智能型太阳能LED路灯控制器的研究

【摘要】：能源,是人类赖以生存的物质基础,而随着社会的发展和进步,能源的消耗十分巨大,全世界都面临着能源危机问题,因此,如何高效利用能源和寻找新能源成为学术界研究的新课题之一。本文针对路灯照明领域的能源利用问题,论述了一种基于PIC16C744单片机的智能型太阳能LED路灯控制器的研究开发过程。首先对太阳能路灯照明系统相关理论进行了深入研究,在此基础上,设计了总体方案,对充、放电电路、恒流驱动电路以及智能控制电路的硬件做了分析和设计,并根据MPPT充电策略和控制功能设计了系统软件,最后做了软硬件联调。在充电电路中,分析并探讨了太阳能电池最大功率点跟踪问题,对铅酸蓄电池充电策略进行了优化。并据此理论设计了Cúk型充电电路和控制软件,实现了MPPT大电流充电、恒压充电、浮充电相结合的三段式充电方法,有效提高了充电效率,延长了蓄电池的使用寿命。在放电电路中,为了精确实现电流控制,有效发挥LED效能,对系统的放电策略进行了设计,研制了基于Buck型的恒流驱动电路,并依托微控制器和控制软件,根据外界环境亮度、系统温度以及时段实现智能调光功能。为了提高系统安全性,有效防止雷击、短路、反接和过载等情况的发生,系统还设计了各种保护电路。经测试,该系统各项性能指标均达到设计要求,具有可靠性高、稳定性好、智能化突出等特点,实际使用以来,效果良好。 【关键词】：智能 充电策略 最大功率点跟踪 恒流驱动
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU113.666
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 太阳能LED路灯控制器研究现状和发展趋势8-9
• 1.1.1 光伏发电技术现状8-9
• 1.1.2 光伏系统控制器技术现状9
• 1.2 课题研究的目的和意义9
• 1.3 论文的主要研究内容9-10
• 1.4 本章小结10-11
• 第二章 太阳能LED路灯照明系统11-26
• 2.1 太阳能LED路灯系统组成简介11-13
• 2.1.1 系统组成与技术现状11-12
• 2.1.2 控制器的设计要求12
• 2.1.3 控制器的设计原则12-13
• 2.2 太阳能电池及其分类13-19
• 2.2.1 太阳能电池基本模型13-15
• 2.2.2 太阳能电池分类15-16
• 2.2.3 太阳能电池的基本特性16-18
• 2.2.4 太阳能电池最大功率点跟踪18-19
• 2.3 阀控式铅酸蓄电池19-24
• 2.3.1 铅酸蓄电池组成及工作原理20
• 2.3.2 铅酸蓄电池的放电特性20-21
• 2.3.3 铅酸蓄电池的充电特性21
• 2.3.4 铅酸蓄电池的寿命影响因素21
• 2.3.5 充电控制过程及方法21-24
• 2.4 控制器24
• 2.5 LED照明光源24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 智能型太阳能LED路灯系统的设计26-56
• 3.1 太阳能照明系统总体设计26-33
• 3.1.1 系统设计原则26
• 3.1.2 蓄电池组件容量设计26-27
• 3.1.3 太阳能电池阵列设计27-30
• 3.1.4 控制系统性能参数30
• 3.1.5 控制系统结构和功能分析30-31
• 3.1.6 系统结构原理31-33
• 3.2 充电电路设计33-43
• 3.2.1 电路拓扑34
• 3.2.2 工作原理34-35
• 3.2.3 Cúk电路参数设计35-43
• 3.2.4 功率开关管确定43
• 3.3 放电电路设计43-44
• 3.4 采样电路设计44-53
• 3.4.1 太阳能电池电压检测电路45-46
• 3.4.2 蓄电池电压检测电路46-47
• 3.4.3 充、放电电流检测47-49
• 3.4.4 温度采样49
• 3.4.5 系统时钟电路49-50
• 3.4.6 状态指示及保护电路50-52
• 3.4.7 辅助电源52-53
• 3.5 LED恒流驱动电路53-55
• 3.5.1 恒流控制芯片简介53-54
• 3.5.2 电路参数设计54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 系统软件设计与实现56-67
• 4.1 系统软件总体设计56-58
• 4.1.1 设计思想56-57
• 4.1.2 总体流程图57-58
• 4.2 子程序设计58-66
• 4.2.1 充电处理子程序58-60
• 4.2.2 LED恒流驱动子程序60-61
• 4.2.3 温度检测与补偿程序61-63
• 4.2.4 PWM脉冲产生子程序63-64
• 4.2.5 系统时钟读写子程序64-65
• 4.2.6 软件抗干扰设计65-66
• 4.2.7 保护功能的软件设计66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 系统测试及结果分析67-73
• 5.1 测试仪器及电路67
• 5.2 充电测试67-68
• 5.3 放电测试68-69
• 5.4 温度补偿测试69
• 5.5 功率和效率测试69-70
• 5.6 智能功能测试70-72
• 5.7 测试结论72
• 5.8 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 论文总结73
• 6.2 取得的主要成果和创新点73-74
• 6.3 下一步研究工作及展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79-80

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