太阳能交通信号灯--双面两闪灯 毕业论文.doc

武 威 职 业 学 院光伏发电技术及应用专业（专科）毕业设计（论文）题 目 太阳能交通信号灯 双面两闪灯 姓 名 学 号 指 导 老 师 完 成 日 期 2013.12.09 教 学 系 能源工程系 摘要摘要 太阳能光伏发电系统的研究对于缓解能源危机、减少环境污染以及减小温室效应具有重要的意义。太阳能是最普遍的自然资源，也是取之不尽可再生资源。为了解决边远的公路沿线，岔道，沿河，沿山事故多发危险地段，进行了离网型（独立）太阳能交通信号灯警示灯光伏发电系统的设计。根据当地的气象、环境状况及具体用电情况，做出了系统的设计方法及要求，包括控制器、蓄电池组组件、逆变器、离网型太阳能系统的设计等。安装运行以来，系统工作稳定正常，验证了这集的合理性、正确性。太阳能交通信号灯警示主要用于公路沿线，岔道，沿河，沿山事故多发危险地段，城市内不适宜安装太阳能交通信号灯警示的地段或道口，高速公路匝道进出口处等，太阳能交通信号灯警示一太阳能电池作为电能供给，无需市电支持，不受地域限制，无需开凿敷设电缆，采用高光效，低耗损，超高亮度led光源，全天自动闪烁发光，造型美观，安装简便，对提高道路交通安全具有良好的警示作用。下面就太阳能交通信号灯警示灯光伏发电系统的设计首先对太阳能光伏发电系统进行了详细的介绍，随后通过对led灯闪烁，电路设计，配置计算，外形设计等一系列的研究，设计出一套完整的太阳能交通信号灯警示灯光伏发电系统，并制作样品。关键词 光伏发电系统 交通信号灯 警示灯 交通信号灯警示灯目录摘要ii第1章 绪论- 1 -1.1太阳能与太阳能光伏发电- 1 -1.2 太阳能交通灯警示设计的目的和意义- 1 -1.2 太阳能交通警示灯的工作原理和过程- 3 -第2章 太阳能光伏发电的应用- 4 -2.1太阳能光伏发电应用范围- 4 -2.2太阳能光伏发电系统构成、工作原理与分类- 6 -2.2.1太阳能光伏发电系统的构成- 6 -2.2.2光组件的主要参数- 8 -2.2.3太阳能光伏发电系统的工作原理- 12 -2.2.4太阳能光伏发电系统的分类- 12 -第3章 太阳能交通信号灯双面两闪灯的设计- 14 -3.1 led灯- 14 -3.1.1 led灯的原理- 14 -3.1.2 二极管各色参数- 15 -3.1.3 led灯驱动的研究- 15 -3.2 单片机- 19 -3.2.1.单片机at89c51的研究13- 20 -3.3 太阳能交通信号灯双面两闪灯光伏系统的配置- 22 -3.3.1交通警示灯的发光单元设计- 22 -3.4 太阳能交通信号灯双面两闪灯外形的设计- 23 -3.4.1学习工程制图- 23 -3.4.2学习cad制图软件的学习14- 23 -3.4.3绘制太阳能交通信号灯双面两闪灯外形的三视图及制作的外壳真实图- 24 -第4章 安装成形的太阳能警示灯- 29 -总结- 32 -致谢- 33 -参考文献- 34 -第1章 绪论1.1太阳能与太阳能光伏发电太阳能是一种能量巨大的可再生能源，据估算，太阳能传送到地球上每40秒钟就有相当于210亿桶石油的能量传送到地球，相当于全球一天的能源。在目前的几种新能源技术中，太阳能以其突出的优势被定位为的未来能源，有无尽的潜力。 目前太阳能利用的方式有:太阳能光伏发电，太阳能热利用，太阳能动力利用，太阳能光化利用，太阳能生物利用和太阳能光-光利用。其中太阳能光伏发电以其优异的特性近年来在全世界范围得到了快速发展，被认为是当前具有发展前景的新能源技术，各发达国家均投入巨资竞相研究开发，并产业化进程，大力开拓太阳能光伏发电的市场应用。太阳能光伏发电是利用太阳能电池将太阳光能转化为电能的一种发太阳能电池单元是光电转化的最小单位，将太阳能电池单元进行串并联可以做成太阳能电池组件，其功率一般为几瓦到几百瓦，这种太阳能电池组件可以单独作为电源使用的最小单元，可以将太阳能电池组件进行进一步的串并联，构成太阳能电池方阵，以满足负载所需要的功率输出。太阳能光伏发电之所以发展如此迅速，是因为其具有以下优点(l)取之不尽，用之不竭。地球表面所接受的太阳能约为1.071014gwh/年，是全球能量年需求的35000倍，可以说是一种无限的资源。 (2)无污染。光伏发电本身不消耗工质，不向外界排放废物，无转动部件，不产生噪声，是一种理想的清洁能源。(3)资源分布广泛。不同于水电受水力资源限制，火电受到煤炭资源及运输成本等影响，光伏发电几乎行发电。（4)建设周期短，建造灵活方便，运行维护费用低。光伏发电系统可以按照需要将光伏组件灵活地串并联，达到所需功率，所以其建设周期短，扩容方便;安装于房顶，沙漠，还可与建筑相结合，从而节约占地面积，节省安装成本;太阳能光伏发电所消耗的太阳能无需付费，一年中往往只需在遇到连续阴雨天最长的季节前后去检查太阳能电池组件表面是否被污染，接线是否可靠以及蓄电池电压是否正常等，因而太阳能光伏发电的运行费用很低。(5)光伏建筑集成。光伏产品与建筑材料集成是目前国际上研究及发展的前沿，这种产品不仅美观大方，还节省发电站使用的土地面积和费用。(6)分布式。光伏发电系统的分布式特点将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，更具有明显的意义。11.2 太阳能交通灯警示设计的目的和意义交通警示灯是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。主要适用于高速公路上给司机朋友提示注意安全及减速慢行。交通警示灯产生的交通信号是道路交通安全的重要组成部分，是道路交通的基本语言。常规的交通灯是由安装电线和铺设电缆即用常规发电作为动力来源的，这样不仅安装繁琐，耗时耗力，而且浪费能源，不稳定性和可靠性都是很差的，且不能适合中国可持续发展战略。而太阳能交通灯警示灯是一种利用太阳能作为能源的交通灯灯，太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求大量的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等到于2.5 亿万桶石油,可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为 1369w/。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达 173000tw。在海平面上的标准峰值强度为 1kw/m2，地球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为 0.20kw/，相当于有 102000tw 的能量，尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的 22 亿分之一， 但已高达 173,000tw，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、 光电和光化学的直接转换。人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，且不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，而被称为绿色环保产品。太阳能发电即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明问题。太阳能交通灯系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、led 灯头、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成，控制箱箱体以不铝合金为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池（本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低）和充放电控制器（充放电控制器的主要作用是保护蓄电池充放电；具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等，与成本控制，实现很高的性价比。）发光单元是选用led灯即发光二极管，led 的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能 4/5 是伟大的创举，但 led 比节能灯还要节能 1/4，这是一个历史上更伟大的改革。太阳能 led 交通灯集成了太阳能与 led 优点。人类社会生活水平的不断提高， 导致人类对能源的需求量也越来越大能源紧缺问题也表现得越来越明显。而且随着世界各国石油、煤炭等自然资源的匮乏，全国大部分地区为了对付缺电， 实行了分地区分时段的拉闸限电措施，而交通警示灯作为重要的工具如果因断电不能正常工作的话，便会造成交通安全隐患。因此，如何利用可再生资源成为当今世界关注的焦点。 太阳能是一种取之不尽， 用之不竭的天然能源，又是一种可再生的清洁能源，具有无需架线，不受地理位置限制等优点，所以得到越来越广泛的应用，同样地市场上 led 光效在快速地提高，而价格却在降低。综合这些情况，利用太阳能对交通灯进行供电，通过带有蓄电池的太阳能电池板跟普通交通警示灯相连，来实现利用太阳能给交通警示灯供电，不仅能够节约资源，而且使其在市电断电情况下也能正常工作，以及 led 的环保节能太阳能 led 交通灯成为各个交通要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景 。1.2 太阳能交通警示灯的工作原理和过程太阳能交通灯系统工作原理和过程很简单，首先就是由动力源部分即太阳能电池板利用光生伏特效应原理在白天由电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，同时通过稳压器向交通灯提供电能以使其正常工作。当夜晚照度逐渐降低，太阳能电池板开路电压降低到所规定的值时，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。当过了一个黑夜，到白天时充放电控制器侦测到太阳能电池板的电压达到所规定的充电电压时就继续向蓄电池充电，从而完成循环。其次，当太阳能电池板和蓄电池完成电能的产生和储存之后，它们就会向交通灯部分供电。交通灯部分是由单片机 at89c51所控制的，由发光二极管组成的 led 灯等元器件组成的。在单片机 at89c51中有写入的所控制灯闪烁的程序，它是交通灯控制系统的大脑。当加电之后，系统根据所编程序来执行命令，从而完成对交通灯的闪烁控制。第2章 太阳能光伏发电的应用2.1太阳能光伏发电应用范围太阳电池及光伏发电系统已经逐步应用到工业、农业、科技、国防及人们生活的方方面面，预计到21世纪中叶，太阳能光伏发电将成为重要的发电方式，在可再生能源结构中占有一定比例。太阳能光伏发电的具体应用主要有以下几个方面。(1)通信领域的应用：包括太阳能无人值守微波中继站，光缆通信系统及维护站，移动通信基站，广播、通信、无线寻呼电源系统，卫星通信和卫星电视接收系统，载波电话光伏系统，小型通信机，部队通信系统，士兵gps供电等。（如图2-2所示） 图2-1太阳能微波中继站（2）公路、铁路、航运交通领域的应用：如铁路和公路信号系统，铁路信号灯，交通警示灯，标志灯，信号灯，公路太阳能路灯，太阳能道钉灯、高空障碍灯，高速公路监控系统，高速公路、铁路无线电话亭，无人值守道班供电，航标灯灯塔和航标灯电源等，（如图2-3所示）。 图2- 2太阳能灯具的应用（3）石油、海洋、气象领域的应用：石油管道阴极保护和水库闸门阴极保护的太阳能电源系统，石油钻井平台生活及应急电源，海洋监测设备，气象和水文观测设备、观测站电源系统等。 （4）农村和边远无电地区的应用：在高原、海岛、牧区、边防哨所等农村和边远无电地区应用太阳能光伏户用系统等。 （5）太阳能光伏照明方面的应用：太阳能光伏照明包括太阳能路灯、庭院灯、草坪灯，太阳能景观照明，太阳能路标标牌、信号指示、广告灯箱照明等，还有家庭照明灯具（如图2-3所示）及手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、节能灯、手电等。 （6）大型光伏发电系统的应用：大型光伏发电系统是100kw-50mw的地面独立或并网光伏电站、风光互补电路、各种大型停车场充电站等。 （7）太阳能光伏建筑一体化并网发电系统：将太阳能发电与建筑材料相结合，充分利用建筑的屋顶和外立面，使得大型建筑能实现电力自给、并网发电（如图2-4所示），这将是今后的一大发展方向。 图2-3太阳能小台灯 图2-4太阳能光伏建筑一体化（8）太阳能商品及玩具的应用：包括太阳能收音机、太阳能钟、太阳帽、太阳能手机充电器、太阳能手表、太阳能计算器、天阳能玩具等。如图2-5所示。 图2-5 太阳能手机充电器和太阳能玩具（9)其他领域的应用：包括太阳能电动汽车、电动自行车，太阳能游艇，电池充电设备，太阳能汽车空调、换气扇、冷饮箱等，还有太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统，海水淡化设备供电，卫星、航天器、空间太阳能电池等，如图2-6所示。图2-6 太阳电池的空间应用2.2太阳能光伏发电系统构成、工作原理与分类2.2.1太阳能光伏发电系统的构成太阳能光伏系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220v或110v，还需要配置逆变器。(1) 太阳电池组件太阳能电池板是太阳能光伏系统中的核心部分，太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能光伏系统中最重要的部件之一，其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。 组件设计：按国际电工委员会iec：1215：1993标准要求进行设计，采用36片或72片多晶硅太阳能电池进行串联以形成12v和24v各种类型的组件。该组件可用于各种户用光伏系统、独立光伏电站和并网光伏电站等。原材料特点：电池片：采用高效率（16.5%以上）的单晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。 玻璃： 采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃)， 厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上，对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。eva：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质eva膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、tpt之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。tpt：太阳电池的背面覆盖物氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。也是太阳能光伏系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。10 图2-7 太阳能电池组件6(2). 组件制作流程组件制作流程 经电池片分选-单焊接-串焊接-拼接(就是将串焊好的电池片定位,拼接在一起)-中间测试(中间测试分:红外线测试和外观检查)-层压-削边-层后外观-层后红外-装框(一般为铝边框)-装接线盒-清洗-测试(此环节也分红外线测试和外观检查.判定该组件的等级)-包装。电池测试由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。正面焊接将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。背面串接背面焊接是将电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。层压敷设背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的eva 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和eva的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：钢化玻璃、eva、电池片、eva、玻璃纤维、背板）。组件层压将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使eva熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据eva的性质决定。我们使用快速固化eva时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150。修边层压时eva熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。装框类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。焊接接线盒在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。高压测试高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。组件测试测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。目前主要就是模拟太阳光的测试standard test condition（stc），一般一块电池板所需的测试时间在7-8秒左右。2.2.2光组件的主要参数太阳能电池板4硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。短路电流()：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。开路电压()：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.50.7v。峰值电流()：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。峰值电压()：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.450.5v，典型值为0.48v。峰值功率()：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw、光谱aml.5、测试温度25。 填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.50.8之间，也可以用百分数表示。转换效率()：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： （3.1）其中。（2）光伏控制器7太阳能控制器是由专用处理器cpu、电子元器件、显示器、开关功率管等组成，主要特点：（1）使用了单片机和专用软件，实现了智能控制；（2）利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压；（3）具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制；以上保护均不损坏任何部件，不烧保险；（4）采用了串联式pwm充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非pwm高3%-6%，增加了用电时间；过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命；同时具有高精度温度补偿；（5）直观的led发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况；（6）所有控制全部采用工业级芯片（仅对带i工业级控制器），能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。（7）取消了电位器调整控制设定点，而利用了e方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素；（8）使用了数字led显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用极其方便直观的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；（3）蓄电池蓄电池的作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。太阳能蓄电池是蓄电池在太阳能光伏发电中的应用，目前采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池,胶体蓄电池和碱性镍镉蓄电池四种。 国内目前被广泛使用的太阳能蓄电池主要是：铅酸免维护蓄电池和胶体蓄电池,这两类蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站。（4）逆变器8太阳能的直接输出一般都是12vdc、24vdc、48vdc。为能向220vac的电器提供电能，需要将太阳能光伏系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用dc-ac逆变器。（5）负载本设计的负载主要是发光二极管，也就是led灯。led发光原理发光二极管是由-族化合物，如gaas（砷化镓）、gap（磷化镓）、gaasp（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是pn结。因此它具有一般p-n结的i-n特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由n区注入p区，空穴由p区注入n区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。led的分类a.按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指灯用。b.按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作t-1；把5mm的记作t-1（3/4）；把4.4mm的记作t-1（1/4。）由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。c.按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。d.按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的led（发光强度100mcd；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。led灯的驱动如果把led产品比如整个人,那么led是整个led产品的灵魂,驱动电路就是整个led产品的身体,在led产品的质量上面起着至关重要的任用. 既然驱动这么重要,那么什么叫led驱动?led驱动有哪些呢,带着这些疑问让我们一起来学习下面的内容: led驱动简单的来讲就是给led提供正常工作条件(包括电压,电流等条件)的一种电路,也是led能工作必不可少的条件,好的驱动电路还能随时保护led.毕竟led是整个产品的核心。 led驱动通常分为三种: 阻限流驱动:就是简单的的在led的回路中串接电阻,通过调节电阻的阻值,可以改变led的驱动电流。电阻的阻值r=电源电压-led电压要设定的led电流。 恒流驱动:顾名思异就是保持led的电流一直不变,让led在恒定电流的条件下工作,要想提高led的发光的效率和稳下度,减少led的光衷度,恒流驱动是最好的选择,大功率led都是采用采用恒流驱动方式 。恒压驱动:就是保持led两端的电压不变,因为每一种颜色的led的电压都不一样,所以很少用恒压的方式来驱动led。2.2.3太阳能光伏发电系统的工作原理白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。（如图2-8所示）图2-8 光伏组件发电原理图2.2.4太阳能光伏发电系统的分类太阳能光伏系统分为离网发电系统与并网发电系统：1（1）离网发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。离网光伏发电系统是指未与公共电网相连接的独立太阳能光伏发电系统，其输出功率提供给本地负载(交流负载或直流负载)的发电系统。其主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远偏僻农村、海岛和牧区提供照明、看电视、听广播等基本生活用电，也可为通信中继站、气象站和边防哨所等特殊处所提供电源不受地域的限制，理论上讲在任何可以得到太阳能的地方都可以利用太阳能进太阳能电池阵列控制器dc/ac变换器直流负载蓄电池图2-9 独立光伏发电系统结构示意图图2-9所示为一种常用的太阳能独立光伏发电系统结构示意图，该系统由太阳能电池阵列、dc/dc变换器、蓄电池组、dc/ac逆变器和交直流负载构成。dc/dc变换器将太阳能电池阵列转化的电能传送给蓄电池组存储起来供日照不足时使用。蓄电池组的能量直接给直流负载供电或经dc/ac变换器给交流负载供电。该系统由于有蓄电池组，因而系统成本增加，但可在无日照或日照不足时为负载供电。2）并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网发电的主流。第3章 太阳能交通信号灯双面两闪灯的设计3.1 led灯led 是英文 light emitting diode （发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以 led 的抗震性能好。3.1.1 led灯的原理led（light emitting diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。图3-1 led的构造图led的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是p型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是n型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个p-n结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向p区，在p区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是led灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成p-n结的材料决定的。10最初led用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的led在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，lumileds公司采用了18个红色led光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是led光源应用的重要领域。对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的led开发成功。这种led是将gan芯片和钇铝石榴石（yag）封装在一起做成。gan芯片发蓝光（p=465nm，wd=30nm），高温烧结制成的含ce3+的yag荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光射，峰值550nm。蓝光led基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有yag的树脂薄层，约200-500nm。 led基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。对于ingan/yag白色led，通过改变yag荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000k的各色白光。这种通过蓝光led得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。3.1.2 二极管各色参数超亮发光二极管主要有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同，具体参考值如表：表3-1表3-1：各色led灯珠的参数颜色电压（v）亮度(cd)波长 (nm)电流(ma)角度(度)红色2.0-2.2v200-800mcd620-630nm20ma120绿色3.0-3.4v1400-2000mcd515-525nm20ma120蓝色3.0-3.4v200-500mcd465-470nm20ma120黄色2.0-2.2v200-800mcd588-592nm20ma120白色3.0-3.4v1400-2000mcd6500-12000k20ma1203.1.3 led灯驱动的研究如果把led产品比如整个人,那么led是整个led产品的灵魂,驱动电路就是整个led产品的身体,在led产品的质量上面起着至关重要的任用. 既然驱动这么重要,那么什么叫led驱动?led驱动有哪些呢,带着这些疑问让我们一起来学习下面的内容: led驱动简单的来讲就是给led提供正常工作条件(包括电压,电流等条件)的一种电路,也是led能工作必不可少的条件,好的驱动电路还能随时保护led.毕竟led是整个产品的核心。 led驱动通常分为三种:(1): 阻限流驱动:就是简单的的在led的回路中串接电阻,通过调节电阻的阻值,可以改变led的驱动电流。电阻的阻值r=电源电压-led电压要设定的led电流。 (2)恒流驱动:顾名思异就是保持led的电流一直不变,让led在恒定电流的条件下工作,要想提高led的发光的效率和稳下度,减少led的光衷度,恒流驱动是最好的选择,大功率led都是采用采用恒流驱动方式 (3)恒压驱动:就是保持led两端的电压不变,因为每一种颜色的led的电压都不一样,所以很少用恒压的方式来驱动led。3.1.3.1 cat4104芯片cat4104芯片驱动，cat4104是一个700ma四通道恒流led驱动器。该cat4104提供四个匹配的低压差恒流驱动高亮度led。每个通道电流高达175ma。led的电流是由一个外部电阻连接到rset脚控制的，led引脚的电压最高可达25v，支持长串led的应用。en/（pwm）逻辑输入支持高频率的外部脉冲并且是脉宽调光控制。该器件具有热关断保护，led输出温度不得高于150。该器件有3种封装sop8、dfn8、dip8。9 sop8封装 dip8封装 dfn8封装（1）、特征：4个匹配的led电流汇高达175ma。led引脚的电压最高可达25v。低漏电流源（0.4v在175ma）。由外部电阻设置led电流。enpwm通过高频pwm调光。零电流关断模式。热关断保护。（2）、应用：汽车照明一般建筑照明led背光（3）、cat4104典型应用led11led22led33led44rset8vin7en/pwm6gnd5u1cat4104 dil08d2ledd3ledd4ledd5ledd6ledd7ledd8ledd9ledd10ledd11ledd12ledd13led图3-2 cat4104典型应用（4）、cat4104引脚及功能如表3-2表3-2 cat4104引脚及功能引脚名称引脚序号引脚功能led111led阴极端口led222led阴极端口led333led阴极端口led444led阴极端口gnd5接地enpwm6pwm控制输入vin7电源引脚rset8led通道电流控制端口 vin：是芯片的电源引脚。在嘈杂的环境中，可以用0.1f的瓷片电容作为旁路电容接在电路中。当输入电压低于阈值电压是，所有led通道自动截止。 enpwm：是一个线性调光输入，控制所有的led通道。保证高电平和低电平分别为1.3v和0.4v。当输入为高电平时所有led通道为一个增益状态，其电流为rset电流的100倍。典型的零电流关断模式，其enpwm引脚必须保持低电平为4ms. 1led到4led：是led的阴极端口，当是关断模式时，所有的引脚为高阻抗零电流状态。 rset：这个引脚外部接电阻来调led通道的电流，电阻的另一端接在pcb的接地端。这个引脚的调节电压为1.2v。 gnd：该引脚是接地，必须接在pcb的接地面上。（4）、rset脚的电阻计算cat4104 有四个相同的led 电流通道。电流通道的电流可以用下面的计算公式计算： （3-1）表3-3为电阻值rset和相应的 led 电流。led电流（ma）rset（k）206.34602.101001.271750.768所有通道电流调节都是独立的。如果输入的电压低于 2 v，电路将截止所有 led 通道。任何未使用的 led 通道保持打开状态。如果应用程序需要超过 175 ma 电流、 led 通道可以绑在一起，给一台设备供电，最大电流可达700ma。led 通道可以承受电压 25v。这使得该芯片从高电压源驱动高功率 led 的长串的理想选择。3.1.3.2 基于cat4104 的led驱动电路设计（1）、驱动电路参数计算在太阳能警示灯中，有4个发光单元，而每个发光单元的电流都不相同，所以我们采用2个发光单元使用一个电流通道，若2个红色的发光单元用一个通道，则其电流为120ma，而两个蓝色的电流就为160ma，故无法使用一个芯片完成。若采用一个红色发光单元和一个蓝色发光单元共同使用一个电流通道，则其电流为140ma。这样两个通道的电流将会相等，使用一个芯片就可以实现对发光单元的驱动。这样我们在上文中已经对发光单元进行了设计，其电流和电压的值如表3-4所示： 表3-4驱动电路的电流和电压的值电压电流红色8.8v60ma蓝色10.2v80ma所以由可以计算出cat4104的rset引脚的电阻。故： （3-2）所以cat4104的rset外部所接电阻的阻值为875。（2）、交通警示灯发光单元的驱动电路led11led22led33led44rset8vin7en/pwm6gnd5u1cat4104 dil08d2ledd3ledd4ledd5ledd6ledd7ledd8ledd9ledd10ledd11ledd12ledd13ledd14ledd15ledd16ledd17ledvcc 3vto25v5v vinr1768offno3.2 单片机单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机 图3-2 单片机at89s513.2.1.单片机at89c51的研究13at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。（1）主要特性：与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年全静态工作：0hz-24hz三级程序存储器锁定128*8位内部ram32可编程i/o线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 （2）管脚说明： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能p3.0 rxd