基于单片机控制的节能型太阳能LED路灯的设计(附电路图)

基于单片机控制的节能型太阳能LED路灯的设计(附电路图)(包含选题审批表,任务书,开题报告,中期检查报告,毕业论文27000字)
摘  要：针对太阳能LED路灯控制系统的特点，介绍了研究太阳能LED路灯的意义、现状、发展及技术要点，对整个路灯控制系统的设计流程进行了分析。提出设计思路，并在此基础上开发了相应硬件装置和软件。利用MCS-51单片机进行各项工作的处理，包括信号的采集、数据的传输及对控制对象的控制。利用按键实现功能的开启、关闭及切换。结合传感器监控道路行人的数量，并从而控制路灯点亮的数量。通过蓄电池充放电控制实现太阳能到电能的转换及存储，非常环保。设计并实现光线的自动检测，在天黑或光线昏暗的情况下自动开启路灯系统，天亮自动熄灭很大程度的达到节能目的。最后总结概括本设计的优缺点和实用性，为后续研究提供了参考方向。
关键词：太阳能；路灯控制；传感器；蓄电池

Design of Energy-saving Solar Street Light Using LED Based on MCU
Abstract: According to the characteristics of solar LED street light control system, the article introduces the research significance, solar LED street light’ status, development and main techniques, and the design process of the solar LED street light control system is analyzed. The article presents the design ideas, and develops corresponding hardware devices and software on that basis. Do each work with the MCS-51 SCM, included the signal collection, the data transmission and the control of the controlled objects; use key functions’ open, close and switch, combine the number of human on the street according to sensors monitoring , and thus control the number of street lights that are lighted; and control the conversion and storage through charging and discharging of the battery, that is very environment-friendly. Design and realize automatic detection of light, it automatically opens lamp system in the daytime or under badly-lighted circumstance, and automatically put out at day ,that saves energy to a great extent. Finally, sum up the pros and cons of this design , and provide reference direction for sequential studies.
Key words: solar energy；lamp control；sensors；battery；

本课题研究目标和总体设计
就整个市场的调查来看，路灯管理部门的要求主要为:能够自动控制路灯的开关，能评估系统内的路灯工作情况，给出系统维护的信息，包括亮灯率，电压，电流，开关状态等。系统能够自动分析系统故障，给出故障相关信息。完善的控制功能，方便的安装方式。高可靠性，符合21世纪环保节能的要求等等。根据任务书，本课题主要要求设计并制作基于单片机控制的节能型太阳能LED路灯系统。要求实现太阳能到电能的转换，并根据道路行人的数量进行路灯亮度的调节，而达到节能的目的。在微处理器单元，利用MCS-51系列单片机进行各项工作的处理，包括信号的采集和数据的传输以及对控制对象的控制。利用按键实现功能的开启及关闭，以及功能的切换。在太阳能电源电路模块实现太阳能到电能的转换及存储。在道路监控单元，结合传感器监控道路行人的数量，并从而控制路灯点亮的数量。设计并实现光线的自动检测，在天黑或光线昏暗的情况下自动开启路灯系统。用Protel Dxp软件进行绘制电路图。利用电路仿真软件proteus进行仿真设计与调试。根据提出的系统设计内容和目标，本文给出整个系统的设计规划，并且对于系统的各个模块的实现进行元件选型。
系统各部分容量的选取配合，需要综合考虑成本、效率和可靠性。与照明负载配合，考虑到连续阴天的情况，对系统容量留出一定裕度。太阳能电池是太阳能照明系统的输入，为整个系统提供照明和控制所需电能。在白天光照条件下，路灯熄灭，太阳能电池将所接收的光能转换为电能，经充电电路对蓄电池充电；天黑后，太阳能电池不再供电，充电器停止工作，转而进入蓄电池放电阶段，点亮路灯。蓄电池作为太阳能照明系统的储能环节，白天将太阳能电池输出的电能转换为化学能储存起来，到夜间再转换回电能输出到照明负载。全天中控制器的电源一直由蓄电池供给。控制系统以单片机为核心，来实现系统中太阳能电池工作状态的MPPT即最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking）、蓄电池容量检测和蓄电池充电精确控制以及集中化的对区域内路灯故障的准确诊断和调试。从而实现太阳能照明系统在不同工作状态下的稳定运行与准确切换的要求提高太阳能照明系统效率，延长蓄电池的寿命，并实现人性化的集中远程管理。

系统组成
本课题研究的主要内容是基于单片机的节能型太阳能LED路灯的设计。太阳能路灯主要由太阳能电池板(包括支架)、LED灯头、控制器、蓄电池组、灯杆及灯具外壳几个部分组成。其中控制系统由单片机及逻辑电路实现。各地应根据本地照明要求和气候条件进行太阳能路灯设计。

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目    录
摘要：    1
关键词：    1
1前言    2
1.1课题的选题背景与意义    2
1.2国内外的研究现状及发展方向    3
2研究的主要内容    5
2.1本课题研究目标和总体设计    5
2.2系统组成    7
2.2.1太阳能电池板    7
2.2.2太阳能控制器    9
2.2.3蓄电池的选择    10
2.2.4光源和应用    10
2.3工作原理    11
2.4太阳能路灯需要解决的问题    11
3设计工作及研究方案    12
3.1太阳能路灯设计思路与要点    12
3.2硅太阳能电池特性和最大功率点跟踪的原理    12
3.2太阳能电池的外特性    15
3.3蓄电池容量的计算方法    16
3.3.1确定蓄电池容量的主要因素    16
3.3.2蓄电池的充、放电方法    16
3.3.3蓄电池容量的计算    17
3.4LED的特性和亮灭控制    18
3.5红外检测    19
4硬件电路    20
4.1信号采集电路    20
4.1.1环境光检测电路    20
4.1.2红外检测电路    20
4.2硬时钟电路    22
4.3充放电驱动电路    22
4.4MPPT技术的硬件电路支持    23
4.5LED驱动电路    24
4.6系统供电电路    25
5软件设计    26
5.1控制器选择    26
5.2开发工具    26
5.3总体程序流程图    27
5.4充电处理程序    28
5.5定时处理程序    29
5.5蓄电池剩余容量检测处理    30
6抗干扰设计    30
6.1太阳能路灯抗风设计    31
6.2防雷和接地    32
6.3信号采集的数字滤波    33
6.4看门狗技术    33
7调试和结果    33
7.1路灯系统的硬件调试    34
7.2路灯系统的软件调试    34
7.3太阳能路灯的系统调试    34
8结论    35
参考文献    37
致谢    38
附录    39