21世紀(jì)，人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，如何能在能源有限和環(huán)境保護(hù)的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已成為全球的熱點問題。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)利用更加劇了環(huán)境的惡化。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)能源短缺。

5、常規(guī)能源的有限性和分布不均勻，造成了世界上大部分國家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。從長遠(yuǎn)來看。全球已探明石油儲量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，人類遲早要面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面。(2)環(huán)境污染。燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)排入天空，是大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；甚至在局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土資源。(3)溫室效應(yīng)?；茉吹睦貌粌H造成環(huán)境污染，同時會排放大量的溫室氣體，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化。隨著世界能源危機(jī)的加劇，各國都在尋求解決能源危機(jī)的辦法，

6、太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、環(huán)保的新能源越來越受到重視。近年來，太陽能路燈在國內(nèi)許多城市的應(yīng)用方興未艾，其良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性得到了一致的認(rèn)可。對太陽能路燈控制系統(tǒng)的研究，能把太陽能資源的利用率增加，并且可以在節(jié)約能源方面起到作用。隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)以及資源的日漸緊張，新能源的利用已快速進(jìn)入人們的生活。太陽能路燈以太陽光為能源， 白天充電、晚上使用， 無需鋪設(shè)復(fù)雜、昂貴的管線， 可任意調(diào)整燈具的布局， 安全節(jié)能無污染， 充電及開/關(guān)過程采用光控自動開關(guān)， 無需人工操作， 工作穩(wěn)定可靠， 節(jié)省電費(fèi)， 免維護(hù)， 太陽能路燈的實用性已經(jīng)得到人們的認(rèn)可。3.主要參考文獻(xiàn)1王建華，吳季平

7、，徐偉，太陽能應(yīng)用研究進(jìn)展J，水電能源科學(xué)，2007.2張萌，和湘，姜斌，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實例M，北京，清華大學(xué)出版社，2007.3許嘉梁，太陽能與太陽能路燈應(yīng)用J，燈與照明，2008年6月,第32卷第2期。4童銘，太陽能路燈控制器研發(fā)步進(jìn)C，上海市照明學(xué)會2008年年會論文集，2008.5唐繼賢，51單片機(jī)工程應(yīng)用實例M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.6侯現(xiàn)偉，房建國，控制器在太陽能路燈中的應(yīng)用J，陽光能源，2009,(1).7王文洋，基于單片機(jī)的太陽能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J，科技信息，2009,(28).二、主要研究(設(shè)計)內(nèi)容、研究（設(shè)計）思路及工作方法或工作流程基本原理：太

8、陽能路燈利用太陽能電池的光生伏特效應(yīng)原理，白天太陽電池吸收太陽能光子能量產(chǎn)生電能，通過控制器儲存在蓄電池里，當(dāng)夜幕降臨或燈具周圍光照度較低時，蓄電池通過控制器向光源供電一直到設(shè)定的時間后切斷。做到白天有陽光就充電儲能，晚上光控和時空點亮發(fā)光負(fù)載，照明道路。系統(tǒng)框圖如圖1所示。太陽能電池組件光控制電路時間控制模版智能控制器驅(qū)動電路蓄電池組發(fā)光負(fù)載太陽能充電電路(防過充)圖1 系統(tǒng)硬件框圖二、主要研究(設(shè)計)內(nèi)容、研究（設(shè)計）思路及工作方法或工作流程 1.主要研究(設(shè)計)內(nèi)容 檢索文獻(xiàn)確定太陽能路燈控制器的基本組成。 完成太陽能路燈的系統(tǒng)總體設(shè)計,轉(zhuǎn)換電路,接口電路,控制電路等硬件系統(tǒng)。 2.研究

9、(設(shè)計)思路 對太陽能路燈的供電轉(zhuǎn)換以及開、關(guān)控制進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。首先,實現(xiàn)對太陽能路燈在正常情況下的開關(guān)。 (1)光線暗時,路燈自動點亮,直到次日早上光線強(qiáng)時,路燈自動熄滅。(2)設(shè)置節(jié)能模式,路燈在夜間可進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)。 (3)白天光信號接收器的光線入口被短時間遮擋時,不會出現(xiàn)路燈被開的情況。 (4)夜間,防止接收器由于忽然產(chǎn)生的光線的影響,而出現(xiàn)全城路燈熄滅的情況。(5)為了保護(hù)照明電路,在路燈線路出現(xiàn)故障時,及時發(fā)出警報。 3.工作方法或工作流程在現(xiàn)有的太陽能電池研究成果的基礎(chǔ)上了解光電轉(zhuǎn)換的原理,通過對光電池的研究,能夠設(shè)計完成所需的太陽能路燈系統(tǒng),并能夠在實驗中實現(xiàn)設(shè)計功能,得到正確的

10、實驗結(jié)果。整個系統(tǒng)主要是通過單片機(jī)來完成控制和實現(xiàn)。單片機(jī)的主要工作是保證LED驅(qū)動電路的恒流輸出;判斷白天黑夜并以此來切換蓄電池充電和放電模式:提供監(jiān)控保護(hù)、溫度監(jiān)測、狀態(tài)輸出和用戶控制輸入檢測等功能。對基于單片機(jī)設(shè)計的太陽能路燈燈光控制系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)研究,闡明單片機(jī)在設(shè)計中的應(yīng)用原理及設(shè)計過程,進(jìn)而指導(dǎo)實驗完成對燈光的控制及對太陽能路燈的優(yōu)化設(shè)計。硬件電路組成及工作原理：以單片機(jī)為核心的太陽能路燈控制器的設(shè)計方案，系統(tǒng)以較少的按鍵實現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置，采用PWM技術(shù)對蓄電池進(jìn)行充電管理，采取了負(fù)載過流，短路保護(hù)措施。系統(tǒng)具有可靠性高，操作簡單等特點。太陽能路燈智能控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。該系統(tǒng)

11、以STC12C5410AD單片機(jī)為核心，外圍電路主要由電壓采集電路，負(fù)載輸出控制與檢測電路，LED顯示電路及鍵盤電路等部分組成，電壓采集電路包括太陽能電池板和蓄電池電壓采集，用于太陽光線強(qiáng)弱的識別以及蓄電池電壓的獲取，單片機(jī)的P3口的兩位作為鍵盤輸入口，用于工作模式等參數(shù)的設(shè)置。鍵盤LED顯示MCUSTC12C5410AD太陽能電池板保護(hù)，電池檢測蓄電池保護(hù)，電壓監(jiān)測、充電負(fù)載輸出控制與檢測圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖其中,負(fù)載輸出控制與檢測電路模塊,本系統(tǒng)設(shè)計了兩路負(fù)載輸出，每路輸出均有獨立的控制和檢測，具有完善的過流、短路保護(hù)措施，設(shè)計了兩級保護(hù)，第一級采用了由R7(0.01康銅絲)以及運(yùn)放LM358、比較器LM393等器件組成的過流、短路檢測電路，配合單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換及外部中斷響應(yīng)未實現(xiàn)負(fù)載過流及短路保護(hù)，是一種硬件+軟件的方式，LM358的輸出送P1.7(A/D轉(zhuǎn)換)口，用作過流信號識別，當(dāng)電流超過預(yù)定電流20%并維持30s以上時，確認(rèn)為過流，短路電流整定為10A，響應(yīng)時間為毫秒數(shù)量級。三、畢業(yè)設(shè)計(論文)工作進(jìn)度安排第1周 對設(shè)計的大體規(guī)劃,查閱