路灯节能控制系统的设计 毕业设计

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1、 1 路灯节能控制系统的设计 摘 要：LED 被认为是新一代的绿色照明设备。太阳能 LED 路灯是以太阳能作为能源。太阳能路灯 系统中蓄电池的使用寿命直接影响了整个控制器的寿命,针对此情况, 从控制器要实现的 功能，太阳能对蓄电池的充放电方式和实际的应用需求等方面做了分析，完成了整个系统 的硬件电路的设计和软件的编写，实现了对蓄电池的科学管理，将整个控制系统应用于太 阳能 LED 路灯控制系统，实现了控制器的节能控制功能。 关键词：LED 路灯；太阳能电池；蓄电池；PIC16F876；充电控制器 1 引言 太阳辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可再生，无污染，是国际社会公认的理想 替代能源。根据

2、国际权威机构的预测，到21世纪60年代，即2060年，全球直接利用太阳 能的比例将会发展到世界能源构成的13%15%之间，而整个可再生能源在能源结构中的 比例将大于50 14。而在照明领域，白光LED光源研制的成功，为其以后在普通照明领 域的应用发展创造了条件，LED电/光转化率高、省电节能、环保、寿命长（10万小时以 上） 、抗冲击、开关速度快，体积小等优点。是新一代高效固体光源。LED是低压直流器 件，很容易被太阳能电池、蓄电池等低压直流电源驱动。如用常规交流电驱动，还要有 AC/DC、DC/DC稳流降压段，能量消耗较高。另外若用常规交流电网供电电压也较高，因 此安全性能也不及太阳能电池等

3、直流驱动方式。因此太阳能与LED照明可完美结合。 2 研究背景 2.1 太阳能的研究背景 2.1.1 太阳能光伏发电的原理： 太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光 照射在半导体 PN 结上，由于 PN 结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒 区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒区的非平衡电子和空穴，在内 建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使 P 区电势升高，N 区电 势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。太阳能光伏发电系统大 体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一

4、个 小型的发电厂；另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。并网发 电系统通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经 过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。而独立式发电系统 光伏数组首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过 充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。 2.1.2 太阳能路灯的组成及特点： 太阳能路灯由太阳能电池组件、蓄电池、电源控制器、发光组件组成。具技术特点 是： (1)具有特大功率，光亮度相当于白炽灯150W-250W 时，每天8小时照明，可在连续 阴雨9天内正常工作； (2)应用了

5、具有充放电保护功能、光敏自控装置和时控装置的光电智能控制器，使 产品可有效地节约能源，增加有效照明时间，降低生产成本； (3)中央控制器单元采用 TEC1208型芯片， 并在智能控制器中建立了全球不同纬度的 全年日照时间数据。使用时在控制器中输入所在地区纬度，调整好年、月、日和开/关 机的时间，就能够长年自动跟踪环境光线； (4)在大面积使用后，启动和关闭的时差很小，从而比较好的克服了传统太阳能灯 2 因启动时差过大而产生的种种弊端。 2.1.3 负荷计算 道路平均照度（E）计算公式 E NUKSW 式中： 为光源的总光通量；N 为路灯布置取值,当路灯为相对矩形排列布置时取 2，当单侧和交错布

6、置时取1；U 为利用系数；K为维护系数；S 为灯杆间距；W 为路面 宽度。 根据城市道路照明设计标准及道路类型的照度要求来确定太阳能路灯灯具的功 率，根据每天照明的时间可计算出每天负荷的用电量。 2.2 LED的研究背景 2.2.1 LED 的原理： 简单地说在一块本征半导体的两边通过不同的掺杂分别做成P 型和N 型半导体。P 型半导体中空穴为多数载流子，N型半导体中电子为多数载流子。由于浓度差，这两种 载流子会自发向对方区域扩散。因为空穴带正电，电子带负电，所以两种载流子会在交 界面复合，从而在交界面两侧形成一个空间电荷区，其电场方向由N 指向P，这就是PN 节。这个内电场的形成阻碍了多数载流子的扩散运动，因此一定温度下PN 节的尺度是 确定的(见图1)。当PN 节外加正向电压时（P 型半导体接电源正极，N 型半导体接电源 负极） ，外电与内电场作用，总的效果是削弱内电场，从而空穴和电子可以再向对方区 域扩散形成稳定的电流。此时高能态的电子与空穴复合时就把多余的能量以的形式释放 出来，从而把电能直接转化成光能（见图3） 。当然在发光二极管的PN 节上加