光伏照明系统智能控制器的研究

【摘要】：众所周知,当今人类赖以度日的化石燃料能源逐渐减少,寻找出一种新的可再生能源成为必然,而太阳能作为一种清洁、永续、用之不尽的自然能源,越来越受到人们的青睐并被广泛地应用,它的应用不但改善了生态环境,减少了温室气体的排放,而且还有利于节能减排和发展低碳经济。太阳光辐射的能量通过光伏电池转化为电能存储在蓄电池之中,蓄电池再给负载供电,智能控制器就是管理他们之间工作的核心器件,所以,在整个光伏照明系统中对智能控制器的研究至关重要。 光伏照明系统是一种独立运行的光伏系统,主要有光伏电池、蓄电池、智能控制器和负载等组成。本文首先对光伏电池的特性,蓄电池的特性和蓄电池的常用充放电方法进行了详细地分析,介绍了光伏电池串并联调整功率辅助充放电策略,确定了以ATmega48单片机为核心的光伏照明系统智能控制器的整体设计方案。智能控制器通过ATmega48的PWM(Pulse Width Modulation)通道输出高分辨率的PWM对开关管MOSFET的通断加以控制,从而实现对蓄电池充电和放电的科学管理。 其次针对目前控制器对蓄电池的保护不足,在对控制器功能要求和实际应用方面做了讨论,完成了智能控制器的软硬件设计。根据蓄电池所处的工作状态,采取提升充、直充和占空比不同的PWM相结合的方式对蓄电池进行充电,采集了芜湖当地的大量实验数据,进行程序的测试,获取了经验数据,进而优化了程序。应用了红外传感技术,使电能更加充分合理地分配与利用。 最后根据控制需要和从实际操作的可靠安全出发,智能控制器的硬件电路采用了标准化的模块设计,按照实现的功能不同将其分别布置在不同的位置,每个模块相对独立。 经过试验和调试,光伏照明系统智能控制器的各种功能都已实现,并且符合技术指标,在实际应用中性能稳定。 【关键词】：光伏电池 智能控制器 铅酸电池 ATmega48 PWM
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM923;TP273.5
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题选题的背景11
• 1.2 国内外光伏发电研究的现状11-12
• 1.3 我国太阳能资源状况12-13
• 1.4 本课题主要研究的内容及意义13-16
• 第2章 光伏照明系统相关技术16-20
• 2.1 光伏电池16-18
• 2.1.1 光伏电池的工作原理16
• 2.1.2 光伏电池的等效电路16-17
• 2.1.3 光伏电池的伏安特性17-18
• 2.2 铅酸蓄电池18-19
• 2.2.1 阀控式密封铅酸电池的原理18-19
• 2.2.2 影响铅酸电池寿命的因素19
• 2.3 本章小结19-20
• 第3章 光伏照明系统充电算法的研究20-27
• 3.1 常用的充电方法20
• 3.2 充电方法的改进20-21
• 3.3 放电方式的改进21-22
• 3.4 最大功率跟踪技术22-24
• 3.5 光伏电池串并联调整功率辅助充放电策略24-26
• 3.6 本章小结26-27
• 第4章 智能控制器的硬件实现27-42
• 4.1 总体要求和技术指标27-28
• 4.1.1 总体要求27
• 4.1.2 智能控制器的技术指标27-28
• 4.2 主控电路28-30
• 4.3 辅助电路30-33
• 4.3.1 电源电路30-31
• 4.3.2 按键、数码管LED显示电路31-32
• 4.3.3 工作状态指示电路32
• 4.3.4 温度采样电路32-33
• 4.4 光伏电池电压采样电路33-34
• 4.5 蓄电池电压采样电路34-35
• 4.6 充电电路35-37
• 4.7 放电电路37-38
• 4.8 负载保护电路38-39
• 4.9 红外传感热辐射39-40
• 4.10 本章小结40-42
• 第5章 智能控制器的软件开发与实现42-52
• 5.1 开发工具介绍42
• 5.2 总体软件流程图42-44
• 5.2.1 开发思路42-43
• 5.2.2 主程序流程图43-44
• 5.3 A/D采样模块44-45
• 5.4 PWM充电子程序45-46
• 5.5 系统识别46
• 5.6 白天黑夜的识别46-47
• 5.7 白天充电执行子程序47-48
• 5.8 黑夜供电执行子程序48-51
• 5.9 本章小结51-52
• 第6章 实验结果和分析52-67
• 6.1 太阳能路灯照明系统的构成52
• 6.2 系统各部分的参数52-56
• 6.2.1 光伏电池的计算52-54
• 6.2.2 蓄电池的容量54-55
• 6.2.3 负载灯的选择55-56
• 6.2.4 智能控制器56
• 6.3 系统的具体配置56-58
• 6.4 系统的实验58-66
• 6.4.1 系统调试58-59
• 6.4.2 系统的测试59-66
• 6.5 本章小结66-67
• 结论与展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间发表的学术论文71-72
• 致谢72-73
• 附录A 光伏照明系统智能控制器电路原理图73
• 附录B 热释电红外探测电路原理图73-74
• 附录C 光伏照明系统智能控制器电路PCB图74
• 附录D 热释电红外探测电路PCB图74

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