太阳能路灯控制器开题报告

一、本课题研究的主要内容、目的和意义

能源是经济、社会发展和提高人民生活水平的重要物质基础，能源问题是一 个国家至关重要的问题。随着科学技术和全球经济地飞速发展，对能源的需求也 在日趋增长。自20世纪70年代的世界石油危机以来，人们才真正意识到，化石燃 料的储量是有限的，能源危机迫在眉睫。从全球来看，已探明的可支配的传统能 源储量在不久的将来即将耗尽，能源问题的突出，不仅表现在常规能源的匮乏不 足，更重要的是化石能源的开发利用对生态环境的污染破坏:大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高，局部地区形成酸雨。而每年排放的大量二氧化碳带来的温室 效应，使全球气候变暖，自然灾害频繁。常规能源在给人类社会带来飞速发展的 同时，也在很大程度上使人类社会面临着前所未有的困难和挑战。这些问题最终 将迫使人们改变能源结构，依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源， 实现可持续发展。

虽然在可预见的将来，矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但 人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利 用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。其中，太阳能作为 一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太阳 能利用主要有光热利用和光伏发电利用这两种主要形式。我国低温光热利用已经 具有可观的规模，相关技术研究也比较成熟。光伏利用近期在世界范围内高速发 展，所谓“光伏发电”是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式。光伏发电具有取 之不尽且无污染等优点，目前在我国，光伏发电主要应用在如下领域:西部偏远 地区电力供应、通讯及交通设施、气象台站、航标灯和照明路灯。

光伏发电的照明路灯应用具有节能性、经济性和实用性等优点，在众多应用 领域中具有最广泛的发展前景。本课题为研制一套独立光伏电源控制器，应用于 LED 路灯照明系统。通常独立照明系统由太阳能电池、蓄电池、电源控制器和负 载 LED 组成。由于系统的稳定性严格受到蓄电池和LED寿命的影响，本课题研制的电源控制器通过实时监测系统充放电回路的相关信息，确定相应的充放电策略,实现了稳定太阳能电池输出、优化蓄电池充电方法和保护蓄电池及负载的目的，最终提高了太阳能电池的利用率和整个照明系统的可靠性，这对于城市供电系统稳定性有极大益处。 二、文献综述(国内外相关研究现况和发展趋向)

1. 技术现状

太阳能是用之不尽的清洁能源，当今世界各国特别是发达国家对光伏发电特别重视。2008年世界太阳能光伏发电装机总容量达到 5.6Gw。目前，太阳能光伏 发电主要集中在日本、欧盟和美国，其太阳能光伏发电量约占世界光伏发电量的80%。今后太阳能光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方 向发展。专家们预测到 2050 年，太阳能光伏发电在发电总量中将占 13%-15%，到2100 年将约占 64%。我国光伏组件生产能力逐年增强，装机容量逐年增加，2007年累计容量达100MW。2005-2010 年，我国的太阳能电池主要用于独立光伏发电系统，发电成本到2010年将约为1.20 元/(kW?h);2010-2020年，太阳能光伏发电将会由独立光伏发电系统转向并网发电系统，发电成本到2020年将约为0.60元 /(kW?h)。到2020年，我国太阳能光伏产业的技术水平有望达到世界先进行列。

2. 光伏电源控制器技术现状

光伏电源控制器是光伏发电系统进行控制和管理的设备。在欧美日本美国，并网发电技术已经相对完善。对于光伏电源控制的研究主要集中在改进逆变器拓扑结构。优化控制策略，孤岛效应的检测和解决、降低系统能耗，提高系统工作效率等问题上。国内具有代表性的光伏发电系统专用逆变器制造商有合肥阳光、北京日

佳、北京自动化研究院、北京恒电、南京冠亚、北京计科等企业。中科院电工所、北京自动化研究院、北京索英、北京日佳、北京计科等企业开发出的并网逆变器都在实际工程中得到了应用, 性能和效果良好。

在独立光伏发电系统中，电源控制器是整个系统的核心组成部分，负责对储能设备的充电和对负载的放电任务。目前日本、德国、美国等发达国家外对于独立光伏系统电源控制器的研究主要侧重在以下三个方面:提高太阳能电池的输出功率、完善蓄电池充电策略和提高系统稳定性。通过研究不同的电路拓扑结构和先进的控制算法，在太阳光强度、太阳能电池温度以及负载改变的情况下，尽可能使太阳能电池时刻保持最大输出功率状态，即实现最大功率点跟踪(MPPT)。 蓄电池充电策略直接影响到蓄电池的寿命，研究智能化的充电方法，提高蓄电池的充电接受率，减少充电时间，对于整个光伏系统的工作状况具有重要意义。独立光伏系统的应用环境一般比较恶劣，如何提高系统稳定性也是当前所有光伏电 源控制器研究者最急需解决的问题之一。

三、拟采取的研究方法

本次设计的任务是太阳能路灯控制器设计，设计的基本内容有以下几个方面: 1)各种控制方法的对比;

2)系统硬件设计; 3)系统软设计;

4)系统硬件总体接线图; 设计主要采取以下方法:

首先认真理解设计任务书的主要内容，听取指导教师的建议和指导。然后到图书馆和网上查找相应的书籍和资料，认真阅读理解和记录。在设计前尽可能多地搜集相关的信息，在设计的中后期主要的工作就是筛选整理积累的信息，按照指导老师给定的计划进度一步步进行设计。

设计主要思想:

本次设计的是基于单片机的太阳能路灯控制器。首先要了解蓄电池的工作原理，建立蓄电池放电过程和充电过程的数学模型，利用此数学模型，提出了蓄电池容量控制法，对蓄电池的充、放电过程进行有效地控制，然后对个控制方法进行比较，确定控制方案。然后是系统硬件方面的确定，包括硬件的特性选择，各功能电路的设计与实现。接下来是系统软件的设计，分析了系统的整体软件流程和控制策略，然后确定系统各部分的软件设计方案。最后利用仿真软件对设计的整体内容进行仿真，从而验证设计的可行性和有效性。

四、预期结果(或预计成果)

根据现行技术原理的支持，目前资料的准备情况该设计是能够成功实现其功能的。 五、研究进度安排

2014.1.15---2014.2.24 明确课题任务及要求，搜集课题所需要资料，掌握资料查阅方法。

2014.2.25---2013.3.27 了解本课题研究现状、存在问题研究的实际意 义，做好开题报告。

2013.4.1---2013.4.3 确定设计方案。 2013.4.4---2013.4.18 研究控制方法。 2013.4.19---2013.4.26 设计系统硬件。 2013.4.27---2013.5.5 编写系统程序。 2013.5.6---2013.5.12 撰写毕业论文初稿。

2013.5.13---2013.5.20 完成毕业论文定稿，准备答辩。 六、主要参考文献 [1] 朱松然主编《蓄电池手册》，天津大学出版社，1997。

[2] 王长贵、丘第明、于培诺、祝士平编写《阀控式密封铅酸蓄电池原理与应用》 [3] 高明裕、张红岩，“蓄电池剩余容量在线测量”，《电测与仪表》，总第37 卷，第

417 期，2000 年第9期。

[4] 王长贵等主编 《光伏系统使用数据选编》 GTZ选编 国家计委交通能源司1998年2月 [5] 林渭勋著《现代电力电子电路》 浙江大学出版社

[6] 何立民《MCS-51 系列单片机应用系统设计 》北京航空航天大学出版社，1990 [7] 何立民《单片机应用技术选编(1,6) 》(北京:北京航空航天大学出版

社，1997

[8] 张毅刚等编著《新编MCS,51单片机应用设计》哈尔滨工业大学出版社2003年第七版 [9] 杨振江《智能仪器与数据采集系统中的新器件及其应用 》西安电子科技大学出版社 2001年 [10] 张毅钢《自动测试系统》电子工业出版社1993年

[11] 何立民主编《单片机应用应用系统的功率接口技术》北京航空航天大学出版社1993 [12] 高满如 《功率场效应管的驱动》电力电子技术1994年(2)

[13] 国际整流器公司编《电力半导体器件应用指南》西安电力电子技术研究所译 1994 年 [14] 贾振国“DS1820 及其高精度温度测量的实现”电子技术应用

[15] 杜清府“新型温度计DS1820及其与8031的多路测温接口“微型机与应用，1996年第3期 [16] 周云波“由DS1820构成的单线多点温度测量系统“电子与自动化双月 刊，1996年第5期

[17] 孙中本等“光电耦合器在晶闸管触发电路中的应用”电气自动化双月刊，1993年第一期 [18] 胡宏“如何消除V/F 转换器的误差”仪表技术双月刊1996年第3期 [19] 顾适“LM317 三端可调稳压器应用二例”电子技术应用月刊1993年第2期

[20] 胡玉祥“具有光隔离的8098 单片机多机通讯电路“电子技术应用，1994(10) [21] 周永忠“功率MOSFET 模块驱动电路”电力电子技术1993(4)

[22]徐爱卿《单片微型计算机应用和开发系统 》北京航空航天大学出版社 七、审核意见

指导教师对开题的意见: 指导教师签字: 年 月 日 院(部)审核意见:

审核人签字: 年 月 日 说明:1、该表每生一份，院(部)妥善存档; 2、课题来源填:“国家、部、省、市科研项目”或“企、事业单位委托”或“自拟课

题”或 “其它”;课题类型填:“设计”或“论文”或 “其它”。