太阳能与市电互补的LED照明控制系统研究

摘要

太阳能光伏发电作为一种清洁无污染的新型能源，其推广应用发展迅速，将逐步成为人类的基础能源之一。白光LED是继白炽灯、荧光灯之后的新一代电光源，随着其流明效率的提高，白光LED正逐步向普通照明领域发展。太阳能光伏发电与白光LED照明结合构成的照明系统是一个最优的环保节能照明系统，是今后的一个重要发展方向。 课题的主要内容是对太阳能与半导体LED照明控制系统的研究，结合目前城市景观灯和草坪灯供电实际情况，提出了太阳能电池与市电互补供电的设计思想。论文的研究内容和成果对太阳能LED照明系统的推广应用具有理论参考意义和良好的应用前景。 本文围绕太阳能光伏发电和白光LED照明技术，阐述了相关的基础理论，对LED照明控制系统的组成及其功能进行了详细的分析与论证，研究了系统中的硅太阳电池、铅酸蓄电池、LED负载等组成部分的配置。论文重点研究了太阳能与市电互补的LED照明系统的设计，包括硬件、软件及相关的检测、控制和保护功能电路等设计，其中系统控制器的设计是核心内容。论文根据系统各组成单元的特性，设计了一款基于PIC16F877A单片机的系统控制器。它充分利用单片机的内部资源，具有结构简单，功耗低等特点。 最后，论文完成了一种简易太阳能与市电互补的LED照明控制系统的硬件实现，并对其部分功能及工作性能参数进行了测试和分析。结果表明，系统控制器满足设计要求，系统运行良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题的背景和意义

1.2国内外相关领域的研究进展

1.3本课题的研究内容

1.3.1论文研究的基本内容

1.3.2课题主要任务

1.4本章小结

第2章太阳能与市电互补LED照明系统基础理论

2.1互补照明系统的组成

2.2太阳能电池特性研究

2.2.1太阳能电池的发展历史

2.2.2太阳能电池的工作原理和分类

2.2.3太阳能电池的工作特性

2.2.4太阳能电池最大功率点跟踪

2.3铅酸蓄电池

2.3.1铅酸蓄电池的结构与工作原理

2.3.2光伏发电系统中蓄电池组的工作状态

2.3.3蓄电池的参数和电特性

2.3.4影响蓄电池寿命的因素

2.3.5充放电控制器

2.4 LED直流照明负载

2.4.1 LED概述

2.4.2 LED灯具的主要特征

2.4.3 LED驱动器的搭配设计

2.5本章小结

第3章太阳能光伏发电系统的配置设计

3.1设计基本思路

3.1.1系统设计流程

3.1.2系统设计基本原则

3.2容量设计

3.2.1太阳能电池的容量计算

3.2.2蓄电池的容量计算

3.3本章小结

第4章系统控制器的设计

4.1控制器的功能及原理

4.1.1控制器的主要功能

4.1.2控制器的组成原理

4.2控制器电路设计及器件选型

4.2.1 PIC16F877A单片机

4.2.2电压采样及A/D转换

4.2.3电源模块电路

4.2.4 MOSFET开关电路

4.2.5蓄电池充电、放电和保护电路

4.2.6显示电路和接线端子

4.3印制板电路的制作

4.4系统工作状态分析

4.4.1系统的能流关系

4.4.2系统工作状态分析

4.5控制器软件设计

4.5.1系统软件流程图

4.5.2程序调试和芯片编程烧写

4.6本章小结

第5章系统组装及测试分析

5.1测试系统的组成

5.2控制器性能测试

5.2.1指示灯测试系统工作状态

5.2.2示波器测试蓄电池充电波形

5.2.3蓄电池供电测试

5.3系统运行参数测试

5.4本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢