風(fēng)光互補型智能路燈系統(tǒng)設(shè)計

風(fēng)光互補型智能路燈系統(tǒng)設(shè)計主考院校：專業(yè)：指導(dǎo)老師：考生姓名：準(zhǔn)考證號：二零一二年四月十日摘要隨著科技的發(fā)展，我們的生活變好了，但是我們周圍的環(huán)境越來越差，而且自然界中一次性能源也越來越少，這樣就被迫我們要去尋找新的能源。太陽能和風(fēng)能在資源條件和技術(shù)應(yīng)用上都有很好的互補特性。由于風(fēng)能和太陽能的隨機性、間歇性，為滿足穩(wěn)定、持續(xù)的給路燈供電的需要，而新的能源單一化的使用卻不能解決我們所面臨的問題，能源的合理利用也越來越成為世界各國研究的主題。本文介紹了風(fēng)光互補型智能路燈系統(tǒng)設(shè)計，此系統(tǒng)可將風(fēng)能與太陽能合理的結(jié)合互補，風(fēng)光互補型路燈是利用太陽能組件的光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能，以及風(fēng)力發(fā)電將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲存在蓄電池中供負(fù)載使用，它是集太陽能光伏技術(shù)、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)、蓄電池技術(shù)、照明光源技術(shù)于一體的新興技術(shù)。由于小型風(fēng)光互補路燈控制器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響運行控制的因素很多，此文只著重考慮了在整個風(fēng)光互補系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性的基礎(chǔ)上進(jìn)行蓄電池充放電控制系統(tǒng)和路燈控制系統(tǒng)的研究，為小型風(fēng)光互補路燈控制器運行控制的深入研究和控制系統(tǒng)的不斷完善提供了參考，以及用MCS-51中AT89C51單片機系統(tǒng)來控制整個電路，在電路中利用光敏電阻來對路燈的開與關(guān)進(jìn)行控制，構(gòu)成反饋電路來對路燈出現(xiàn)故障時的軟件反饋，來對路燈的整體設(shè)計加以完整。關(guān)鍵詞：新型能源；智能型路燈；單片機；能源互補目錄緒論1.1研究背景1.2我國太陽能、風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展趨勢太陽能發(fā)電的發(fā)展趨勢風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展趨勢1.3本課題的研究內(nèi)容第二章太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的工作原理2.1傳統(tǒng)的電力給電系統(tǒng)的原理傳統(tǒng)的電力給電系統(tǒng)的原理傳統(tǒng)的電力給電系統(tǒng)的弊端2.2傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理光伏發(fā)電系統(tǒng)的弊端2.3傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不足2.4風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的原理最合理的獨立電源系統(tǒng)技術(shù)方案的最優(yōu)配置第三章風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池的工作原理3.1蓄電池的工作特性鉛蓄電池的工作原理蓄電池的工作溫度影響3.2蓄電池的檢測第四章路燈定時控制4.1路燈的開關(guān)與外界光照強度的關(guān)系4.2采用光敏開關(guān)檢測環(huán)境照度第五章控制器硬件部分及外圍電路設(shè)計5.1風(fēng)光互補控制器方框原理圖5.2硬件設(shè)計原則5.3時鐘電路5.4復(fù)位電路可靠性人工復(fù)位5.5按鍵電路5.6顯示電路顯示方式選擇LED的驅(qū)動和顯示第六章軟件設(shè)計6．1主程序6．2計時程序6．3中斷程序第七章系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計7.1抗干擾概念7.2干擾的消除第一章緒論1.1研究背景隨著科技的發(fā)展，我們的生活變好了，但是我們周圍的環(huán)境越來越差，而且自然界中一次性能源也越來越少，這樣就被迫我們要去尋找新的能源。而我們所找到的能源也是單一性的使用，那樣所用的能源利用率不高而且相對的成本也比較高，所以我們就要可以尋求一種新能源的互補技術(shù)，合理的利用兩種或多種新能源互補運用的技術(shù)，這樣多種能源的互補在能源相對強烈的情況下把能量儲存起來，在能量相對弱的情況下把儲存的能量釋放出來合理地利用能量。隨著地球資源的日益貧乏，基礎(chǔ)能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂無處不在，太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來越受重視。同時，也隨著太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，太陽能燈具產(chǎn)品在環(huán)保節(jié)能的雙重優(yōu)勢，太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等方面的應(yīng)用已經(jīng)逐漸形成規(guī)模，太陽能發(fā)電在路燈照明領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)日趨完善。1.2我國太陽能、風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展趨勢太陽能發(fā)電的發(fā)展趨勢而長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當(dāng)于全球所需總能量的3-4萬倍，可謂取之不盡，用之不竭。其次，宇宙空間沒有晝夜和四季之分，也沒有烏云和陰影，輻射能量十分穩(wěn)定。因而發(fā)電系統(tǒng)相對說來比地面簡單，而且在無重量、高真空的宇宙環(huán)境中，對設(shè)備構(gòu)件的強度要求也不太高。再者，太陽能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導(dǎo)致"溫室效應(yīng)"和全球性氣候變化，也不會造成環(huán)境污染。正因為如此，太陽能的利用受到許多國家的重視，大家正在競相開發(fā)各種光電新技術(shù)和光電新型材料，以擴大太陽能利用的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在近10多年來，在石油可開采量日漸見底和生態(tài)環(huán)境日益惡化這兩大危機的夾擊下，我們越來越企盼著“太陽能時代”的到來。從發(fā)電、取暖、供水到各種各樣的太陽能動力裝置，其應(yīng)用十分廣泛，在某些領(lǐng)域，太陽能的利用已開始進(jìn)入實用階段。風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展趨勢風(fēng)力發(fā)電是一種主要的風(fēng)能利用形式，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)開展了多年，隨著能源環(huán)境的變化和風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的成熟，未來幾年風(fēng)力發(fā)電將呈現(xiàn)新的趨勢。1風(fēng)力發(fā)電成本將大幅降低隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電機組將越來越便宜和高效。增大風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量就減少了基礎(chǔ)設(shè)施的投入費用，而且同樣的裝機容量需要更少數(shù)目的機組，這也節(jié)約了成本。隨著融資成本的降低和開發(fā)商的經(jīng)驗豐富，項目開發(fā)的成本也相應(yīng)得到降低。風(fēng)力發(fā)電機組可靠性的改進(jìn)也減少了運行維護(hù)的平均成本?？傮w上，風(fēng)力發(fā)電成本將得到大幅降低。2技術(shù)裝備國產(chǎn)化比例必然提高實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)裝備國產(chǎn)化的目的是提高我國風(fēng)力發(fā)電裝備的制造能力和技術(shù)水平，降低風(fēng)力發(fā)電成本，提高市場競爭能力，為推動我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。其重要意義不僅僅在于降低風(fēng)力發(fā)電成本，還將推動我國風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)業(yè)的形成，利用我們的優(yōu)勢走向國際市場。3海上風(fēng)力發(fā)電悄然興起并將成為重要能源形式海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域，使得近海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為近來研究和應(yīng)用的熱點。多兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組在近海風(fēng)力發(fā)電場的商業(yè)化運行是國內(nèi)外風(fēng)能利用的新趨勢。隨著風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，陸地上的風(fēng)機總數(shù)已經(jīng)趨于飽和，海上風(fēng)力發(fā)電場將成為未來發(fā)展的重點。海上發(fā)電是近年來國際風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域，是“方向中的方向”。隨著海上風(fēng)力發(fā)電場技術(shù)的發(fā)展成熟，經(jīng)濟上可行，將來必然會成為重要的可持續(xù)能源。4風(fēng)力發(fā)電機組不斷向大型化發(fā)展隨著現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電機組正不斷向大型化發(fā)展。大體上大型風(fēng)力發(fā)電機組有兩種發(fā)展模式。陸地風(fēng)力發(fā)電，其方向是低風(fēng)速發(fā)電技術(shù)，主要機型是2—5MW的大型風(fēng)力發(fā)電機組，這種模式關(guān)鍵是向電網(wǎng)輸電。近海風(fēng)力發(fā)電，主要用于比較淺的近海海域，安裝5MW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機，布置大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場，這種模式的主要制約因素是風(fēng)力發(fā)電場的規(guī)劃和建設(shè)成本，但是近海風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢是明顯的，即不占用土地，海上風(fēng)力資源較好。以上我們所說的發(fā)電形式，無論是光伏發(fā)電還是風(fēng)能發(fā)電，都不能在我國大多數(shù)城市實現(xiàn)，比如太陽光照在冬季的時候相對了說就比較弱，不能提供足夠的能量來發(fā)電；而風(fēng)能在我國大多城市群就更不能形成了，城市氣候?qū)Τ鞘兄械娘L(fēng)形成起到了較大的作用使得風(fēng)力發(fā)電出現(xiàn)了短缺，這就讓我們考慮是不是應(yīng)該把兩種或兩種以上的新型能源形結(jié)合形成一種復(fù)合式能源提供給我們，這就說到本文提出的風(fēng)光互補型復(fù)合型能源。1.3本課題的研究內(nèi)容隨著風(fēng)能和太陽能的傳統(tǒng)利用已經(jīng)不能給現(xiàn)在這個急需能源的當(dāng)前社會，單一的新型能源利用單調(diào)及其不協(xié)調(diào)，單一能源的弊端也逐漸顯現(xiàn)出來，這就要我們尋找一種方法來充分的利用新型能源，我們就可以把兩種或兩種以上的新型能源結(jié)合利用，因為我國的地域廣闊，每個地方的各種新型能源不一，這就讓我們想盡各種方法去嘗試，根據(jù)我對我國大部分地區(qū)的分析，發(fā)現(xiàn)我國春秋季節(jié)風(fēng)能和太陽能相對適中，冬季風(fēng)比較多，而夏季則風(fēng)能相比較太陽能較弱，顧由此我分析我國可以把風(fēng)能和太陽能進(jìn)行互補利用。傳統(tǒng)的風(fēng)能或太陽能單一發(fā)電系統(tǒng)會造成我國的大部分地區(qū)在特定的時候就會出現(xiàn)能源部夠用的枯竭，而如果采用風(fēng)光互補就可以解決單一能源的不足。了解了大部分城市，我國在風(fēng)光互補的路燈上面運用的幾乎沒有，現(xiàn)在路燈已經(jīng)成為我們城市建設(shè)的必不可少的設(shè)施，然而我國目前所用的絕大多數(shù)都是單一的傳統(tǒng)供給電能。城市的發(fā)展，道路的建設(shè)，路燈的架設(shè)，這是多么龐大的能源消耗，在這個能源短缺的時代，怎能如此消耗？尋去新的措施減少能源的消耗但又不能影響城市的發(fā)展，就要尋找能夠代替的能源，這也成為我所寫的課題的重要關(guān)鍵所在，根據(jù)上述的介紹也能初步了解了風(fēng)光互補能源的利用，既不浪費大量的能源消耗，又不污染環(huán)境的風(fēng)光互補新型路燈就成為我們新型城市的環(huán)保低碳生活的大勢所需，那就讓我們一起關(guān)注下面的論述。第二章太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的工作原理2.1傳統(tǒng)的電力給電系統(tǒng)的原理傳統(tǒng)的電力給電系統(tǒng)的原理一次能源燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機來發(fā)電的，發(fā)電系統(tǒng)主要由燃燒系統(tǒng)（以鍋爐為核心）、汽水系統(tǒng)（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統(tǒng)（以汽輪發(fā)電機、主變壓器等為主）、控制系統(tǒng)等組成。前二者產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；電氣系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能、機械能到電能的轉(zhuǎn)變；控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經(jīng)濟運行。而火力發(fā)電站的主要設(shè)備系統(tǒng)包括：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其他一些輔助處理設(shè)備。簡單介紹火力發(fā)電廠，如圖2-1所示：圖2-1火力發(fā)電的生產(chǎn)過程示意圖傳統(tǒng)的電力給電系統(tǒng)的弊端我們現(xiàn)在常用的電都是通過一次能源或者單一的新型能源經(jīng)過發(fā)電機產(chǎn)生電能，這種供電的能源利用率比較低而且所用的傳輸線比較多并且傳輸線的架設(shè)也是比較費時費力還浪費錢。這個只是這種路等的前期投資，還用如果當(dāng)一條路的路燈中又個別壞了，還要對整個線路進(jìn)行排查，這也是一項龐大的工程，所以我們要找到一種合適的供電系統(tǒng)，以便解決當(dāng)前我們所面臨到的問題。2.2傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理為了為子孫后代留下一點那些少的不能再少點不可再生能源，我們就要尋找新能源，所以隨著科技的發(fā)展，我們尋到到太陽能作為提供能源的新型能源，但是我們大多數(shù)對這種能源知之甚少。然而我國的太陽能資源比較豐富，且分布范圍較廣，太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展?jié)摿薮?。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。為邊遠(yuǎn)地區(qū)供電的系統(tǒng)、太陽能戶用電源系統(tǒng)、通訊信號電源、陰極保護(hù)、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發(fā)電站是獨立光伏系統(tǒng)。圖2-2為一獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池、阻塞二極管、調(diào)節(jié)控制器和蓄電池組成圖2-2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖光伏發(fā)電系統(tǒng)的弊端1光電轉(zhuǎn)化率很低。太陽能光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率低，依舊是國家乃至世界研究組一直以來希望妥善解決的問題。2光伏發(fā)電需要很大的面積。太陽能電池板正越來越多地點綴于城市建筑的屋頂、墻壁，成為一座座所謂“清潔無污染”的太陽能電站。然而，在這種被稱為“綠色電站”的身后，卻“隱藏”著一系列高能耗、高污染的生產(chǎn)過程。此類電池的效率隨面積放大而降低。這一點又與太陽能發(fā)電需要充足的日照和廣域的面積相矛盾。3所需光照要求復(fù)雜。太陽能發(fā)電所需的必要條件就是光照指數(shù)，如在陽光不太充足的多云天氣亦或者是雨天和悶熱的天氣里，太陽光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)換的效率將會大幅度降低，然而系統(tǒng)還仍需連續(xù)供電。4光伏發(fā)電成本太高。陽能電池板效率只達(dá)到22%，而且晶硅太陽能電池的主要材料是硅片，然而目前，太陽能電池板主要用的硅，其高純度是99.9999%。它的硅技術(shù)被德國、日本、美國等幾個公司壟斷了,但是國內(nèi)的研發(fā)需要高端材料。可想而知，太陽能電池用的硅都是進(jìn)口的。它的價值不菲，成本太高。2.3傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械功的動力機械，又稱風(fēng)車。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質(zhì)的熱能利用發(fā)動機。風(fēng)力發(fā)電利用的是自然能源。風(fēng)力發(fā)電可視為備用電源，但是卻可以長期利用。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三公尺的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開始發(fā)電。用有保護(hù)電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。機械連接與功率傳遞水平軸風(fēng)機槳葉通過齒輪箱及其高速軸與萬能彈性聯(lián)軸節(jié)相連,將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機的傳動軸,此聯(lián)軸節(jié)應(yīng)按具有很好的吸收阻尼和震動的特性，表現(xiàn)為吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯(lián)軸器可阻止機械裝置的過載。另一種為直驅(qū)型風(fēng)機槳葉不通過齒輪箱直接與電機相連風(fēng)機電機類型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不足風(fēng)力發(fā)電的原理說起來非常簡單，最簡單的風(fēng)力發(fā)電機可由葉輪和發(fā)電機兩部分構(gòu)成，空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機械能,從而推動葉輪旋轉(zhuǎn)。如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸相連，就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。但是風(fēng)電系統(tǒng)的不足也十分明顯，而主要的有幾下幾點：1）噪聲，視覺污染都是一種環(huán)境污染給人們生活造成不便；2）占用大片土地，在當(dāng)前土地資源緊張的境況下造成資源的浪費；3)不穩(wěn)定，不可控，風(fēng)是自然形成而不受人有效的控制；4）不論材料成本還是技術(shù)成本都比較高，不利于普遍的使用風(fēng)力；5)大量的建造風(fēng)力發(fā)電的設(shè)備使鳥類失去了空間，對生態(tài)環(huán)境有不利的影響。2.4風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的原理最合理的獨立電源系統(tǒng)偏遠(yuǎn)地區(qū)一般用電負(fù)荷都較小而且居住分散，所以用電網(wǎng)送電成本就很高，因此只能在當(dāng)?shù)刂苯影l(fā)電，最常用的就是采用柴油發(fā)電機。但柴油的儲運對偏遠(yuǎn)地區(qū)來說成本太高，而且難以保障。所以柴油發(fā)電機只能作為一種短時的應(yīng)急電源，要解決長期穩(wěn)定可靠的供電問題，只能依賴當(dāng)?shù)氐淖匀荒茉础柲芎惋L(fēng)能。太陽能和風(fēng)能是最普遍的自然資源，也是取之不盡的可再生能源。偏遠(yuǎn)地區(qū)往往太陽能和風(fēng)能資源又非常豐富，這為在偏遠(yuǎn)地區(qū)推廣風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)提供了資源條件。太陽能是地球上一切能源的來源，太陽照射著地球的每一片土地。風(fēng)能是太陽能在地球表面的另外一種表現(xiàn)形式，由于地球表面的不同形態(tài)（如沙土地面、植被地面和水面）對太陽光照的吸熱系數(shù)不同，在地球表面形成溫差，地表空氣的溫度不同形成空氣對流而產(chǎn)生風(fēng)能。因此，太陽能與風(fēng)能在時間上和地域上都有很強的互補性。白天太陽光最強時，風(fēng)很小，晚上太陽落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風(fēng)能加強。在夏季，太陽光強度大而風(fēng)小，冬季，太陽光強度弱而風(fēng)大。太陽能和風(fēng)能在時間上的互補性使風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是資源條件最好的獨立電源系統(tǒng)。技術(shù)方案的最優(yōu)配置光電系統(tǒng)是利用光電板將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，然后通過控制器對蓄電池充電，最后通過逆變器對用電負(fù)荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性高，運行維護(hù)成本低，缺點是系統(tǒng)造價高。風(fēng)電系統(tǒng)是利用小型風(fēng)力發(fā)電機，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，然而通過控制器對蓄電池充電，最后通過逆變器對用電負(fù)荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)日發(fā)電量大，系統(tǒng)造價低，運行維護(hù)成本低，缺點是我國的小型風(fēng)力發(fā)電機的可靠性設(shè)計一直沒能解決。另外，風(fēng)電和光電系統(tǒng)都存在一個共同的缺陷，就是資源的不確定性導(dǎo)致發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡，風(fēng)電和光電系統(tǒng)都必須通過蓄電池儲能才能穩(wěn)定供電，但每天的發(fā)電量受天氣的影響很大，會導(dǎo)致系統(tǒng)的蓄電池組長期處于虧電狀態(tài)，這也是引起蓄電池組使用壽命降低的主要原因。由于太陽能與風(fēng)能的互補性強，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補了風(fēng)電和光電獨立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時，風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的造價可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的用電負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置，即可保證系統(tǒng)供電的可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的造價。無論是怎樣的環(huán)境和怎樣的用電要求，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)都可作出最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案來滿足用戶的要求。應(yīng)該說，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是最合理的獨立電源系統(tǒng)。目前，推廣風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的最大障礙是小型風(fēng)力發(fā)電機的可靠性問題。第三章風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池的工作原理3.1.蓄電池的工作特性蓄電池的工作特性包括：靜止電動勢、內(nèi)阻、充電特性和放電特性。而我們通常所說的靜止電動勢就是蓄電池處于靜止?fàn)顟B(tài)時，正負(fù)極板之間的電位差（即開路電壓）稱為靜止電動勢。蓄電池的內(nèi)阻就是電流流過蓄電池時所受到的阻力，蓄電池的內(nèi)阻包括以下幾部分：（1）極板內(nèi)阻很小，隨活性物質(zhì)的變化而變化，充電時變小，放電時變大；

（2）隔板內(nèi)阻與材料有關(guān)；

（3）電解液內(nèi)阻溫度升高，內(nèi)阻下降；

（4）聯(lián)條內(nèi)阻很小，為定值。在恒流充電過程中，蓄電池的端電壓UC和電解液密度ρ25℃隨時間ｔC而變化的規(guī)律，這個就是我們說的充電特性?？墒窃诤懔鞣烹娺^程中，蓄電池的端電壓Uf和電解液密度ρ25℃隨時間ｔf而變化的規(guī)律。在密度為1.05～1.30g/cm3范圍內(nèi)

ES=0.85+ρ25℃（V）

其中，ρ25℃（V）為25℃時電解液的相對密度ρ25℃=ρT+0.0007（T-25）

鉛蓄電池的工作原理鉛蓄電池屬于二次電池，其充放電過程是一種可逆式電化學(xué)反應(yīng)。由于鉛蓄電池的電解液是硫酸水溶液，所以在充放電過程中，蓄電池內(nèi)電流的形成就是靠正負(fù)離子的反方向運動來實現(xiàn)的。一、鉛蓄電池的放電過程鉛蓄電池的放電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。蓄電池供給外電路電流時稱為放電，放電時電流從正極流出，經(jīng)用電器流向負(fù)極。在蓄電池內(nèi)部的電流方向則與上述方向相反，電流是從負(fù)極流向正極的。在電流的作用下，電解液內(nèi)部處于電離狀態(tài)，硫酸和正負(fù)極板上的活性物質(zhì)反應(yīng)形成硫酸鉛，硫酸量逐漸減少，硫酸中的氫和正負(fù)極板上的二氧化鉛的氧氣發(fā)生反應(yīng)變成水。根椐電解液相對密度的大小可以判斷蓄電池的放電程度和確定放電終了的主要標(biāo)志。必需注意在正常使用情況下，蓄電池不宜放電過度，否則，將使和活性物質(zhì)在一起的細(xì)小硫酸鉛結(jié)成較大的結(jié)晶，增大了極板電阻，影響充電時的還原。整個放電過程的化學(xué)反應(yīng)式是：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O二、鉛蓄電池的充電過程鉛蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過程。若使鉛蓄電池在放電終了后，使正負(fù)極板上的生成物質(zhì)恢復(fù)為原來的活性物質(zhì)，就必須具備一定的條件，這個條件是利用直流電源進(jìn)行充電。充電的過程與放電過程正好相反，鉛蓄電池內(nèi)部電流方向是從正極流向負(fù)極，充電的電流即從負(fù)極流出，經(jīng)過充電設(shè)備流向正極。在充電電流的作用下，正負(fù)極板上硫酸鉛分形成二氧化鉛和鉛，硫酸反回電解液中，當(dāng)電池充電后，兩極板活性物質(zhì)被恢復(fù)為原來的狀態(tài)，而且電解液中的硫酸成份增加，水份減少。鉛蓄電池充電終期可由電解液相對密度的大小來判斷。充電終期時，由于正負(fù)極上的硫酸鉛（PbSO4）已大部分轉(zhuǎn)變成二氧化鉛（PbO2）和海綿狀鉛（Pb）。如果再繼續(xù)充電，充電電流只能起分解水（H2O）的作用，結(jié)果在負(fù)極板便有氫氣逸出（H2）,在正極板則有氧氣（O2）逸出，形成強烈的冒氣現(xiàn)象。因此充電終期，電流不宜過大，否則，產(chǎn)生氣泡過于劇烈，易使極板活性物質(zhì)脫落，所以充電電流應(yīng)適當(dāng)?shù)臏p小。整個充電過程的化學(xué)反應(yīng)式是：2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4蓄電池的工作溫度影響在獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,蓄電池是關(guān)鍵部件,其主要作用是存貯和調(diào)節(jié)電能.目前我國還沒有專門用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池,而是使用常規(guī)的鉛酸蓄電池,主要類型有:固定式鉛酸電池、工業(yè)型密封電池、小型密封電池、啟動型蓄電池等.溫度是影響蓄電池使用壽命的主要因素之一.蓄電池的工作受到溫度影響的主要表現(xiàn)在蓄電池的容量上和壽命上，由于蓄電池在低溫或高溫環(huán)境工作都會影響其工作性能，尤其是在低溫下，其工作容量將會下降很多，這是蓄電池特性所決定的。在地表下1米-1.5米處，其環(huán)境溫度受地溫的影響較明顯，起到一定的“恒溫”作用，使其在冬季溫度覺地表以上高，在夏季炎熱時又比地表上溫度低，有利于蓄電池性能的發(fā)揮。由于發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定，所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天電池組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態(tài)，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應(yīng)與太陽能電池、用電負(fù)荷（路燈）相匹配?？捎靡环N簡單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽能電池功率必須比負(fù)載功率高出4倍以上，系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓20~30%，才能保證給蓄電池正常負(fù)電。蓄電池容量必須比負(fù)載日耗量高6倍以上為宜。[1]3.2蓄電池的檢測1外觀檢測：檢查產(chǎn)品的標(biāo)志和標(biāo)識，其內(nèi)容包括生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號、商標(biāo)、正負(fù)極。如果上述內(nèi)容缺漏，這項檢測即為不合格。外觀檢查中應(yīng)特別小心所標(biāo)內(nèi)容與實際不符的情況。外觀檢查還應(yīng)該考核蓄電池外殼質(zhì)量。確保外殼硬度、注液孔等指標(biāo)。2低溫啟動檢測：低溫起動能力檢測是將蓄電池完全充電后1h~5h內(nèi)放入溫度-18℃±1℃的環(huán)境中，至少持續(xù)20個小時以上。蓄電池在低溫室內(nèi)或低溫箱內(nèi)取出后1min內(nèi)，以大電流放電，檢測放電時間是否符合標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)要求使用4.5～5倍C20的電流放電，5s時，蓄電池單體電壓不得低于1.5V.60s時,蓄電池單體電壓不得低于1.4V，也就是模擬實際低溫起動時5秒內(nèi)蓄電池的放電電流。3蓄電池容量檢測：可通過外觀尺寸測量，儲備容量檢測法（國家標(biāo)準(zhǔn)簡易，當(dāng)蓄電池容量小于120Ah時，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用儲備容量檢測法。在檢測過程中，這種方法放電電流大、時間短、電化學(xué)極化快且儲備容量值明確。一般情況須要進(jìn)行三次放電試驗才能確定是否合格。）4耐溫變性能檢測：將蓄電池分別在高于65℃和低于-30℃的環(huán)境中放置24小時，然后在25±10℃的環(huán)境中放置12小時，然后進(jìn)行氣密性試驗（按照標(biāo)準(zhǔn)給蓄電池每個單體充入或抽出氣體，是單體與單體、單體與外界之間產(chǎn)生壓差在3s～5s內(nèi)是否變動，則可以確定氣密性是否完好）如果試驗合格，則說明蓄電池耐溫變性能良好。第四章路燈定時控制4.1.路燈的開關(guān)與外界光照強度的關(guān)系在半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展下大促進(jìn)了光能應(yīng)用的快速進(jìn)步，在發(fā)電，取暖等方面尤為突出，智能化電路設(shè)計引進(jìn)光技術(shù)已不是新奇事了，在光控電路的設(shè)計中不同于聲控電路復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，隨著半導(dǎo)體光敏元器件的快速發(fā)展，我們在設(shè)計光控電路時面臨的問題已由怎樣使光信號轉(zhuǎn)化為電信號變?yōu)樵鯓釉陔娐分屑哟箅娦盘柕膹姸龋窟@一問題如今也以得到了較好的解決，光敏元器件的應(yīng)用在光照的情況下使其電參數(shù)發(fā)生變化從而使其對電流的阻礙作用減小或增大，進(jìn)而使電路導(dǎo)通或截止，電信號強弱的改變光控轉(zhuǎn)化為電控電路功能的實現(xiàn)便容易了。在這樣的電路設(shè)計中，對電路元器件的要求也極為高尤其是光敏元件是光控電路功能實現(xiàn)的核心，必須保證其各項參數(shù)的精確，穩(wěn)定。故在選擇這類元器件時一定要選擇高靈敏度工作穩(wěn)定可靠的元件，當(dāng)然電路工作的穩(wěn)定是否？功能能否實現(xiàn)？并不僅僅只和電路元器件有關(guān)，外加電源也是不可忽視的，與聲控電路一樣最好也是給光控電路加上一個穩(wěn)壓電路確保電路能正常工作。我們都知道現(xiàn)在城市中檔光亮達(dá)到一定的時候，路燈就會開啟，利用光敏元件隨光照強度的變化而阻抗發(fā)生變化的特點，去控制電信號的強弱，再由傳感器將變化的電信號傳遞給觸發(fā)器，只要電信號強度達(dá)到一定程度將觸發(fā)觸發(fā)器使其導(dǎo)通工作。光控照明電路其主要功能是實現(xiàn)當(dāng)外界光照強度降低到一定程度時，使照明電路導(dǎo)通工作。就其方案而言多種多樣，但我們在設(shè)計時必須要考慮方案的可行性，穩(wěn)定性以及元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高的這樣電路功能才能較容易實現(xiàn)，為此我們在設(shè)計光控電路時，不但要盡量使電路結(jié)構(gòu)簡化，而且要使電路功能強，功能的實現(xiàn)要可靠穩(wěn)定。4.2.采用光敏開關(guān)檢測環(huán)境照度光敏電阻是一種半尋體器件，利用半尋體的光電效應(yīng)。當(dāng)有光照時電阻很小。無光照時電阻很大?？捎镁w管組成放大器，做成自動控制電路。實現(xiàn)你所需要的電路。把光敏電阻作為晶體管的偏流電阻[2]。這樣當(dāng)有光照時晶體管導(dǎo)通，驅(qū)動靈敏繼電器。用繼電器接通電動機。將窗簾打開。繼電器可用JRX--13F靈敏繼電器。其吸合電流不大于50MA。前級放大器可用達(dá)林頓管組成。放大器后可接一個反向器。反向器驅(qū)動繼電器原理及電路：如電路圖所示,夸接于穩(wěn)壓二極管的光敏電阻,其值受照射光強弱而變化與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)故電壓與穩(wěn)壓二極管相同,當(dāng)光敏電阻值小時,其電壓亦小,若小于崩潰電壓時,穩(wěn)壓二極管無法崩潰,而無法提供觸發(fā)電路之穩(wěn)態(tài)電源電壓,因此UJT無法振蕩,所以SCR無法觸法導(dǎo)通燈泡不亮。若光敏電阻因被遮掩而內(nèi)電阻增加,其分壓抑隨只增加當(dāng)增加只電壓,大于穩(wěn)壓二極管的崩潰電壓時,穩(wěn)壓二極管即崩潰,提供穩(wěn)態(tài)之電壓,供觸發(fā)電路使用,因而UJT弛張震蕩電路得以正常工作SCR(可控硅)因觸發(fā)而導(dǎo)通,燈泡亦因通電而發(fā)光原理：光敏電阻大都是由硫化璃(cds)或化璃(cdse)等材料制成,其波長大約在4000-10000A之間,當(dāng)光敏電阻受到光照射時,在其材料內(nèi)部隨著光罩設(shè)的增加,產(chǎn)生之電子電洞對亦增加,使光敏電阻直隨之降低,反之若外界光線降低則光敏阻值增加。光敏電阻規(guī)格：型號最大功耗(mW)環(huán)境溫度（℃）光譜峰值(nm)亮電阻（10Lux)(KΩ)暗電阻

（MΩ）100γ10響應(yīng)時間

mS照度電阻特性最大電壓GL4537-150-30～+7054054020.7304150NTC熱敏電阻線性化的電路設(shè)計MAX6691的端就依次連接到熱敏電阻上，再經(jīng)過接基準(zhǔn)電壓，測量過程需102ms（典型值）。測量結(jié)束時，MAX6691先把I/O端拉成低電平并保持125，然后按照順序輸出4個脈寬信號,即表示高電平持續(xù)時間，它與外部電阻上的壓將成正比。代表低電平持續(xù)時間，它與成正比，因為固定值，故恒定不變，＝4.9ms。比值的表達(dá)式為主要技術(shù)參數(shù)：

1、額定零功率電阻值范圍(R25):0.1~1000KΩ

2、R25允許偏差:±1%、±2%,±3%,±5%,±10%.

3、B值范圍(B25/50℃):1960~4480K

4、B值允許偏差:±0.5%,±1%,±2%.

5、耗散系數(shù):2mW/℃(在靜止空氣中)

6、熱時間常數(shù):20S(在靜止空氣中)

7、工作溫度范圍:-55℃~+300℃

8、額定功率:≤50Mw第五章控制器硬件部分及外圍電路設(shè)計5.1.風(fēng)光互補控制器方框原理圖由于太陽能與風(fēng)能的互補性強，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補了風(fēng)電和光電獨立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時，風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的造價可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的用電負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置，即可保證系統(tǒng)供電的可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的造價。無論是怎樣的環(huán)境和怎樣的用電要求，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)都可作出最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案來滿足用戶的要求。應(yīng)該說，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是最合理的獨立電源系統(tǒng)。圖5-1就是風(fēng)光互補電路的控制框架圖，我們可以了解到風(fēng)電與光電相互結(jié)合的基本框架。圖5-1風(fēng)光互補電路的控制框架圖我們可從圖5-1風(fēng)光互補電路的控制框架圖中分析控制部分的原理圖，根據(jù)要求需要設(shè)計感受外界光照強度的反饋電路和路燈故障反饋電路，感受外界光照強度一般采用光敏電阻或光敏二極管，通過單片機來對路燈的開與關(guān)的設(shè)置，以及電能的蓄電補充采用光敏二極管感受外屆光照變化，無光照時,有很小的飽和反向漏電流，二極管截止；光照時反向電流增大，形成光電流。采用光敏電阻對光源的感應(yīng)改變自身電阻，由電壓比較器提取之間電壓，考慮到電阻變化的靈敏度，采用兩個光敏電阻串聯(lián)的方式，通過改變與光敏電阻串聯(lián)的電位器的值可以調(diào)節(jié)光敏電阻的感光范圍。對于單片機的控制原理理解可以設(shè)計如圖5-2風(fēng)光互補路燈控制器原理圖。圖5-2風(fēng)光互補路燈控制器原理圖5.2.硬件設(shè)計原則一個大型的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，要設(shè)計合適的接口電路。系統(tǒng)的擴展和配置應(yīng)遵循以下原則：1、盡可能選擇典型電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。2、系統(tǒng)擴展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求。3、硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合程序設(shè)計方案一并考慮。考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。4、系統(tǒng)中的相關(guān)元器件要盡可能做到性能匹配。5、可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件設(shè)計必不可少的一部分。6、盡量減少外圍。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。因而在選擇器件上盡量的簡潔。根據(jù)要求，分析出需要的功能有：具備時鐘功能、時間調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)、二極管(模擬路燈)的顯示功能、定時開燈關(guān)燈的時間調(diào)整功能、按鍵控制功能。基于以上功能要求，我們決定使用AT89C51芯片，顯示器件選用數(shù)碼管（4個），通過電阻驅(qū)動，驅(qū)動數(shù)碼管的顯示。數(shù)碼管采用動態(tài)顯示。確定的結(jié)構(gòu)框圖為：單片機單片機時鐘電路復(fù)位電路按鍵輸入驅(qū)動電路數(shù)碼管顯示二極管顯示圖5-3結(jié)構(gòu)框圖5.3時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的。晶振的選擇：6MHz的晶振，其機器周期是2us。12MHz的晶振，其機器周期是1us,也就是說在執(zhí)行同一條指令時用6MHz的晶振所用的時間是12MHz晶振的兩倍。為了提高整個系統(tǒng)的性能我選擇了12MHz的晶振。振蕩方式的選擇：內(nèi)部振蕩方式，MCS-51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式適合用來使單片機的時鐘與外部信號一致。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振我選擇了12MHz，相對于6MHz的晶振，整個系統(tǒng)的運行速度更快了。電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值可以選擇了30pF。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號穩(wěn)定性高。5.4復(fù)位電路可靠性計算機在啟動運行是都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，MCS-51單片機有一個復(fù)位引腳RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平。使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3口都輸出高電平[4]。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（SP=07，P0、P1、P2、P3為0FFH外，其它寄存器都為0。對于NMOS型單片機，在RST復(fù)位端接一個電容至VccHE一個電阻至Vss，就能實現(xiàn)上電自動復(fù)位，對于CMOS單片機只要接一個電容至Vcc即可。如圖，在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS-51有效地復(fù)位。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括Vcc的上升時間和振蕩器起振時間，Vcc上升時間若為10ms，振蕩器起振時間和頻率有關(guān)。10MHz時間約為1ms，1MHz時約為10ms，所以一般為了可靠地復(fù)位，RST在上電時應(yīng)保持20ms以上的高電平。圖5-4中，RC時間常數(shù)越大，上電時RST端保持高電平的時間越長。振蕩頻率為12MHZ時，典型值為C=10uF,R=8.2KΩ。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運轉(zhuǎn)。圖5-4上電復(fù)位電路人工復(fù)位除上電自動復(fù)位以外，常常需要人工復(fù)位，將一個按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電自動復(fù)位電路，按一下開關(guān)就RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，即使器件復(fù)位。如圖所示圖5-5上電和開關(guān)復(fù)位而在這次的畢業(yè)設(shè)計中運用的上電復(fù)位電路.即只要一接+5V電壓,系統(tǒng)就會自動的復(fù)位.出于可靠性和適時性的考慮，我選擇了簡單實用的上電復(fù)位電路上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。從而實現(xiàn)上電復(fù)位操作。我選擇的C=10uF，R=1KΩ。5.5按鍵電路在單片機系統(tǒng)中，通常有且僅有一鍵按下才視為按鍵有效。有效的確認(rèn)方式通常又可以分為兩類。第一類為按下-釋放鍵方式，系統(tǒng)要求從按下倒釋放鍵才算一次有效按鍵。另一類為連擊方式，就是一次按鍵可以產(chǎn)生多次擊鍵效果，其連擊頻率可自己設(shè)定。根據(jù)設(shè)計的需要，選擇了按下-釋放方式，電路如下圖5-6所示。電路為低電平有效輸出方式，當(dāng)按鍵按下時輸出為低電平。圖5-6開關(guān)電路圖在按下-釋放鍵方式時，系統(tǒng)先判斷是否有鍵按下，若不用硬件去抖，則同時進(jìn)行軟件去抖，確認(rèn)有鍵按下，然后等待至該按鍵釋放才算依次按鍵，注意釋放鍵判斷同樣要進(jìn)行去抖處理。5.6顯示電路顯示方式選擇LED數(shù)碼顯示器時常用的顯示器之一，我用的是單片機并口設(shè)計的LED數(shù)碼顯示電路。LED有著顯示亮度高、響應(yīng)速度快的特點，最常用的是七段式LED顯示器，又稱數(shù)碼管。七段式LED顯示器內(nèi)部由7個條形發(fā)光二極管和1個小圓點發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。從各發(fā)光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。

所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發(fā)光管的陽極（即P區(qū)）是公共的，而陰極互相隔離。

所謂共陰方式是筆畫顯示器各段發(fā)光管的陰極（即N區(qū)）是公共的，而陽極是互相隔離的。顯示有以下兩種方式：方式一：靜態(tài)顯示方式，就是把共陰極或共陽極的公共端（位選端）連接在一起接地或接5V電源，形成位控端；每一位的段選線（a～dp）作為段控端。方式二：動態(tài)顯示方式，是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的顯示方式，把所有的顯示器的同名段選端選線相互并接在一起，由同一個8位并行輸出口控制；而各顯示器的位選線則分別由不同輸出口線控制端。這樣各顯示位不能同時顯示不同的數(shù)字或字符。因此要選擇掃描的方法，即從左到右（或從右到左）依次輪流使每位顯示器顯示數(shù)字或字符并保留一段時間（通常位1ms），由于LED的余輝特性以及人眼視覺的惰性，盡管各位顯示器實際上使分時斷續(xù)地顯示，但只要適當(dāng)選取掃描頻率，給人眼的視察印象就會是在連續(xù)地顯示，而察覺不到閃爍現(xiàn)象。相對與靜態(tài)顯示動態(tài)顯示方式雖然占用的CPU空間較多，但使用的硬件少，所占用的端口也較靜態(tài)顯示方式少，可以大大的節(jié)約系統(tǒng)的端口資源，所以根據(jù)我設(shè)計中沒有擴展端口，端口資源比較緊張，因此我才用的是動態(tài)顯示，能節(jié)約線路板空間，而且效果也不亞于靜態(tài)顯示。LED的驅(qū)動和顯示在電路設(shè)計的過程中，單片機的的P0.0-P0.7作為段選輸出口，經(jīng)上拉電阻加到數(shù)碼管的A-G和DP上，P2.0-P2.5作為位選輸出口，經(jīng)電阻驅(qū)動分別加到數(shù)碼管的COM端。LED的驅(qū)動問題是顯示設(shè)計中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。如果驅(qū)動能力差，顯示器高度就低；且驅(qū)動器長期在超負(fù)荷下運行很容易損壞。下面就簡單介紹選擇LED驅(qū)動器時應(yīng)注意的問題。顯示分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式，由于這兩種方式有本質(zhì)的不同，因此在選擇LED驅(qū)動器時，一定要分清顯示方式。如果是靜態(tài)顯示，則LED驅(qū)動器的選擇較為簡單，只要驅(qū)動器的驅(qū)動能力與顯示器的工作電流相匹配即可，而且只需要考慮段的驅(qū)動，因為，共陽極接+5V，而共陰極接地，所以位的驅(qū)動無須考慮。動態(tài)顯示則不同，由于一位數(shù)據(jù)的表示是由段和位選信號共同配合完成的，因此必須同時考慮段與位的驅(qū)動能力和位的驅(qū)動能力，而且段的驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。段的驅(qū)動能力是由驅(qū)動能力決定位的驅(qū)動能力。段的驅(qū)動能力是由顯示器的亮度決定的，通過發(fā)光的二極管的電流較大，其亮度也就越多，對于靜態(tài)顯示器，當(dāng)某位電量時，此位中點亮的段通過恒定的電流；而對于動態(tài)顯示器，此電流卻是以一定脈沖方式出現(xiàn)的，其峰值電流來考慮。我采用的是三個數(shù)碼管集成在一起的管子，這種管子的好處是在接線的時候比較簡單，三個COM端接位選接口，非常適合用于動態(tài)顯示。下圖為數(shù)碼顯示的硬件電路設(shè)計:圖5-6數(shù)碼顯示的硬件電路第六章軟件設(shè)計6．1主程序本軟件設(shè)計的程序設(shè)計包括判斷各個按鈕按下之后能夠?qū)崿F(xiàn)什么功能，判斷開燈關(guān)燈的時間。其中，動態(tài)顯示是在中斷子程序中進(jìn)行的，每一次中斷的時間為1MS，每中斷一次掃描一次，實現(xiàn)動態(tài)顯示。正常走時的動態(tài)顯示是在T0中斷中進(jìn)行動態(tài)掃描的，設(shè)置開燈關(guān)燈的時間是在T1中斷中進(jìn)行動態(tài)掃描的。主程序流程圖為：圖6-1主程序流程圖6．2計時程序MCS-51單片機內(nèi)部有兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器，即定時器T0和定時器T1。它們既可用作定時器方式，又可用作計數(shù)器方式。（1）定時器/計數(shù)器結(jié)構(gòu)定時器/計數(shù)器的基本部件是兩個8位的計數(shù)器（其中TH1，TL1是T1的計數(shù)器，TH0，TL0是T0的計數(shù)器）拼裝而成。在作定時器使用時，輸入的時鐘脈沖是由晶體振蕩器的輸出經(jīng)12分頻后得到的，所以定時器也可看作是對計算機機器周期的計數(shù)器（因為每個機器周期包含12個振蕩周期，故每一個機器周期定時器加1，可以把輸入的時鐘脈沖看成機器周期信號）。故其頻率為晶振頻率的1/12。如果晶振頻率為12MHZ，則定時器每接收一個輸入脈沖的時間為1us。定時器/計數(shù)器有四種工作方式，其工作方式的選擇及控制都由兩個特殊功能寄存器（TMOD和TCON）的內(nèi)容來決定。用指令改變TMOD或TCON的內(nèi)容后，則在下一條指令的第一個機器周期的S1P1時起作用。（2）定時器/計數(shù)器的工作方式AT89C51片內(nèi)的定時器/計數(shù)器可以通過對特殊功能寄存器TMOD中的控制位C/的設(shè)置來選擇定時器方式或計數(shù)器方式；通過對M1M0兩位的設(shè)置來選擇四種工作方式，由于我采用了T0,所以就以T0來加以說明。方式0當(dāng)M1M0設(shè)置為00時，定時器選定為方式0工作。在這種方式下，16位寄存器只用了13位，TL0的高三位未用。由TH0的8位和TL0的低5位組成一個13位計數(shù)器。當(dāng)GATE=0時，只要TCON中的TR0為1，TL0及TH0組成的13位計數(shù)器就開始計數(shù)；當(dāng)GATE=1時，此時僅TR0=1仍不能使計數(shù)器計數(shù)，還需要引腳為1才能使計數(shù)器工作。由此可知，當(dāng)GATE=1和TR0=1時，TH0+TL0是否計數(shù)取決于引腳的信號，當(dāng)由0變1時，開始計數(shù)；當(dāng)由1變0時，停止計數(shù)，這樣就可以用來測量在端出現(xiàn)的脈沖寬度。當(dāng)13位計數(shù)器從0或設(shè)定的初值，加1到全“1”以后，再加1就產(chǎn)生溢出。這時，置TCON的TF0位為1，同時把計數(shù)器變?yōu)槿?”。方式1方式1和方式0的工作相同，唯一的差別是TH0和TL0組成一個16位計數(shù)器。方式2方式2把TL0配置成一個可以自動恢復(fù)初值（初始常數(shù)自動重新裝入）的8位計數(shù)器，TH0作為常數(shù)緩沖器，TH0由軟件預(yù)置值。當(dāng)TL0產(chǎn)生溢出時，一方面使溢出標(biāo)志TF0置1，同時把TH0中的8位數(shù)據(jù)重新裝入TL0中。方式2常用于定時控制。例如希望每隔250μs產(chǎn)生一個定時控制脈沖，則可以采用12MHz的振蕩器，把TH0預(yù)置為6，并使C/=0就能實現(xiàn)。方式2不用作串行口波特率發(fā)生器。方式3方式3對定時器T0和定時器T1是不相同的。若T1設(shè)置為方式3，則停止工作（其效果與TR1=0相同）。所以方式3只適用于T0。方式0和方式1的最大特點是計數(shù)溢出后，計數(shù)器全為0，因此循環(huán)定時或計數(shù)應(yīng)用時就存在重新設(shè)置計數(shù)初值的問題，這不但影響定時精度，而且也給程序設(shè)計帶來不便。方式2就是針對此問題而設(shè)置的，它具有自動重新加載功能，因此也可以說方式2是自動重新加載工作方式。在這種工作方式下，把16位計數(shù)器分為兩部分，即以TL0作計數(shù)器，以TH0作預(yù)置寄存器，初始化時把計數(shù)初值分別裝入TL0和TH0中。當(dāng)計數(shù)溢出后，由預(yù)置寄存器以硬件方法自動加載。初始化時，8位計數(shù)初值同時裝入TL0和TH0中。當(dāng)TL0計數(shù)溢出時，置位TF0，同時把保存在TH0中的計數(shù)初值自動加載裝入TL0中，然后TL0重新計數(shù)，如此重復(fù)不止，這不但省去了用戶程序中的重裝指令，而且有利于提高定時精度。但這種方式下計數(shù)值有限，最大只能到256。這種自動重新加載工作方式非常適用于連續(xù)定時或計數(shù)應(yīng)用。當(dāng)為計數(shù)工作方式時，計數(shù)值的范圍是：1-256（28）當(dāng)為定時工作方式時，定時時間計算公式為：（28-計數(shù)初值）x晶振周期x12或（28-計數(shù)初值）x機器周期通過上述四種方式的比較，根據(jù)本計時軟件設(shè)計的要求，所以我們就采用了T0定時器的方式1。[5]時間調(diào)整子程序流程圖：圖6-2時間調(diào)整子程序流程圖本次設(shè)計中用到了T0和T1進(jìn)行中斷控制，T0和T1用的都是方式一。在中斷子程序中放進(jìn)了顯示程序，中斷時間為1MS，可以實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)掃描且無閃爍感。6．3中斷程序所謂中斷,是指在計算機執(zhí)行程序過程中,當(dāng)出現(xiàn)某種情況,如發(fā)生停電和其他情況時,由服務(wù)對象向CPU發(fā)出中斷請求信號,要求CPU暫時中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行,而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序,待處理程序執(zhí)行完畢后,再繼續(xù)處理執(zhí)行原來被中斷的程序。中斷子程序能實現(xiàn)時鐘自動走時功能，從而實現(xiàn)計時的運行，在程序設(shè)計的過程中有著重要的作用，其流程圖為：圖6-3中斷程序流程圖第七章系統(tǒng)的硬件抗干擾消除7.1.抗干擾概念抗干擾：用來對抗通訊或雷達(dá)運行的任何干擾的系統(tǒng)或技術(shù)。學(xué)術(shù)定義：（1）抗干擾的定義是：結(jié)合電路的特點使干擾減少到最小。（2）所謂抗干擾：是指設(shè)備能夠防止經(jīng)過天線輸入端，設(shè)備的外殼以及沿電源線作用于設(shè)備的電磁干擾。而我們在風(fēng)光互補型智能路燈系統(tǒng)中所要注意的就是對系統(tǒng)中硬件的干擾性，當(dāng)路燈出現(xiàn)問題時怎么樣去排除具體是哪個并且啟動輔路LED光源來維持照明并向控制系統(tǒng)發(fā)布維修的指令；以及當(dāng)定時路燈開關(guān)出現(xiàn)問題也要防止系統(tǒng)不能發(fā)布相關(guān)指令,而導(dǎo)致路燈系統(tǒng)接收不到相應(yīng)的指令做出改變,這些都要考慮的硬件干擾。7.2.干擾的消除抗干擾措施的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設(shè)計中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)。減小干擾源的di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)。切斷干擾傳播路徑的常用措施，充分考慮電源對單片機的影響。電源做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機對電源噪聲很敏感,要給單片機電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對單片機的干擾。注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。盡可能把干擾源（如電機，繼電器）與敏感元件（如單片機）遠(yuǎn)離。用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點接于電源地。提高敏感器件抗干擾性能的常用措施，布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。對于單片機閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源。其它IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源。在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數(shù)字電路。結(jié)束語為期三個多月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束了，我完成了風(fēng)光互補型智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。本系統(tǒng)設(shè)計特點：1．電路采用動態(tài)顯示方式，硬件電路比較簡單，制作方便。2．采用中斷定時的方法，準(zhǔn)確度高，相對于延時來說計時更加準(zhǔn)確。3．?dāng)?shù)據(jù)處理速度快，采用了12MHZ相對傳統(tǒng)的6M晶振單片機運行速度明顯更快。4.對風(fēng)能與太陽能的結(jié)合利用技術(shù)加以完善，為其他的新型能源的互補利用起到一定發(fā)展空間另外，本設(shè)計也存在著缺點，那就是驅(qū)動能力不強。從剛接到畢業(yè)設(shè)計課題：我首先是查找一些相關(guān)的書籍及資料，并根據(jù)實際情況擬定設(shè)計方案，從而達(dá)到優(yōu)化方案。在研究設(shè)計電路時，最難的是調(diào)試了，但在老師和同學(xué)的幫助下使得本次設(shè)計達(dá)到了預(yù)定的要求。同時，通過這次畢業(yè)設(shè)計，在各個方面都有了很大的提高，特別是在理論和實踐結(jié)合方面使我受益匪淺，使我大學(xué)里學(xué)習(xí)的理論知識在根本上得到一次最完整的實踐和提高。也為我即將面臨的工作奠定了很好的基礎(chǔ)。在本次畢業(yè)設(shè)計中深深認(rèn)識到自己的各個方面的不足之處，蹦著提高動手能力以及檢測四年所學(xué)知識的目的，我嚴(yán)格要求自己，每一環(huán)節(jié)都認(rèn)真對待，定期向知道老師報告進(jìn)展情況和請教不懂的地方，得以完成任務(wù)。在以后的工作中，我必須進(jìn)一步深化在實踐中去豐富理論，完善知識結(jié)構(gòu)。由于環(huán)境條件的影響，理論與實踐還是有一定的差距，這也要求我們在實踐中注意檢驗的積累。參考文獻(xiàn)[1]湖北電力2009年8月第4期第33卷[2]安毓英，劉繼芳，李慶輝光電子技術(shù)北京：電子工業(yè)出版2004[3]馬忠梅.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.[4]孫涵芳徐愛卿MCS-51/96系列單片機原理及應(yīng)用北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996.[5]陳小忠.單片機接口技術(shù)實用子程序[M].北京：人民郵電大學(xué)出版社，2005.[6]李廣弟.單片機基礎(chǔ)[M].北京:北航出版社，2010[7]杜軍,邱瑞學(xué).PL2101在路燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國外電子技術(shù).2003.(9).[8]魏秋菊,張華.一種改進(jìn)的51單片機大容量數(shù)據(jù)存儲器的系統(tǒng)擴展[J].科技資訊,2006,(01).[9]熊濤,丁辛芳,陳德英.一種新穎的照明控制電路[J].傳感器技術(shù)，1999[10]肖麗仙.基于單片機的網(wǎng)絡(luò)化路燈控制系統(tǒng)設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2006,(02)[11]王海倫,葉冬芬.單片機控制的照明智能控制系統(tǒng)[J].電氣時代,2005附錄一:硬件電路總體設(shè)計圖硬件電路原理圖附錄二主程序清單#include<at89X51.h>//作為功能切換鍵按一下為設(shè)置現(xiàn)在時間，再按一下為設(shè)置開燈時間,再按一下為設(shè)置關(guān)燈時間，再按一下顯示當(dāng)前時間sbitfunction=P1^0;sbithour_add=P1^1;sbithour_sub=P1^2;sbitminute_add 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