【毕业论文】基于pic单片机的太阳能路灯智能控制器的设计与研究word文档（11页）

所有蓄电池充电过程都有快充过充和浮充个阶段，每个阶段都有不同充电要求。

现行充电方法主要有恒流充电恒压充电恒压限流充电间隙式充电法等，这些充电方法各有利弊。

本文设计控制器采取综合使用各充电方法应用于阶段充电。

快充阶段蓄电池能够接受最大功率时，采取太阳能电池最大功率点跟踪对蓄电池进行充电。

当蓄电池端电压达到转换门限值后，进入过充阶段。

过充阶段采用恒压充电法，给蓄电池个较高恒定电压，同时检测充电电流。

当充电电流降到低于转换门限值时，认为蓄电池电量已充满，充电电路转到浮充阶段。

浮充阶电池，最大充电电流为。

采用保险丝实现硬件电路过流保护。

图示出软件保护示意图。

实验结果与展望表给出了系统主要组成部分及性能指标。

图反映了年月日早上点到下午点功率，充电器充电情况及最大功率点变化情况。

月日天气变化较快，时而有阳光，时而多云，时而阴沉。

最高可达到，最小只有左右，这反映出太阳能电源输出功率多变性。

经测试，该充电系统反映出了太阳能电源输出功率多变性，并可以快速跟踪最大功率点，这对光伏系统稳定高效工作起到了至关重要作用。

努力提高系统效率和可靠性，进步改进算法，则是下步研究重点。

基于单片机太阳能路灯智能控制器太阳能路灯控制系统太阳能路灯控制系统结构框图如图所示，虚线框所示即为所提出控制器主要部分。

整个系统用单片机实现控制，并利用单片机输出波控制型降压电路来改变太阳电池阵列等效负载，实现太阳能电池最大功率跟踪。

为太阳能电池板防反接反充二极管，采用快恢复二极管，为滤波电容，为场效应开关管，为储能电感，为续流二极管。

太阳能电池太阳能电池阵列是太阳能路灯控制系统输入，为整个系统提供照明和控制所需电能，白天将太阳能电池阵列所接收光能转换为电能，对蓄电池进行充电晚上，太阳能电池停止充电，输出端开路。

在众多太阳能电池中较常用有单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池种。

多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低，适合用于太阳光充足日照好东西部地区。

单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合用于阴雨天比较多阳光相对不是很充足南方地区。

非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合室外阳光不足情况下使用。

目前单晶硅和多晶硅太阳能电池光电转换效率为左右，如何提高转换效率是当前太阳能应用研究重点之。

太阳能电池方阵工作电压般为负载工作电压倍。

蓄电池蓄电池是太阳能照明系统储能环节。

白天，蓄电池将太阳能电池输出电能转换为化学能储存起来，到夜间再转换回电能输出给照明负载。

目前在太阳能路灯系统中常用蓄电池是阀控式密封铅酸蓄电池，它具有不需补加酸水无酸雾析出可任意放置使用使用清洁等优点。

蓄电池容量可用式进行估算蓄电池用量安全系数蓄电池放电容量修正系数负载工作电流日工作时数最长连续阴雨天数蓄电池容量过小，不能够满足夜晚照明需要蓄电池过大，则始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。

蓄电池应与太阳能电池用电负荷路灯相匹配。

太阳能电池电压要超过蓄电池工作电压，才能保证给蓄电池正常负电。

照明负载般太阳能灯具采用低压节能灯低压钠灯无极灯光源。

低压节能灯功率小，光效较高，使用寿命可达，般适合太阳能草坪灯庭院灯低压钠灯低压钠灯光效高，但需逆变器，因而价格贵，整个系统造价高，采用较少无极灯功率小，光效较高。

该灯在普通市电条件下使用，寿命可以达到，但在太阳能灯具上使用时寿命大大减少和普通节能灯差不多灯光源寿命长，可达，工作电压低，光效较高。

随着技术进步，性能将进步提高，作为太阳能路灯光源将是种趋势。

控制器硬件设计作为太阳能路灯控制系统核心，太阳能控制器设计好坏关系到整个系统能否正常运行。

本文所提出智能控制器结构框图如图所示。

控制器核心是，它是目前世界上片内集成外围模块最多功能最强单片机品种之，是高性能位单片机。

它采用哈佛总线结构和技术，指令执行效率高，功耗极低，带有程序存储器，配置有个端口个双向输入输出引脚，这些引脚大部分有第二第三功能，内嵌个位数字量精度转换器，配有个可实现脉宽调制波形输出模块。

控制器主要工作是白天实现太阳能电池板对蓄电池充电控制，晚上实现蓄电池对负载放电控制，同时具有光控时控功能，能够在白天夜间自动切换。

电流电压采集控制器采集太阳能电池电压电流，用以实现太阳能电池最大功率点跟踪采集蓄电池端电压，防止蓄电池过充及过放采集温度，用以实现温度补偿。

电压采集可用霍尔电压传感器或电阻分压法实现，电流采集可用霍尔电流传感器或分流器实现。

显示模块显示模块有工作正常提示，蓄电池过充蓄电池欠压等显示功能，可采用两个双色发光二极管实现，分别显示充电和放电状态。

当电压由低到高变化时，指示灯由红色到橙色到绿色渐变颜色显示电压高低。

充电状态当蓄电池电压低于时，显示绿色当蓄电池电压在之间时，显示橙色当蓄电池电压高时，显示红色。

放电状态当蓄电池电压低于时，显示红色当蓄电池电压在之间时，显示橙色当蓄电池电压高于时，显示绿色。

蓄电池充放电策略作为太阳能路灯照明系统储能用蓄电池由于存在过放过充使用寿命短等问题，要选择合适充放电策略。

所有蓄电池充电过程都有快充过充和浮充个阶段，每个阶段都有不同充电要求。

现行充电方法主要有恒流充电恒压充电恒压限流充电间隙式充电法等，这些充电方法各有利弊。

本文设计控制器采取综合使用各充电方法应用于阶段充电。

快充阶段蓄电池能够接受最大功率时，采取太阳能电池最大功率点跟踪对蓄电池进行充电。

当蓄电池端电压达到转换门限值后，进入过充阶段。

过充阶段采用恒压充电法，给蓄电池个较高恒定电压，同时检测充电电流。

当充电电流降到低于转换门限值时，认为蓄电池电量已充满，充电电路转到浮充阶段。

浮充阶改变太阳能电池阵列输出电压或电流方法使阵列始终工作在最大功率点附近。

控制方法为了实现太阳电池最大功率点跟踪，国内外提出了许多种实现方法。

主要方法有增量电导法，简称法曲线拟合法神经网络干扰观测法，简称法等。

而且，每种控制方法又有多种实现算法。

本控制器采用干扰观测法来实现。

干扰观测法是通过不断改变电池方阵工作电压，实时观察比较前后两点输出功率值，以便改变调节电压方向，最终稳定在最大功率点。

尽管系统工作点会在两侧存在振荡现象，造成定功率损失，但此方法结构简单，只需测量电压及电流两个参数，因此易于实现并得到广泛应用。

在电路具体实现中，干扰观测法可通过变换器来实现。

转换电路也称为斩波电路或斩波器是接在直流电源和负载之间，通过控制电压将不可控直流输入变为可控直流输出种变换电路。

从工作方式角度，转换电路又可分为升压降压升降压和丘克种，其中降压升压和升降压式转换电路是比较常用类型。

本控制器采用是型降压电路。

转换电路实现型降压电路原理如图所示。

电路由开关续流二极管储能电感滤波电容等构成。

当开关闭合时，电源通过开关电感给负载供电，并将部分电能储存在电感以及电容中。

由于电感自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。

定时间后，开关断开，由于电感自感作用，将保持电路中电流不变，电流流过负载，经过续流二极管，返回电感左端，从而形成了个回路。

通过控制开关闭合跟断开时间即脉冲宽度调制，就可以控制输出电压。

将型降压电路应用于太阳能路灯控制系统后如前文图所示，用场效应管代替此处开关，开关管驱动采用，单片机输出个频率为波来控制开关器件。

由此，通过调节负载两端电压改变了太阳电池阵列等效负载，从而实现太阳能电池最大功率点跟踪。

控制流程采用干扰观测法，原则是电压变化始终能让太阳能输出功率朝大方向改变。

因此，首先让太阳能电池以个电压输出，采集电压电流后计算得出它输出功率，再与前刻输出功率进行比较，若，则修改脉宽使若，则使。

按照以上原则再测再比再修改脉宽，逐次逼近太阳能电池最大功率点。

控制流程如图所示。

控制系统软件设计控制器软件主要任务是实现蓄电池充电控制完成电压电流采集处理和计算，实现控制算法实现蓄电池对负载放电控制。

控制系统软件采用模块化程序设计方法，使用集成开发环境进行程序开发，其主程序流程图如图所示。

本文所设计以为控制核心智能太阳能路灯控制器，具有外围电路简单可靠性高特点，实现了太阳能电池最大功率点跟踪，采用了合理蓄电池充放电策略，实现算法简单，既提高了太阳能电池板使用效率，又延长了蓄电池使用寿命，具有定参考和推广应用价值。

参考文献吴理博，赵争鸣，刘建政用于太阳能照明系统智能控制器清华大学学报汤建皮，黄刚光伏系统配套蓄电池选择蓄电池，李荣正，刘启中，陈学军单片机原理及应用北京北京航空航天大学出版社，余发平，张兴，王国华基于自适应控制太阳能照明系统恒流控制器太阳能学报，电池，最大充电电流为。

采用保险丝实现硬件电路过流保护。

图示出软件保护示意图。

实验结果与展望表给出了系统主要组成部分及性能指标。

图反映了年月日早上点到下午点功率，充电器充电情况及最大功率点变化情况。

月日天气变化较快，时而有阳光，时而多云，时而阴沉。

最高可达到，最小只有左右，这反映出太阳能电源输出功率多变性。

引言太阳能是种清洁高效可再生能源。

在阳光充足白天，屋顶光伏电池将太阳能转化成电能，供人们在夜晚使用。

据专家预测，到年，全球光伏发电量将占世界总发电量，年后将成为世界能源支柱。

最大功率点跟踪最大功点跟踪，简称系统是种通过调节电气模块工作状态，使光伏板能够输出更多电能电气系统。

图示出光伏电池输出功率与输出电压和输出电流关系。

图中为普通控制器使光伏电池工作在，仅输出时功率点般功率点为控制器使光伏电池始终工作在最大功率点，从而输出高达时功率点最大功率点。

最大功率点主要受环境温度和太阳光强影响。

在太阳光强不变情况下，随着温度升高，光伏电池开路电压降低，最大输出功率随之降低。

当温度不变，太阳光强增加时，光伏电池