太阳能LED照明系统的研究

【摘要】：寻求可再生能源和提高能源利用率是目前世界各国政府解决日益加剧的能源危机所能采用的两个重大战略决策。太阳能作为一种清洁无污染的新型能源，已经在全世界范围内得到了快速发展和应用。其中，太阳能LED照明系统尤其得到了迅猛发展。因此，结合了新一代光源和新型能源优点的太阳能LED照明系统必将会迎来巨大的发展空间，并成为今后一个重要的发展方向。 本文在深入研究了太阳能光伏发电和LED照明技术相关理论的基础上，重点研究了太阳能LED照明系统中太阳能电池、铅酸蓄电池以及LED负载等重要组成部件的配置，并结合实际情况提出了太阳能电池与市电互补供电的设计思想。论文详细分析与论证了系统中的各个组成部分及其功能，主要完成了太阳能LED照明系统的设计，包括硬件电路设计、软件程序编写以及相关控制、温度测量和保护功能电路等的设计，在整个设计中系统控制器的设计是核心内容。本文完成了一款基于PIC单片机的系统控制器设计，它充分利用了PIC单片机的内部资源，具有性能稳定，结构简单等特点。 针对目前国内大部分照明系统存在的难以反馈其状态信息和进行远程控制等局限，本文设计了基于nRF905单片无线收发器的无线传输系统，实现了系统信息的无线传输功能。 最后，论文完成了太阳能LED照明系统控制器的硬件PCB实现，并搭建了简易的测试系统来对系统控制器及整个系统的重要工作性能进行测试与分析。结果表明，该系统控制器基本满足设计要求，系统运行状态良好。 【关键词】：光伏发电 LED照明 PIC单片机 无线传输 nRF905
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM923.34;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 选题背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状和发展动态12-13
• 1.3 本课题的主要内容13-14
• 1.4 本章小结14-16
• 第2章 太阳能 LED 照明系统原理分析16-38
• 2.1 太阳能 LED 照明系统的组成16-18
• 2.2 太阳能电池及其特性18-23
• 2.2.1 太阳能电池的工作原理18-19
• 2.2.2 太阳能电池的分类19
• 2.2.3 太阳能电池的电路模型19-20
• 2.2.4 太阳能电池的输出特性20-23
• 2.2.5 太阳能电池最大功率跟踪技术23
• 2.3 蓄电池特性研究23-33
• 2.3.1 铅酸蓄电池的工作原理24-25
• 2.3.2 蓄电池的特性参数和电性能25-28
• 2.3.3 蓄电池寿命及其影响因素28-30
• 2.3.4 蓄电池的充放电控制方法30-33
• 2.4 LED 照明负载33-36
• 2.4.1 LED 简述33-34
• 2.4.2 LED 灯具的主要特点34-35
• 2.4.3 LED 阵列的组合方式35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 太阳能 LED 照明系统的配置设计38-46
• 3.1 光伏系统设计基本思路与方法38-39
• 3.1.1 光伏系统设计流程38
• 3.1.2 光伏系统设计方法与原则38-39
• 3.2 太阳能电池的配置39-42
• 3.2.1 太阳能电池的选用39-40
• 3.2.2 太阳能电池容量的计算40-41
• 3.2.3 太阳能电池安装方式的设计41-42
• 3.3 蓄电池的配置42-44
• 3.3.1 蓄电池的选用42-43
• 3.3.2 蓄电池容量的计算43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第4章 太阳能 LED 照明系统控制器设计46-70
• 4.1 控制器基本组成和功能46-48
• 4.1.1 控制器的组成原理46-47
• 4.1.2 控制器的主要功能47-48
• 4.2 控制器硬件设计及器件选型48-57
• 4.2.1 控制器核心模块介绍48-51
• 4.2.2 时钟电路51
• 4.2.3 复位电路51-52
• 4.2.4 电源模块电路52
• 4.2.5 电压采样与 A/D 转换52-53
• 4.2.6 MOSFET 开关电路53-54
• 4.2.7 温度检测电路54-55
• 4.2.8 单片无线收发模块55-56
• 4.2.9 蓄电池充、放电与保护电路56-57
• 4.3 印制电路板设计57-59
• 4.4 系统能流模型与工作状态分析59-60
• 4.4.1 系统的能流模型59-60
• 4.4.2 系统的工作状态分析60
• 4.5 控制器软件设计60-68
• 4.5.1 总体软件结构61
• 4.5.2 白天工作模式程序流程图61-63
• 4.5.3 夜晚工作模式程序流程图63-64
• 4.5.4 程序调试与芯片烧写64-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第5章 系统组装与测试分析70-76
• 5.1 测试系统搭建70-71
• 5.2 系统控制器性能测试71-73
• 5.2.1 蓄电池充电波形测试71-72
• 5.2.2 蓄电池供电情况测试72
• 5.2.3 nRF905 收发功能测试72-73
• 5.3 系统的运行参数测试73-74
• 5.4 本章小结74-76
• 结论76-78
• 参考文献78-82
• 附录82-86
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文86-88
• 致谢88

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