100W太阳能移动式交通灯设计

辽 宁 工 业 大 学光伏发电及并网技术 课程设计（论文）题目： 100W太阳能移动式交通灯设计 学 院： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目 100W太阳能移动式交通灯设计课程设计（论文）任务太阳能交通信号灯就是靠太阳能电池供电的信号灯，它自身具备发电、储电的能力，安装时还不需要铺设电缆，能够任意安装在太阳能够照到的路段,它特别适用于新建成的路口，可满足交警应对紧急停电、 限电以及其他突发情况的需要。 要求：1、采用太阳能源发电，可 24 小时全天候工作。2、采用超高亮LED，视角大，视距远。3、灯具采用 PWM 恒流输出最大功率 100W，保证其寿命和亮度不受电压波动影响。4、特殊阴雨天气，可连续工作 3 天。主要设计内容：1. 太阳能电池板设计及选择2. 储能蓄电池设计及选择3. 4 个方向交通指示灯电路设计4. 充放电电路设计进度计划第 1 天 查阅收集资料第 2 天 总体设计方案的确定第 4 天 太阳能电池板设计及选择第 5 天 储能蓄电池设计及选择第 6、7 天 4 个方向交通指示灯电路设计第 8 天 充放电电路设计第 9、10 天 设计说明书完成指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）II摘 要在光伏发电应用领域，太阳能交通灯作为一种独立的光伏发电系统具有重要的地位，它具有安全、环保、节能的特点。白天日照充足时，光伏电池发电，给蓄电池充电，蓄电池放电，向交通灯提供电能。典型的太阳能交通灯系统是由光伏电池、蓄电池、负载和控制器组成，其中蓄电池是最容易受损和消耗的环节。从一定程度上来讲，太阳能交通灯系统的优劣是由蓄电池的好坏决定的。为了更好的保护蓄电池，最大限度的延长蓄电池的使用寿命，本文研究设计了一种基于单片机的太阳能交通灯充放电控制器。白天在控制器的作用下，光伏电池给蓄电池充电，根据蓄电池电压采样数值，自动调整充放电方式，控制充电电路的通断，防止过充。在控制器的作用下蓄电池给交通灯提供电能，控制放电通路的通断，防止过放。本系统采用 VRLA 蓄电池专用充电芯片 UC3096 将太阳能电池板的输出电能存储在 12V 的蓄电池中作为系统总电源。89C51 通过人机界面得到两相位交通信号灯的控制参数，经过处理之后，完成对交通信号灯的控制。关键词：单片机；太阳能；蓄电池；交通灯本科生课程设计（论文）III目 录第 1 章 绪论 .11.1 光伏发电系统概况 .11.2 本文研究内容 .2第 2 章 光伏发电装置总体结构设计 .32.1 总体设计方案 .32.2 CPU 的选择 .32.3 CPU 最小系统图 .62.4 交通指示灯电路设计 .7第 3 章 发电装置功能电路设计 .93.1 太阳能电池板的选择 .93.2 蓄电池参数计算及选择 .103.3 充放电电路设计 .11第 4 章 总结 .13参考文献 .14本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 光伏发电系统概况在太阳能发电应用领域，太阳能交通灯具有重要的地位。太阳能交通灯系统采用“光伏+储能”的模式，是一种典型的独立太阳能发电系统。白天日照充足时，光伏电池发电，给蓄电池充电，晚上蓄电池放电，向交通灯提供电能。太阳能交通灯最显著的特点是安全、环保、节能，不需要铺设复杂昂贵的管线，无需人工操作自动运行。典型的太阳能交通灯系统是由光伏电池、蓄电池、交通灯和控制器组成。在系统构成中，光伏电池的使用寿命一般在 20 年以上；质量好的LED 交通灯可以工作 50000 个小时，每天 10 个小时，理论上可以使用 10 年以上；铅酸蓄电池工作在浅充浅放的模式中，循环使用寿命约 2000 次，使用年限 57年，在深度放电的模式下，循环使用寿命约 200 次，使用年限 12 年。可以看出，从一定程度上来讲，太阳能交通灯系统的使用寿命是由作为储能的铅酸蓄电池好坏决定的。在实际应用中，铅酸蓄电池是最容易受损和消耗的环节，必须对其充电和放电过程进行合理的控制，充电方式不当、过充和过放都会影响铅酸蓄电池的使用寿命。所以为了更好的保护蓄电池，最大限度的延长蓄电池的使用寿命，延长系统的使用寿命，降低系统维护成本，系统需要对蓄电池进行能量管理，以有效的方式对蓄电池进行充电，防止过充的同时也要防止其过度放电。太阳能交通灯控制器就是系统中配合蓄电池特性，对蓄电池充电和放电过程进行控制的设备。白天，它控制太阳能电池给蓄电池充电，通过采样蓄电池的电压，调整充电方式，避免对蓄电池过充；夜晚，它控制着蓄电池给负载提供电能，防止蓄电池过放，保护蓄电池，最大限度的延长蓄电池的使用寿命。由此可见，太阳能交通灯控制器在系统中起着枢纽的作用。蓄电池的充电过程是一个复杂的非线性过程，为了实现最优的充电过程，更好的延长蓄电池的使用寿命，蓄电池的充电控制采用智能控制是非常必要的，本文设计了一种成本较低、稳定可靠且可以对蓄电池进行有效保护的智能型太阳能 LED 交通灯控制器。本科生课程设计（论文）21.2 本文研究内容89C51 通过人机界面得到交通信号灯的控制参数，经过处理之后，完成对交通信号灯的控制。太阳能电池板及蓄电池均为直流器件，考虑到太阳能电池板及蓄电池的这一特性，我们选择直流 12V/8W，200mm 的交通信号灯，这样就减少了电路设计的复杂性。系统的具体设计如下：1、采用太阳能源发电，可 24 小时全天候工作。2、采用超高亮 LED，视角大，视距远。3、灯具采用 PWM 恒流输出最大功率 100W，保证其寿命和亮度不受电压波动影响。4、特殊阴雨天气，可连续工作 3 天。本科生课程设计（论文）3第 2 章 光伏发电装置总体结构设计2.1 总体设计方案根据设计要求太阳能 LED 交通信号灯由光伏极板、充放电控制器、蓄电池、LED 交通信号灯系统构成。系统框图如图 2.1 所示。图 2.1 总体设计方案图其中,光伏极板是用来将太阳能转换成电能,为系统供电。充放电控制器是将太阳能产生的电存储到蓄电池中,同时将蓄电池中的电能供给 LED 交通信号灯系统,并对蓄电池的过流、过充等起到保护作用。LED 交通信号灯系统是由中央控制器、LED 信号灯模块、信号灯模块控制系统等组成。2.2 CPU 的选择CPU 能够完成数据采集、处理、输出、显示等功能,是整个仪器正常工作的基本科生课程设计（论文）4础，它的选择直接关系到整个系统的工作。选择通用性强、功耗小、性能稳定良好的 8 位 CMOS 微处理器芯片 AT89C51，它与常用 MCS-51 型单片机兼容，工作电压为 2.7V6.OV,具有 32 条可编程 I/O 端口，3 个 16 位定时计数器，2568 位内部 RAM,内带 8K 字节快闪 EEPROM 的特点，大大简化了电路的设计。图 2.2 89C51 引脚图部分引脚功能说明：RST：89C51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，89C51便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，此引脚应接地。XTAL2：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。EA/VPP 31X119X218RESET9INT012INT113T0、P3.414T1、P3.515P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28RD、P3.717WR、P3.616PSEN 29ALE/P 30TXD11RXD10VCC 40VSS2089C51.本科生课程设计（论文）5：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储PSEN器读取指令码时，每个机器周期产生二次 信号。在执行片内程序存储器指PSEN令时，不产生PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生 信号。PSEALE/ ：ALE 表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALEROG信号负跳变来触发外部的8位锁存器 (如74LS373)，将端口P0 的地址总线(A0-A7)锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE 引脚的输出频率是系统工作频率的1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。P0：P0口(P0.0P0.7) 是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O口用。P0口每一个引脚可以推动8个 LSTTL负载。P2：P2口(P2.0P2.7) 是具有内部提升电路的双向I/0 端口(准双向并行I/O口)，当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I/O 口用。每一个引脚可以推动4个LSTL负载。P1：P1口(P1.0P1.7) 口是具有内部提升电路的双向I/0 端口(准双向并行I/O口)，其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。P3：P3口(P3.0P3.7) 口是具有内部提升电路的双向I/0 端口(准双向并行I/O口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下：P3.0 RXD 串行通信输入P3.1 TXD 串行通信输出P3.2 外部中断0输入 ,低电平有效INTP3.3 外部中断1输入 ,低电平有效P3.4 T0 计数器0 外部事件计数输入端P3.5 T1 计数器1 外部事件计数输入端P3.6 外部随机存储器的写选通，低电平有效WRP3.7 外部随机存储器的读选通，低电平有效D在设计中用到了多片串行通信的芯片，但选用的单片机AT89C51只有一个串行口，这给连接带来了