太陽能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料

1、1.1 課題研究背景及意義 進(jìn)入21世紀(jì)，人類將面臨三大主要問題：經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境。經(jīng)濟(jì)與能源問題逐漸發(fā)展成阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的絆腳石?，F(xiàn)在最令人敬畏的挑戰(zhàn)是給未來找到一種足夠清潔、可持續(xù)發(fā)展的能源。當(dāng)今社會(huì)，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，隨著人類所使用的資源日益耗盡，開發(fā)不污染環(huán)境的清潔能源已成為各國刻不容緩的任務(wù)。在世界上，近三分之一的人不能生活在通電的農(nóng)村地區(qū)，也不能擁有清潔的飲用水。作為可持續(xù)發(fā)展能源，太陽能可以為人們輕易地提供電力，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。太陽能用之不盡，取之不竭，因此太陽能光伏發(fā)電受到越來越多人的關(guān)注。太陽能被稱作是21世紀(jì)最重要的能源。相對(duì)于火、水、核電來講，太陽能發(fā)展具有安全性、充足

2、性和清潔性等特點(diǎn)。LED照明燈因?yàn)榫哂协h(huán)保、壽命長和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域被廣泛使用。光伏發(fā)電和LED照明，兩者進(jìn)行有機(jī)地完美結(jié)合，對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀因?yàn)榈厍蛸Y源的日趨匱乏，人類對(duì)于用太陽能發(fā)電的心愿越來越急切。由于美日德等西方國家推動(dòng)了國家光伏發(fā)展計(jì)劃及太陽能屋頂計(jì)劃這兩者的發(fā)展，使得近年來光伏產(chǎn)業(yè)在世界上的地位越發(fā)重要，也是至今發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。另外，人們對(duì)于太陽能路燈這一詞并不陌生，在一些發(fā)達(dá)國家的公路上到處都有太陽能光伏設(shè)備。太陽能在其很多領(lǐng)域都有涉及，比如:在交通、通信等工業(yè)領(lǐng)域亦或是在山道、隧道等工程類領(lǐng)域里。隨著世界逐漸開始注意LED節(jié)能燈后，

3、國內(nèi)外各種一線知名品牌開始相繼進(jìn)軍各大燈具市場，市場之間的各種競爭愈演愈烈。 在國內(nèi)，我國太陽能資源總量非常豐富。但是中國人口眾多，再加上現(xiàn)在的資源緊張，已經(jīng)逐漸影響了人們的日常生活。因此，太陽能以其豐富的能源優(yōu)勢，在實(shí)際運(yùn)用領(lǐng)域獲得舉重若輕的地位。但是與世界光伏產(chǎn)業(yè)相比，中國還處于起步階段，黨和政府深之其發(fā)展的可行性，要求社會(huì)深入了解新能源的優(yōu)勢，支持和鼓勵(lì)新能源的開發(fā)。1.3 太陽能LED路燈的市場發(fā)展現(xiàn)狀近些年來我們國家的道路照明質(zhì)量不斷提高，路燈建設(shè)得到了迅猛的發(fā)展。在照明燈中，LED燈與傳統(tǒng)光源的白熾燈和熒光燈相比，擁有環(huán)保、節(jié)能、壽命長等特點(diǎn)。作為一種新型的綠色光源，LED燈將逐步

4、取代普通節(jié)能燈。我們常用的節(jié)能燈中含汞，這會(huì)對(duì)人類身體產(chǎn)生危害和造成環(huán)境污染。作為一項(xiàng)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，我國實(shí)施了綠色照明項(xiàng)目，選擇采用新型光源，為社會(huì)帶來一個(gè)舒適，節(jié)能的照明環(huán)境。隨著LED照明燈的不斷發(fā)展，它將逐步成為最熱門的產(chǎn)業(yè)。 1.4 論文的主要內(nèi)容 本文論文通過對(duì)蓄電池的充放電的保護(hù)來控制太陽能路燈的開關(guān)。整篇文章介紹了路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它的主要組成部分:控制器、電源電路模塊、太陽能電池板電壓采集模塊、蓄電池電壓采集模塊、復(fù)位模塊等。對(duì)其以此進(jìn)行了方案分析，以及硬軟件的設(shè)計(jì)與研究。 第二章 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 2.1 整體方案設(shè)計(jì)2.1.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則1)經(jīng)濟(jì)性原則:在整個(gè)路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,

5、我們應(yīng)盡可能地選取簡單的設(shè)計(jì)方案,并選擇簡單的組成系統(tǒng),用以節(jié)約整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開支?？紤]到它的經(jīng)濟(jì)性，我們所設(shè)計(jì)的整個(gè)界面應(yīng)簡單并易于操作，這樣有益于系統(tǒng)維護(hù)人員的使用。2）穩(wěn)定性原則：整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)，能擁有穩(wěn)定處理故障的能力，并具有自我修復(fù)的功能。從穩(wěn)定性上考慮，應(yīng)選取壽命長、質(zhì)量好的工作元件。不會(huì)因?yàn)槟骋煌话l(fā)狀況而造成數(shù)據(jù)丟失等情況的發(fā)生。 3）通信實(shí)時(shí)性原則 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，其傳輸?shù)拿钜⒓磮?zhí)行。2.1.2 系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)中的控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心?？刂破骺刂浦铍姵氐某?、放電，并監(jiān)控LED路燈的運(yùn)行。系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)具體如下：1）在出現(xiàn)故障、數(shù)據(jù)監(jiān)測異常、路燈工作

6、電壓異常和蓄電池電壓超過上下限電壓時(shí)，能即時(shí)報(bào)警，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2）整個(gè)程序嚴(yán)格控制開關(guān)燈時(shí)間，對(duì)每個(gè)路燈設(shè)定精確的開斷時(shí)間。3）利用控制器控制蓄電池的充、放電。遇到陰雨天時(shí)，太陽能電池板停止對(duì)蓄電池充電，此時(shí)應(yīng)給路燈負(fù)載接入220V的電力線，來保證供電。 2.2 路燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成太陽能LED路燈系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和LED燈具四個(gè)部分組成。 太陽能電池：把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。蓄電池:儲(chǔ)能裝置，為負(fù)載供電?？刂破鳎嚎刂铺柲茈姵氐妮敵龉β屎托铍姵爻浞烹姷鹊难b置。LED燈具：是各種路燈燈頭。 2.3 太陽能電池 2.3.1太陽能電池的工作原理我們最常見的太陽能電池一般

7、都是P-N 結(jié)的二極管，P-N 結(jié)通過光能產(chǎn)生直流電。在受到光照時(shí)，與此同時(shí)和它相連的負(fù)載會(huì)有電流的產(chǎn)生。太陽能電池具有P層和N層，P-N 結(jié)則由硅或者鎵構(gòu)成。太陽能電池由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩者構(gòu)成。P型硅的載流子是帶正電的空穴，由3價(jià)硼原子組成，晶片受光過程中帶正電的空穴網(wǎng)P型區(qū)移動(dòng)；N型硅的載流子是帶負(fù)電的電子，由5價(jià)磷原子組成，在受光時(shí)，帶負(fù)電的電子往N區(qū)移動(dòng)。在受到足夠的陽光照射下，會(huì)在結(jié)區(qū)附近產(chǎn)生電子空穴對(duì)，再通過正負(fù)電極，接上負(fù)載就能產(chǎn)生直流電。 2.3.2太陽能電池的分類太陽能電池是整個(gè)太陽能路燈中的核心,也是這個(gè)系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。太陽能電池組件的作用是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能

8、，然后存儲(chǔ)在蓄電池中，在無光照時(shí)，來發(fā)光照明。太陽能電池的種類有很多，在能量轉(zhuǎn)換效率，制造成本等方面，每一種光伏材料都有它的優(yōu)缺點(diǎn)。在眾多太陽能光電池中較普通且實(shí)用的是以下幾種日常生活中最常見的三種材料。單晶硅太陽能電池:光電轉(zhuǎn)換效率最高，為13%15%，最高可以達(dá)到24%。這是至今為止在所有太陽能電池中轉(zhuǎn)換效率最高的。它牢固且耐用,壽命能達(dá)到25年。但它制作成本很大，不被廣泛推崇使用。多晶硅太陽能電池：效率比單晶硅要低很多，為11%13%。它的材料制作簡單，生產(chǎn)成本低，所以被大量發(fā)展應(yīng)用。但是從壽命上來講，它的使用壽命比單晶硅短。因此，從性價(jià)比上考慮，單晶硅太陽能電池比之稍好一點(diǎn)。非晶硅太陽

9、能電池：它的制作方法與以上兩種完全不同。材料消耗少且電耗低。但其光電轉(zhuǎn)換效率偏低，為8%10%，并且穩(wěn)定性較差，但它能在弱光條件下發(fā)電。所以在陰雨天比較多、陽光相對(duì)不是很充足的南方地區(qū),采用單晶硅太陽能電池為好,因?yàn)閱尉Ч杼柲茈姵匦阅軈?shù)比較穩(wěn)定。2.3.3太陽能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤原理在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，使用太陽能電池是最基本的環(huán)節(jié)。提高太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)換效率,使其輸出功率為最大功率，以提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。實(shí)際上，對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤是一個(gè)尋優(yōu)的過程，所謂的太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤，即控制太陽能電池一直輸出最大功率。在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，只有提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，才能提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

10、但是太陽能電池的IV特性具有非線性的特征。隨著外界溫度，光照強(qiáng)度等自然因素的變換，其輸出功率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。但在一定的溫度和光照強(qiáng)度下，太陽能電池具有唯一的一個(gè)最大功率點(diǎn)。2.3.4常用的最大功率跟蹤控制方法的分析和比較太陽能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤的算法有：恒定電壓法、爬山法、電導(dǎo)增量法和功率回授法等。在計(jì)算過程中，一般是依據(jù)電壓或功率這兩種變量進(jìn)行調(diào)節(jié)。依據(jù)電壓是指：計(jì)算時(shí)不停測量太陽能電池的特性并算出太陽能電池的最大功率點(diǎn)，調(diào)節(jié)電壓至最接近最大功率點(diǎn)電壓。但做法復(fù)雜，還要花時(shí)間，所以不大提倡這種方法。依據(jù)功率是指：測量蓄電池的充電功率并以此判斷出太陽能電池的最大功率點(diǎn)，令蓄電池始終保持在最

11、大的充電功率上。但這種方式并不能保證太陽能電池有最大功率輸出而只是保證蓄電池有最大功率輸入。但是仔細(xì)一想，光去保證光伏電池的最大功率輸出而不讓蓄電池獲得最大充電功率，那么計(jì)算結(jié)果毫無意義。爬山法：它的工作原理是通過不斷擾動(dòng)光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)以尋找最大功率點(diǎn)的方向。先通過擾動(dòng)輸出電壓值，測量它的功率變化。再與擾動(dòng)之前的功率值進(jìn)行比較，得出結(jié)論，如果功率值大于擾動(dòng)前的值，即擾動(dòng)方向正確，則繼續(xù)向同一方向擾動(dòng)。如果功率值小于擾動(dòng)前的值，則朝相反的方向擾動(dòng)。 電導(dǎo)增量法：它的工作原理是不斷調(diào)整系統(tǒng)工作點(diǎn)的電壓，來慢慢靠近最大功率點(diǎn)電壓。這方法能判斷出工作點(diǎn)電壓和最大功率點(diǎn)電壓的關(guān)系。太陽能電池組的電壓功

12、率曲線是一個(gè)單峰的曲線，在輸出功率最大點(diǎn)處，功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。為了達(dá)到最大功率點(diǎn)，在導(dǎo)數(shù)大于零的區(qū)域增加電壓，在導(dǎo)數(shù)小于零的區(qū)域減小電壓，在導(dǎo)數(shù)約等于零的時(shí)候，不改變電壓大小。爬山法和電導(dǎo)增量法這兩種是運(yùn)用最廣泛的方法。兩者進(jìn)行比較，爬山法的結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。而電導(dǎo)增量法的動(dòng)態(tài)性能和跟蹤方面比爬山法強(qiáng)。爬山法是最常見的跟蹤方法，但缺點(diǎn)是跟蹤時(shí)波動(dòng)較大，不易得到精確數(shù)據(jù)。電導(dǎo)增量法是跟蹤速度最快的一種方法，但有固定步長會(huì)影響跟蹤效率，因其對(duì)硬件要求高，也難以實(shí)現(xiàn)其精確值。2.4 蓄電池在太陽能路燈系統(tǒng)中，通過對(duì)蓄電池剩余容量進(jìn)行控制，這是建立一個(gè)良好的電池管理系統(tǒng)的開始。在使用過程中，整個(gè)

13、系統(tǒng)一直在檢查蓄電池的容量。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)容量的多少，實(shí)時(shí)地采取措施，讓負(fù)載適應(yīng)SOC的狀態(tài)。在線檢查蓄電池剩余容量，從而精準(zhǔn)地運(yùn)用SOC控制法。并依據(jù)SOC值的大小，對(duì)蓄電池采取均衡充電，使其性能均勻，延長蓄電池的使用壽命。對(duì)于對(duì)蓄電池剩余容量（SOC）的測量，常見的方法有電液比重法、開路電壓法和內(nèi)阻法。一電液比重法：閥控式密封鉛酸蓄電池不能使用這個(gè)方法。二開路電壓法：新電池能采用這種方法，到蓄電池使用到一定階段，它的容量下降后，因?yàn)殚_路電壓的改變，不再能真實(shí)地反映出剩余容量。三內(nèi)阻法：依據(jù)蓄電池容量和內(nèi)阻之間的確定關(guān)系，一般先測量出某一型號(hào)和規(guī)格的蓄電池內(nèi)阻容量曲線，接著通過測算蓄電池內(nèi)阻得到

14、同規(guī)格和型號(hào)的蓄電池剩余容量。但此方法通用性較差，過程也很復(fù)雜，不建議采用。2.4.1蓄電池的充放電原理蓄電池作為一種電化學(xué)裝置，是用化學(xué)能的方式儲(chǔ)存能量和用電能的方式釋放能量。它與用電設(shè)備相連時(shí)，會(huì)把化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能，然后產(chǎn)生電流。蓄電池有許多種，例如：鉛酸蓄電池、鉛鈣蓄電池、膠體電解質(zhì)蓄電池、鎳鎘蓄電池等。據(jù)一些研究結(jié)果表明,蓄電池的充放電方式?jīng)Q定了蓄電池使用的壽命。對(duì)其特性進(jìn)行分析,我們有以下2種方法來延長蓄電池使用壽命。一：運(yùn)用三段式充電；二：對(duì)過充過放進(jìn)行保護(hù), 令蓄電池電壓保持在23.5V到25V。這兩種方法可以有效地延長蓄電池的壽命。以下是它們的充放電簡要過程。 放電過程：蓄電池和

15、負(fù)載連接產(chǎn)生電流。在陽極板上：PbO是鉛與氧的化合物；電解液是氫與硫酸根的化合物。鉛酸蓄電池內(nèi)的活性物質(zhì)PbO和絨狀Pb浸入到電解液H2SO4中，逐漸形成pbso4。此放電過程負(fù)極被氧化，正極被還原。會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)方程式： PbSO4+2HSO4+pbPbSO4+2HO+pbSO4 (放電反應(yīng)）蓄電池放完電以后，進(jìn)行充電過程。與放電反應(yīng)相反，充電是正極被氧化，負(fù)極被還原，PbO2又變?yōu)檎龢O上的活性物質(zhì)，絨狀Pb又變?yōu)樵瓉碡?fù)極上的活性物質(zhì)，這就是“雙極H2SO4鹽化理論”，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)方程式： PbSO4+2HO+pbSO4 PbSO4+2HSO4+pb （充電反應(yīng)）在這一系統(tǒng)中，蓄電池一邊要

16、把太陽能轉(zhuǎn)化為電能保存起來，一邊要在無光照時(shí)，給其負(fù)載提供電能，故我們一般選用性能可靠的蓄電池，來保證照明系統(tǒng)的正常工作。鉛酸蓄電池與其它幾種蓄電池相比，它擁有容量大、價(jià)格低、壽命長等眾多優(yōu)點(diǎn)，被大肆選用。因此，本系統(tǒng)選用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能裝置。2.4.2鉛酸蓄電池的壽命影響因素鉛酸蓄電池的電池性能和壽命主要取決于活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、電池的運(yùn)行狀態(tài)和條件等?？偠灾?，祛除它本身的質(zhì)量問題，影響鉛酸蓄電池壽命的因素主要由以下幾方面組成。1過充電 在實(shí)踐中得出，影響蓄電池壽命的最主要原因就是過充電。過充電會(huì)造成鉛酸蓄電池的正極析氧然后極板深處產(chǎn)生的氧氣從電極表面逸出。蓄電池在長期過充電狀態(tài)下，正

17、極由于析氧反應(yīng)，水被消耗接著H+增加，使得正極附近的酸度增加，從而加快了板柵的腐蝕。此時(shí)，蓄電池的容量下降。 2. 過放電、小電流放電 鉛酸蓄電池絕對(duì)不能過放電。一旦發(fā)生過放電，蓄電池極板表面會(huì)產(chǎn)生大顆粒PbSO4結(jié)晶，形成極板“HSO4鹽化”。PbSO4是一種絕緣體，它會(huì)讓蓄電池的內(nèi)阻增大，導(dǎo)致蓄電池的放電性能變差。在小電流放電的條件下，PbSO4要氧化還原十分困難。假使PbSO4晶體長時(shí)間不能被清理，那么將會(huì)影響蓄電池的容量和使用壽命。 3環(huán)境溫度 每種鉛酸蓄電池都有一個(gè)最佳環(huán)境溫度范圍。在環(huán)境溫度過高時(shí)，蓄電池的極板腐蝕加劇，并消耗更多的水。 24.3影響鉛酸蓄電池工作的因素 （1） 內(nèi)

18、在因素對(duì)鉛酸蓄電池性能的影響 1）放電率對(duì)鉛酸蓄電池容量的影響 蓄電池容量的大小和放電率的大小正好相反。如果放電率變高，那么容量就變小。因?yàn)樵谛铍姵胤烹姇r(shí)，它的電流變大時(shí)，此時(shí)在極板上的活性物質(zhì)和周圍的H2SO4會(huì)發(fā)生反應(yīng)，然后產(chǎn)生晶粒大的PbSO4。但是PbSO4晶粒會(huì)容易阻塞細(xì)孔，導(dǎo)致細(xì)孔中的H2SO4濃度降低，這使得當(dāng)中的活性物質(zhì)與其進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的機(jī)會(huì)降低。此時(shí)，電解液電阻變大，電壓下降變快，令鉛酸蓄電池釋放不出全部能量。當(dāng)蓄電池放電率變小時(shí)，所得出的結(jié)論與之恰恰相反。2）電解液的溫度 蓄電池容量的大小和電解液溫度的大小正好成正比。如果鉛酸蓄電池電解液的溫度變低，那么輸出容量也就變小。因

19、為當(dāng)電解液的溫度變低時(shí)，它的粘稠度將增大，其滲透能力會(huì)減弱。到冬季時(shí)，我們務(wù)必要密切注重鉛酸蓄電池的保溫工作，因?yàn)槎焖碾娀瘜W(xué)反應(yīng)會(huì)加強(qiáng)。在夏天，我們應(yīng)當(dāng)確保良好的通風(fēng)條件。如果電解液溫度超過 38攝氏度時(shí)，這種高溫會(huì)引誘鉛酸蓄電池自己進(jìn)行放電。3）電解液的相對(duì)密度鉛酸蓄電池中電解液的相對(duì)密度的量的多少能決定蓄電池的使用壽命。當(dāng)其相對(duì)密度增加時(shí)，它的電解液粘稠度將會(huì)增大，然后導(dǎo)致擴(kuò)散速率下降。最終導(dǎo)致蓄電池的容量減少。但是對(duì)它的相對(duì)密度進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾?，能增大蓄電池的容量。?dāng)其相對(duì)密度太低時(shí)，它的電解液粘稠度將會(huì)大大減少，最終也會(huì)導(dǎo)致鉛蓄蓄電池的容量減少。但是如果令蓄電池電解液的相對(duì)密度稍稍降

20、低，這能延長鉛酸蓄電池的使用壽命。（2） 外界因素對(duì)鉛酸蓄電池性能的影響影響鉛酸蓄電池的使用壽命，并且導(dǎo)致鉛酸蓄電池的壽命結(jié)束的原因主要有以下三點(diǎn)：1. H2SO4電解液干涸：主要是由蓄電池內(nèi)部向外部逐漸滲水、水蒸汽的蒸發(fā)、電壓過高、電池發(fā)熱等情況造成的。2. 熱失控：蓄電池在充電的過程中會(huì)產(chǎn)生熱量。充電是正極被氧化，負(fù)極被還原，PbO2又變?yōu)檎龢O上的活性物質(zhì)，絨狀Pb又變?yōu)樵瓉碡?fù)極上的活性物質(zhì)。但絨狀Pb與負(fù)極進(jìn)生反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多的熱量，從而導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部的溫度持續(xù)升高。如果這樣的高溫持續(xù)不褪的話，將會(huì)導(dǎo)致蓄電池發(fā)生過熱的現(xiàn)象。如此循環(huán)往復(fù)，將會(huì)發(fā)展成為熱失控。3. 內(nèi)部短路：因?yàn)殂U酸蓄電池

21、中的活性物質(zhì)脫落，以及隔膜物質(zhì)的老化，這些問題會(huì)導(dǎo)致在充放電過程中引產(chǎn)生內(nèi)部短路的現(xiàn)象。2.5 LED燈源2.5.1白光 LED 的發(fā)光原理 早期的LED發(fā)光效率很低，隨著科技的突破和發(fā)展，白光LED燈被開發(fā)成功，它的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大。LED燈泡由攙雜半導(dǎo)體材料制作而成，一層帶有負(fù)電荷的電子，另一層是帶正電荷的“空穴”。通過電流時(shí)，電子和空穴互相結(jié)合，LED燈輻射出光芒。它有如下特征：發(fā)光效率高、節(jié)能、使用壽命長、安全性強(qiáng)、環(huán)保。2.5.2 LED 光源的分類 1. 按發(fā)光管的發(fā)光顏色分類 發(fā)光管的發(fā)光顏色依次分為紅、橙、綠色、藍(lán)光等。從散射劑和有無顏色上看，上面幾種顏色的發(fā)光二極管還可分成有

22、色、無色透明、有色、無色散射這幾種。 2. 按發(fā)光管的出光面特征分類 （1）高指向性：其半值角一般為 5°-20°，通常作為封裝使用，例如尖頭環(huán)氧封裝。（2）標(biāo)準(zhǔn)型：其半值角為 20°- 45°，通常作為指示燈使用。 （3）散射型：其半值角一般為 45°- 90°，作為指示燈使用，但比第二種要大。3. 按發(fā)光管的發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分類從發(fā)光強(qiáng)度來說，分有普通亮度、超高亮度和高亮度發(fā)光二極管。從工作電流來說，分為普通電流和低電流。普通電流是在十幾到幾十MA之間，而低電流的工作電流一般 在 兩MA 以下。但是這兩種的亮度是一樣的。2.5.

23、3 LED 光源的發(fā)展優(yōu)勢及工作受影響因素1.LED 光源的發(fā)展優(yōu)勢LED 作為一種新興光源，因其耗電量少，價(jià)格低廉，深受廣大購物者的需求。它的發(fā)展迅速，應(yīng)用也越來越廣泛。下圖是LED 光源和其他光源的對(duì)比。燈型類功率光效光通最相關(guān)色溫顯色指數(shù)壽命白熾燈40104002600901000鹵素?zé)?5176004000902000低壓鈉燈35131460020002520000高壓鈉燈50125340020003020000金鹵燈3565227545007815000無極燈3580280040008560000HBLED1065-75450400085100000車頭燈35913200500090

24、2500（拿高壓鈉燈舉例）由上圖得出：除開LED 光源，在這些光源中，高壓鈉燈與其它幾種光源相比，具有光效高，壽命較長，但它的顯色指數(shù)不好，所以常在顯色效果要求不高的城市道路照明中看到。但它下面的金鹵燈的顯色指數(shù)和相關(guān)色溫都比它高。所以常被用于顯色效果要求較高的商場中照明。LED 光源與高壓鈉燈的比較：1. 從數(shù)字上看：LED 的發(fā)光效率為 6575流明/瓦，高壓鈉燈的發(fā)光效率為 125 流明/瓦。所以此時(shí)高壓鈉燈好。2. 從相關(guān)色溫上看：高壓鈉燈的相關(guān)色溫只有 2000oK，但LED 的色溫較高，會(huì)達(dá)到 35004500 及以上。3. 從顯色指數(shù)上看：高壓鈉燈的顯色指數(shù)較差，為 20 -40

25、，但 LED 的顯色指數(shù)高，能達(dá)到 7580。舒適度比較高。從發(fā)光效果上看，LED燈 比高壓鈉燈高出許多。隨著使用頻率的增大，LED 光源的市場發(fā)展前景越來越廣泛。憑借它的諸多優(yōu)點(diǎn)，LED路燈將在照明系統(tǒng)中擁有越來越重要的市場地位。2. LED 光源的工作受影響因素 總的來說，其實(shí)主要是熱量管理的問題。 LED中的熱量會(huì)很容易在 p 型區(qū)域中產(chǎn)生，但是這個(gè)熱量要必須通過整個(gè)結(jié)構(gòu)才能去消散；LED 應(yīng)用的主要散熱途徑有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流。嚴(yán)重的自加熱效應(yīng)的產(chǎn)生，會(huì)對(duì)LED器件的性能和可靠性產(chǎn)生毀滅性的影響。 1） 熱量對(duì) LED 的影響 在LED中，保證里面熱量能分布均勻，可靠性穩(wěn)定很重要。在一塊很

26、小的芯片里，里面集中的熱量會(huì)隨著芯片溫度的升高，會(huì)發(fā)生分布不均勻的情況。隨著溫度的逐漸增加，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，它的可靠性會(huì)逐漸下降。2） 芯片尺寸與散熱的關(guān)系 輸入功率的增加，將會(huì)大大改善LED燈的亮度。但是如果一味的增大，必然會(huì)使燈中的溫度升高，散熱不及，對(duì)LED燈產(chǎn)生影響。此時(shí)，我們應(yīng)增大 P-N 結(jié)的尺寸，防止飽和狀態(tài)的發(fā)生。但是如果在等同的散熱條件下，假使增加芯片的尺寸，結(jié)區(qū)溫度將不斷上升。 2.6 路燈控制器太陽能LED路燈控制器作為太陽能路燈系統(tǒng)能量的平衡管理者，協(xié)調(diào)太陽能電池板、蓄電池和負(fù)載三者之間的工作。它的開發(fā)任務(wù)主要分為三大部分，一對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)，通過研究蓄電池的充電特性，太

27、陽能電池的輸出特性，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的充電算法。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的保護(hù)和提高整體工作效率。二MPPT算法：調(diào)整太陽能電池輸出電壓，使其處于最大功率輸出狀態(tài)。三：具有近端、遠(yuǎn)程監(jiān)控通信功能。這種平衡管理，使得整個(gè)系統(tǒng)更安全、高效地運(yùn)作。第三章 太陽能LED路燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1硬件總體設(shè)計(jì)太陽能路燈系統(tǒng)主要組成部分:控制器、電源電路模塊、太陽能電池板電壓采集模塊、蓄電池電壓采集模塊、復(fù)位模塊等。電源電路模塊：為系統(tǒng)提供5V直流電壓和12V工作電壓。太陽能電池板電壓采集模塊：光照強(qiáng)度由采集值判定。蓄電池電壓采集模塊：它的采集值的大小用以控制蓄電池的充放電。3.2電源電路模塊 為了整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，系

28、統(tǒng)需要分別為單片機(jī)和太陽能電池提供5V直流電壓和12V的直流電壓。在系統(tǒng)工作的時(shí)候，先由220V交流電變?yōu)?2V直流電，然后再轉(zhuǎn)為5V的直流電，這樣才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。如圖所示：電路圖的左右兩邊各有一個(gè)電容，兩個(gè)電容相互配合，保證高低頻輸出信號(hào)的正常通過。3.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)何為復(fù)位電路，顧名思義，即運(yùn)用它把電路恢復(fù)到起始的狀態(tài)。歸零回到最初的狀態(tài)，進(jìn)行重新計(jì)算。啟動(dòng)復(fù)位電路的手段有兩種：1.在通電時(shí)立刻采取復(fù)位操縱2.可以采取手動(dòng)操縱。一般來說，簡單的電容和電阻的結(jié)合就能組成一個(gè)基本的復(fù)位電路。把復(fù)位信號(hào)傳給單片機(jī)是復(fù)位電路的作用，在整個(gè)電路中復(fù)位電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)給單片機(jī)，使單

29、片機(jī)正常復(fù)位。以下是相應(yīng)的5個(gè)復(fù)位源。（1）上電復(fù)位（POR）：它的本質(zhì)就是上電延時(shí)復(fù)位。通俗來講，是在上電期間使CPU處于復(fù)位狀態(tài)，如果電源電壓沒有達(dá)到上電復(fù)位門限時(shí)，此時(shí)MCU 復(fù)位。 （2）外部復(fù)位：3.4 蓄電池與太陽能板電壓采集電路設(shè)計(jì)3.4.1太陽能板電壓檢測電路太陽能電池板作為整個(gè)系統(tǒng)的供電來源，檢查太陽能板的電壓狀況，能有效分辨白天與黑夜。對(duì)太陽能板的電壓進(jìn)行采集,通過觀察太陽能板的電壓示數(shù)，來控制蓄電池充放電。我們?cè)诎滋炫c黑夜對(duì)它的電壓進(jìn)行檢測。不難發(fā)現(xiàn)，在白天，因?yàn)橛泄庹?，太陽能板上有電壓，在夜晚則沒有。由下圖所知：當(dāng)太陽能板電壓下降至約9V時(shí)，幾乎無光照，此刻應(yīng)處于黑夜。

30、因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)把三塊太陽能板串聯(lián)起來，所以當(dāng)太陽能板電壓為27V時(shí)，證明此時(shí)已天黑。3.4.2蓄電池電壓采集電路設(shè)計(jì)以防蓄電池的過充和過放，我們要對(duì)蓄電池兩端的電壓進(jìn)行檢測，保護(hù)蓄電池，來保證蓄電池的正常工作。采集蓄電池電壓是要求去采集大電壓，要進(jìn)行分壓測量。分壓比是蓄電池電壓變化范圍和ADC采集電壓的范圍所決定的。如下圖所示，二極管D4起保護(hù)作用，PC1是一個(gè)輸入通道,C8是一個(gè)濾波電容。蓄電池在白天一直充電，夜晚放電，供電給負(fù)載。在測量過程中，蓄電池的端電壓進(jìn)行不斷變化,采集到的電壓要小于1V才能測準(zhǔn)蓄電池的電壓。3.5蓄電池充電電路充電模塊是太陽能板與蓄電池之間的橋梁。充電模塊需要具備以下幾

31、項(xiàng)功能:充電控制;蓄電池反接保護(hù);太陽能板反接保護(hù);蓄電池、太陽能板電壓檢測;充電電流檢測。充電控制是充電模塊的基木功能。當(dāng)陽光充足,太陽能板電壓高過蓄電池電壓時(shí),啟動(dòng)對(duì)蓄電池的充電過程;當(dāng)陽光暗淡,太陽能板電壓低于蓄電池電壓時(shí),關(guān)閉對(duì)蓄電池的充電過程。傳統(tǒng)的控制方式僅需要一個(gè)二極管,就能實(shí)現(xiàn)充電控制功能,但二極管壓降較大,額定電流偏低,在蓄電池充電過程中,最大充電電流可能會(huì)達(dá)到10A,因此,二極管方案顯然存在不足之處。單片機(jī)(PB4)給出充電的控制信號(hào)，即 PB4=1，NPN 型的三極管導(dǎo)通，此時(shí)集電極接地，使得 IRF4905 柵源電壓鉗位在-10V，IRF4905 管導(dǎo)通，太陽電池向蓄電

32、池充電。反之，NPN 型三極管截止 VGS=0V，IRF4905 管斷開，太陽電池不能向蓄電池充電。3.6放電控制模塊的的設(shè)計(jì)1.24V 電壓輸出模塊 1.Buck 電路元器件參數(shù)選擇: 輸入電壓為36V，輸出電壓為24V，控制器工作頻率為10kHz，功率管FDP3651U正向壓降VS 為1V，二極管采用肖特基二極管，其正向壓降為0.6V左右。 2.續(xù)流二極管D的選擇Buck電路工作在高頻狀態(tài)，這就要求反向恢復(fù)時(shí)間要短，選用肖特基二極管，其主要特點(diǎn)是電荷存儲(chǔ)效應(yīng)非常小，選取D4SC6M肖特基二極管作為續(xù)流二極管。3.功率管VT的選擇流過功率管的電流與流過電感L的電流相同，可得功率管的峰值電流約

33、為0.928A，功率管的輸入電壓與蓄電池端電壓相同，約在31V43V之間，所以選擇功率管VT的型號(hào)為N溝道FDP3651U。3.7基于ATmega128單片機(jī)主控電路的硬件設(shè)計(jì)ATmega128 單片機(jī)是基于 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的 8 位低功耗 CMOS 微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega128 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。其產(chǎn)品具有以下產(chǎn)品特點(diǎn)：（1）高性能、低功耗的 AVR® 8 位微處理器。（2）先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)（3）非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（4）JTAG 接口（5）外設(shè)特點(diǎn)（6）特殊的處理器特點(diǎn)單片機(jī)管腳說明VCC：數(shù)字電路的電源。 GND：地。端口 A：端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻，其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。端口 B：端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。端口 C：端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。端口 D：端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可