1、精選優質文檔-傾情為你奉上風光互補型智能路燈系統設計 主考院校： 專 業： 指導老師： 考生姓名： 準考證號： 二零一二年四月十日摘要隨著科技的發展，我們的生活變好了，但是我們周圍的環境越來越差，而且自然界中一次性能源也越來越少，這樣就被迫我們要去尋找新的能源。太陽能和風能在資源條件和技術應用上都有很好的互補特性。由于風能和太陽能的隨機性、間歇性，為滿足穩定、持續的給路燈供電的需要，而新的能源單一化的使用卻不能解決我們所面臨的問題，能源的合理利用也越來越成為世界各國研究的主題。 本文介紹了風光互補型智能路燈系統設計，此系統可將風能與太陽能合理的結合互補，風光互補型路燈是利用太陽能組件的光生伏特

2、效應，將光能轉換為，以及風力發電將風能轉化為電能，并儲存在蓄電池中供負載使用，它是集技術、風能發電技術、蓄電池技術、照明光源技術于一體的新興技術。由于小型風光互補路燈控制器的結構復雜，影響運行控制的因素很多，此文只著重考慮了在整個風光互補系統的經濟性、可靠性的基礎上進行蓄電池充放電控制系統和路燈控制系統的研究，為小型風光互補路燈控制器運行控制的深入研究和控制系統的不斷完善提供了參考，以及用MCS-51中AT89C51單片機系統來控制整個電路，在電路中利用光敏電阻來對路燈的開與關進行控制，構成反饋電路來對路燈出現故障時的軟件反饋，來對路燈的整體設計加以完整。關鍵詞：新型能源；智能型路燈；單片機；

3、能源互補目 錄第1章 緒論 1.1 研究背景 1.2 我國太陽能、風能發電的發展趨勢 1.2.1 太陽能發電的發展趨勢 1.2.2 風能發電的發展趨勢 1.3 本課題的研究內容第二章 太陽能和風能發電系統的工作原理 2.1 傳統的電力給電系統的原理2.1.1 傳統的電力給電系統的原理 2.1.2 傳統的電力給電系統的弊端 2.2 傳統的光伏發電系統的原理 2.2.1 傳統的光伏發電系統的原理 2.2.2 光伏發電系統的弊端 2.3 傳統的風力發電系統的原理 2.3.1 風力發電系統的原理 2.3.2 風力發電系統的不足 2.4 風光互補發電系統的原理 2.4.1 最合理的獨立電源系統 2.4.

4、2 技術方案的最優配置第三章 風光互補發電系統中蓄電池的工作原理 3.1 蓄電池的工作特性 3.1.1 鉛蓄電池的工作原理 3.1.2 蓄電池的工作溫度影響 3.2 蓄電池的檢測第四章 路燈定時控制 4.1 路燈的開關與外界光照強度的關系 4.2 采用光敏檢測環境照度第五章 控制器硬件部分及外圍電路設計 5.1 風光互補控制器方框原理圖 5.2 硬件設計原則 5.3 時鐘電路 5.4 復位電路 5.4.1 可靠性 5.4.2 人工復位 5.5 按鍵電路 5.6 顯示電路 5.6.1 顯示方式選擇 5.6.2 LED的驅動和顯示第六章 軟件設計 61 主程序 62 計時程序 63 中斷程序第七章

5、 系統的硬件抗干擾設計 7.1 抗干擾概念 7.2 干擾的消除專心-專注-專業第一章 緒論 1.1 研究背景隨著科技的發展，我們的生活變好了，但是我們周圍的環境越來越差，而且自然界中一次性能源也越來越少，這樣就被迫我們要去尋找新的能源。而我們所找到的能源也是單一性的使用，那樣所用的能源利用率不高而且相對的成本也比較高，所以我們就要可以尋求一種新能源的互補技術，合理的利用兩種或多種新能源互補運用的技術，這樣多種能源的互補在能源相對強烈的情況下把能量儲存起來，在能量相對弱的情況下把儲存的能量釋放出來合理地利用能量。隨著地球資源的日益貧乏，基礎能源的投資成本日益攀高，各種安全和污染隱患可謂無處不在，

6、太陽能作為一種“取之不盡、用之不竭”的安全、環保新能源越來越受重視。同時，也隨著太陽能光伏技術的發展和進步，太陽能燈具產品在環保節能的雙重優勢，太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等方面的應用已經逐漸形成規模，太陽能發電在路燈照明領域發展已經日趨完善。1.2 我國太陽能、風能發電的發展趨勢 1.2.1 太陽能發電的發展趨勢 而長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽表面發出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當于全球所需總能量的3-4萬倍，可謂取之不盡，用之不竭。其次，宇宙空間沒有晝夜和四季之分，也沒有烏云和陰影，輻射能量十分穩定。因而發電系統相對說來比地面簡單，

7、而且在無重量、高真空的宇宙環境中，對設備構件的強度要求也不太高。再者，太陽能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導致"溫室效應"和全球性氣候變化，也不會造成環境污染。正因為如此，太陽能的利用受到許多國家的重視，大家正在競相開發各種光電新技術和光電新型材料，以擴大太陽能利用的應用領域。特別是在近10多年來，在石油可開采量日漸見底和生態環境日益惡化這兩大危機的夾擊下，我們越來越企盼著“太陽能時代”的到來。從發電、取暖、供水到各種各樣的太陽能動力裝置，其應用十分廣泛，在某些領域，太陽能的利用已開始進入實用階段。 1.2.2 風能發電的發展趨勢 風力發電是一種主要的風能利用形式，風力發

8、電已經開展了多年，隨著能源環境的變化和風力發電產業的成熟，未來幾年風力發電將呈現新的趨勢。1 風力發電成本將大幅降低隨著風力發電技術的改進，風力發電機組將越來越便宜和高效。增大風力發電機組的單機容量就減少了基礎設施的投入費用，而且同樣的裝機容量需要更少數目的機組，這也節約了成本。隨著融資成本的降低和開發商的經驗豐富，項目開發的成本也相應得到降低。風力發電機組可靠性的改進也減少了運行維護的平均成本。總體上，風力發電成本將得到大幅降低。2 技術裝備國產化比例必然提高實現風力發電技術裝備國產化的目的是提高我國風力發電裝備的制造能力和技術水平，降低風力發電成本，提高市場競爭能力，為推動我國風力發電技術

9、大規模商業化發展奠定基礎。其重要意義不僅僅在于降低風力發電成本，還將推動我國風力發電機組產業的形成，利用我們的優勢走向國際市場。3 海上風力發電悄然興起并將成為重要能源形式海上有豐富的風能資源和廣闊平坦的區域，使得近海風力發電技術成為近來研究和應用的熱點。多兆瓦級風力發電機組在近海風力發電場的商業化運行是國內外風能利用的新趨勢。隨著風力發電的發展，陸地上的風機總數已經趨于飽和，海上風力發電場將成為未來發展的重點。海上發電是近年來國際風力發電產業發展的新領域，是“方向中的方向”。隨著海上風力發電場技術的發展成熟，經濟上可行，將來必然會成為重要的可持續能源。4 風力發電機組不斷向大型化發展隨著現代

10、風力發電技術發展的日趨成熟，風力發電機組正不斷向大型化發展。大體上大型風力發電機組有兩種發展模式。陸地風力發電，其方向是低風速發電技術，主要機型是25 MW的大型風力發電機組，這種模式關鍵是向電網輸電。近海風力發電，主要用于比較淺的近海海域，安裝5MW以上的大型風力發電機，布置大規模的風力發電場，這種模式的主要制約因素是風力發電場的規劃和建設成本，但是近海風力發電的優勢是明顯的，即不占用土地，海上風力資源較好。 以上我們所說的發電形式，無論是光伏發電還是風能發電，都不能在我國大多數城市實現，比如太陽光照在冬季的時候相對了說就比較弱，不能提供足夠的能量來發電；而風能在我國大多城市群就更不能形成了

11、，城市氣候對城市中的風形成起到了較大的作用使得風力發電出現了短缺，這就讓我們考慮是不是應該把兩種或兩種以上的新型能源形結合形成一種復合式能源提供給我們，這就說到本文提出的風光互補型復合型能源。1.3 本課題的研究內容 隨著風能和太陽能的傳統利用已經不能給現在這個急需能源的當前社會，單一的新型能源利用單調及其不協調，單一能源的弊端也逐漸顯現出來，這就要我們尋找一種方法來充分的利用新型能源，我們就可以把兩種或兩種以上的新型能源結合利用，因為我國的地域廣闊，每個地方的各種新型能源不一，這就讓我們想盡各種方法去嘗試，根據我對我國大部分地區的分析，發現我國春秋季節風能和太陽能相對適中，冬季風比較多，而夏

12、季則風能相比較太陽能較弱，顧由此我分析我國可以把風能和太陽能進行互補利用。 傳統的風能或太陽能單一發電系統會造成我國的大部分地區在特定的時候就會出現能源部夠用的枯竭，而如果采用風光互補就可以解決單一能源的不足。了解了大部分城市，我國在風光互補的路燈上面運用的幾乎沒有，現在路燈已經成為我們城市建設的必不可少的設施，然而我國目前所用的絕大多數都是單一的傳統供給電能。城市的發展，道路的建設，路燈的架設，這是多么龐大的能源消耗，在這個能源短缺的時代，怎能如此消耗？尋去新的措施減少能源的消耗但又不能影響城市的發展，就要尋找能夠代替的能源，這也成為我所寫的課題的重要關鍵所在，根據上述的介紹也能初步了解了風

13、光互補能源的利用，既不浪費大量的能源消耗，又不污染環境的風光互補新型路燈就成為我們新型城市的環保低碳生活的大勢所需，那就讓我們一起關注下面的論述。第二章 太陽能和風能發電系統的工作原理2.1 傳統的電力給電系統的原理 2.1.1 傳統的電力給電系統的原理 一次能源燃燒時產生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發電機來發電的，發電系統主要由燃燒系統（以鍋爐為核心）、汽水系統（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、電氣系統（以汽輪發電機、主變壓器等為主）、控制系統等組成。前二者產生高溫高壓蒸汽；電氣系統實現由熱能、機械能到電能的轉變；控制系統保證各系統安全

14、、合理、經濟運行。而火力發電站的主要設備系統包括：燃料供給系統、給水系統、蒸汽系統、冷卻系統、電氣系統及其他一些輔助處理設備。簡單介紹火力發電廠，如圖2-1所示： 圖2-1 火力發電的生產過程示意圖2.1.2 傳統的電力給電系統的弊端 我們現在常用的電都是通過一次能源或者單一的新型能源經過發電機產生電能，這種供電的能源利用率比較低而且所用的傳輸線比較多并且傳輸線的架設也是比較費時費力還浪費錢。這個只是這種路等的前期投資，還用如果當一條路的路燈中又個別壞了，還要對整個線路進行排查，這也是一項龐大的工程，所以我們要找到一種合適的供電系統，以便解決當前我們所面臨到的問題。2.2 傳統的光伏發電系統的

15、原理 2.2.1 傳統的光伏發電系統的原理 為了為子孫后代留下一點那些少的不能再少點不可再生能源，我們就要尋找新能源，所以隨著科技的發展，我們尋到到太陽能作為提供能源的新型能源，但是我們大多數對這種能源知之甚少。然而我國的太陽能資源比較豐富，且分布范圍較廣，太陽能光伏發電的發展潛力巨大。光伏發電系統分為獨立光伏發電系統和并網光伏發電系統。為邊遠地區供電的系統、太陽能戶用電源系統、通訊信號電源、陰極保護、太陽能路燈等各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電站是獨立光伏系統。圖2-2為一獨立光伏發電系統的結構示意圖，光伏發電系統由太陽能電池、阻塞二極管、調節控制器和蓄電池組成 圖 2-2太陽能光伏發

16、電系統結構示意圖2.2.2 光伏發電系統的弊端 1 光電轉化率很低。太陽能光伏發電的轉換效率低，依舊是國家乃至世界研究組一直以來希望妥善解決的問題。 2 光伏發電需要很大的面積。太陽能電池板正越來越多地點綴于城市建筑的屋頂、墻壁，成為一座座所謂“清潔無污染”的太陽能電站。然而，在這種被稱為“綠色電站”的身后，卻“隱藏”著一系列高能耗、高污染的生產過程。此類電池的效率隨面積放大而降低。這一點又與太陽能發電需要充足的日照和廣域的面積相矛盾。 3 所需光照要求復雜。太陽能發電所需的必要條件就是光照指數，如在陽光不太充足的多云天氣亦或者是雨天和悶熱的天氣里，太陽光伏效應轉換的效率將會大幅度降低，然而系

17、統還仍需連續供電。 4 光伏發電成本太高。陽能電池板效率只達到22%，而且晶硅太陽能電池的主要材料是硅片，然而目前，太陽能電池板主要用的硅，其高純度是99.9999%。它的硅技術被德國、日本、美國等幾個公司壟斷了,但是國內的研發需要高端材料。可想而知，太陽能電池用的硅都是進口的。它的價值不菲，成本太高。2.3 傳統的風力發電系統的原理 2.3.1 風力發電系統的原理 將風能轉換為機械功的，又稱風車。廣義地說，它是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質的熱能利用發動機。風力發電利用的是。風力發電可視為備用電源，但是卻可以長期利用。 風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度

18、提升，來促使發電機發電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度（微風的程度），便可以開始發電。用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩定使用。機械連接與功率傳遞水平軸風機槳葉通過及其高速軸與萬能彈性聯軸節相連,將轉矩傳遞到發電機的傳動軸,此聯軸節應按具有很好的吸收阻尼和震動的特性，表現為吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯軸器可阻止機械裝置的過載。另一種為直驅型風機槳葉不通過齒輪箱直接與電機相連風機電機類型2.3.2 風力發電系統的不足 風力發電的原理說起來非常簡單，最簡單的風力發電機可由葉輪和發電機兩部分構成，空氣流動的動能作用在葉輪上，將動

19、能轉換成機械能,從而推動葉輪旋轉。如果將葉輪的轉軸與發電機的轉軸相連，就會帶動發電機發出電來。但是風電系統的不足也十分明顯，而主要的有幾下幾點： 1） 噪聲，視覺污染都是一種環境污染給人們生活造成不便； 2） 占用大片土地， 在當前土地資源緊張的境況下造成資源的浪費； 3) 不穩定，不可控，風是自然形成而不受人有效的控制； 4）不論材料成本還是技術成本都比較高，不利于普遍的使用風力； 5)大量的建造風力發電的設備使鳥類失去了空間，對生態環境有不利的影響。2.4 風光互補發電系統的原理2.4.1 最合理的獨立電源系統 偏遠地區一般用電負荷都較小而且居住分散，所以用電網送電成本就很高，因此只能在當

20、地直接發電，最常用的就是采用柴油發電機。但柴油的儲運對偏遠地區來說成本太高，而且難以保障。所以柴油發電機只能作為一種短時的應急電源，要解決長期穩定可靠的供電問題，只能依賴當地的自然能源太陽能和風能。太陽能和風能是最普遍的自然資源，也是取之不盡的可再生能源。偏遠地區往往太陽能和風能資源又非常豐富，這為在偏遠地區推廣風光互補發電系統提供了資源條件。 太陽能是地球上一切能源的來源，太陽照射著地球的每一片土地。風能是太陽能在地球表面的另外一種表現形式，由于地球表面的不同形態（如沙土地面、植被地面和水面）對太陽光照的吸熱系數不同，在地球表面形成溫差，地表空氣的溫度不同形成空氣對流而產生風能。因此，太陽能

21、與風能在時間上和地域上都有很強的互補性。白天太陽光最強時，風很小，晚上太陽落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風能加強。在夏季，太陽光強度大而風小，冬季，太陽光強度弱而風大。太陽能和風能在時間上的互補性使風光互補發電系統在資源上具有最佳的匹配性，風光互補發電系統是資源條件最好的獨立電源系統。2.4.2 技術方案的最優配置 光電系統是利用光電板將太陽能轉換成電能，然后通過控制器對蓄電池充電，最后通過逆變器對用電負荷供電的一套系統。該系統的優點是系統可靠性高，運行維護成本低，缺點是系統造價高。 風電系統是利用小型風力發電機，將風能轉換成電能，然而通過控制器對蓄電池充電，最后通過逆變器對用電負荷

22、供電的一套系統。該系統的優點是系統日發電量大，系統造價低，運行維護成本低，缺點是我國的小型風力發電機的可靠性設計一直沒能解決。 另外，風電和光電系統都存在一個共同的缺陷，就是資源的不確定性導致發電與用電負荷的不平衡，風電和光電系統都必須通過蓄電池儲能才能穩定供電，但每天的發電量受天氣的影響很大，會導致系統的蓄電池組長期處于虧電狀態，這也是引起蓄電池組使用壽命降低的主要原因。 由于太陽能與風能的互補性強，風光互補發電系統在資源上彌補了風電和光電獨立系統在資源上的缺陷。同時，風電和光電系統在蓄電池組和逆變環節是可以通用的，所以風光互補發電系統的造價可以降低，系統成本趨于合理。 風光互補發電系統可以

23、根據用戶的用電負荷情況和資源條件進行系統容量的合理配置，即可保證系統供電的可靠性，又可降低發電系統的造價。無論是怎樣的環境和怎樣的用電要求，風光互補發電系統都可作出最優化的系統設計方案來滿足用戶的要求。應該說，風光互補發電系統是最合理的獨立電源系統。目前，推廣風光互補發電系統的最大障礙是小型風力發電機的可靠性問題。第三章 風光互補發電系統中蓄電池的工作原理3.1. 蓄電池的工作特性 蓄電池的工作特性包括：靜止電動勢、內阻、充電特性和放電特性。而我們通常所說的靜止電動勢就是蓄電池處于靜止狀態時，正負極板之間的電位差（即開路電壓）稱為靜止電動勢。蓄電池的內阻就是電流流過蓄電池時所受到的阻力，蓄電池

24、的內阻包括以下幾部分：（1）極板內阻很小，隨活性物質的變化而變化，充電時變小，放電時變大；（2）隔板內阻與材料有關；（3）電解液內阻溫度升高，內阻下降；（4）聯條內阻很小，為定值。 在恒流充電過程中，蓄電池的端電壓UC和電解液密度25隨時間C而變化的規律，這個就是我們說的充電特性。可是在恒流放電過程中，蓄電池的端電壓Uf和電解液密度25隨時間f而變化的規律。在密度為1.051.30g/cm3范圍內 ES=0.85+25（V）其中，25（V）為25時電解液的相對密度25=T+0.0007（T-25）3.1.1鉛蓄電池的工作原理 鉛蓄電池屬于二次電池，其充放電過程是一種可逆式電化學反應。由于鉛蓄電

25、池的電解液是硫酸水溶液，所以在充放電過程中，蓄電池內電流的形成就是靠正負離子的反方向運動來實現的。一、 鉛蓄電池的放電過程 鉛蓄電池的放電過程是化學能轉變為電能的過程。蓄電池供給外電路電流時稱為放電，放電時電流從正極流出，經用電器流向負極。在蓄電池內部的電流方向則與上述方向相反，電流是從負極流向正極的。在電流的作用下，電解液內部處于電離狀態，硫酸和正負極板上的活性物質反應形成硫酸鉛，硫酸量逐漸減少，硫酸中的氫和正負極板上的二氧化鉛的氧氣發生反應變成水。根椐電解液相對密度的大小可以判斷蓄電池的放電程度和確定放電終了的主要標志。必需注意在正常使用情況下，蓄電池不宜放電過度，否則，將使和活性物質在一

26、起的細小硫酸鉛結成較大的結晶，增大了極板電阻，影響充電時的還原。整個放電過程的化學反應式是： PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O二、 鉛蓄電池的充電過程 鉛蓄電池的充電過程是電能轉換成化學能的過程。若使鉛蓄電池在放電終了后，使正負極板上的生成物質恢復為原來的活性物質，就必須具備一定的條件，這個條件是利用直流電源進行充電。 充電的過程與放電過程正好相反，鉛蓄電池內部電流方向是從正極流向負極，充電的電流即從負極流出，經過充電設備流向正極。在充電電流的作用下，正負極板上硫酸鉛分形成二氧化鉛和鉛，硫酸反回電解液中，當電池充電后，兩極板活性物質被恢復為原來的狀態，而且電解液中的硫酸成份

27、增加，水份減少。鉛蓄電池充電終期可由電解液相對密度的大小來判斷。充電終期時，由于正負極上的硫酸鉛（PbSO4）已大部分轉變成二氧化鉛（PbO2）和海綿狀鉛（Pb）。如果再繼續充電，充電電流只能起分解水（H2O）的作用，結果在負極板便有氫氣逸出（H2）,在正極板則有氧氣（O2）逸出，形成強烈的冒氣現象。因此充電終期，電流不宜過大，否則，產生氣泡過于劇烈，易使極板活性物質脫落，所以充電電流應適當的減小。整個充電過程的化學反應式是： 2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO43.1.2 蓄電池的工作溫度影響 在獨立運行的太陽能光伏發電系統中,蓄電池是關鍵部件,其主要作用是存貯和調節電能.目

28、前我國還沒有專門用于太陽能光伏發電系統的蓄電池,而是使用常規的鉛酸蓄電池,主要類型有:固定式鉛酸電池、工業型密封電池、小型密封電池、啟動型蓄電池等.溫度是影響蓄電池使用壽命的主要因素之一.蓄電池的工作受到溫度影響的主要表現在蓄電池的容量上和壽命上，由于蓄電池在低溫或高溫環境工作都會影響其工作性能，尤其是在低溫下，其工作容量將會下降很多，這是蓄電池特性所決定的。在地表下1米-1.5米處，其環境溫度受地溫的影響較明顯，起到一定的“恒溫”作用，使其在冬季溫度覺地表以上高，在夏季炎熱時又比地表上溫度低，有利于蓄電池性能的發揮。由于發電系統的輸入能量極不穩定，所以一般需要配置蓄電池系統才能工作。蓄電池容

29、量的選擇一般要遵循以下原則：首先在能滿足夜晚照明的前提下，把白天電池組件的能量盡量存儲下來，同時還要能夠存儲滿足連續陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要，蓄電池過大，一方面蓄電池始終處在虧電狀態，影響蓄電池壽命，同時造成浪費。蓄電池應與太陽能電池、用電負荷（路燈）相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關系。太陽能電池功率必須比負載功率高出4倍以上，系統才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓2030%，才能保證給蓄電池正常負電。蓄電池容量必須比負載日耗量高6倍以上為宜。13.2 蓄電池的檢測 1外觀檢測：檢查產品的標志和標識，其內容包括生產廠家、規格型號

30、、商標、正負極。如果上述內容缺漏，這項檢測即為不合格。外觀檢查中應特別小心所標內容與實際不符的情況。外觀檢查還應該考核蓄電池外殼質量。確保外殼硬度、注液孔等指標。 2 低溫啟動檢測：低溫起動能力檢測是將蓄電池完全充電后1h5h內放入溫度-18±1的環境中，至少持續20個小時以上。蓄電池在低溫室內或低溫箱內取出后1min內，以大電流放電，檢測放電時間是否符合標準。標準要求使用4.55倍C20的電流放電，5s時，蓄電池單體電壓不得低于1.5V.60s時, 蓄電池單體電壓不得低于1.4V ，也就是模擬實際低溫起動時5秒內蓄電池的放電電流。 3 蓄電池容量檢測：可通過外觀尺寸測量，儲備容量檢

31、測法（國家標準簡易，當蓄電池容量小于120Ah時，應當優先選用儲備容量檢測法。在檢測過程中，這種方法放電電流大、時間短、電化學極化快且儲備容量值明確。一般情況須要進行三次放電試驗才能確定是否合格。） 4 耐溫變性能檢測：將蓄電池分別在高于65和低于-30的環境中放置24小時，然后在25±10的環境中放置12小時，然后進行氣密性試驗（按照標準給蓄電池每個單體充入或抽出氣體，是單體與單體、單體與外界之間產生壓差在3s5s內是否變動，則可以確定氣密性是否完好）如果試驗合格，則說明蓄電池耐溫變性能良好。第四章 路燈定時控制4.1. 路燈的開關與外界光照強度的關系 在半導體技術的飛速發展下大促

32、進了光能應用的快速進步，在發電，取暖等方面尤為突出，智能化電路設計引進光技術已不是新奇事了，在光控電路的設計中不同于聲控電路復雜的結構，隨著半導體光敏元器件的快速發展，我們在設計光控電路時面臨的問題已由怎樣使光信號轉化為電信號變為怎樣在電路中加大電信號的強度？這一問題如今也以得到了較好的解決，光敏元器件的應用在光照的情況下使其電參數發生變化從而使其對電流的阻礙作用減小或增大，進而使電路導通或截止，電信號強弱的改變光控轉化為電控電路功能的實現便容易了。在這樣的電路設計中，對電路元器件的要求也極為高尤其是光敏元件是光控電路功能實現的核心，必須保證其各項參數的精確，穩定。故在選擇這類元器件時一定要選

33、擇高靈敏度工作穩定可靠的元件，當然電路工作的穩定是否？功能能否實現？并不僅僅只和電路元器件有關，外加電源也是不可忽視的，與聲控電路一樣最好也是給光控電路加上一個穩壓電路確保電路能正常工作。我們都知道現在城市中檔光亮達到一定的時候，路燈就會開啟，利用光敏元件隨光照強度的變化而阻抗發生變化的特點，去控制電信號的強弱，再由傳感器將變化的電信號傳遞給觸發器，只要電信號強度達到一定程度將觸發觸發器使其導通工作。光控照明電路其主要功能是實現當外界光照強度降低到一定程度時，使照明電路導通工作。就其方案而言多種多樣，但我們在設計時必須要考慮方案的可行性，穩定性以及元器件的靈敏度，尤其是光敏元件必須選擇靈敏度高

34、的這樣電路功能才能較容易實現，為此我們在設計光控電路時，不但要盡量使電路結構簡化，而且要使電路功能強，功能的實現要可靠穩定。 4.2. 采用光敏檢測環境照度 光敏電阻是一種半尋體器件，利用半尋體的光電效應。當有光照時電阻很小。無光照時電阻很大。可用晶體管組成放大器，做成自動控制電路。實現你所需要的電路。把光敏電阻作為晶體管的偏流電阻2。 這樣當有光照時晶體管導通，驅動靈敏繼電器。用繼電器接通電動機。將窗簾打開。繼電器可用JRX-13F靈敏繼電器。其吸合電流不大于50MA。前級放大器可用達林頓管組成。放大器后可接一個反向器。反向器驅動繼電器原理及電路： 如電路圖所示,夸接于穩壓二極管的光敏電阻,

35、其值受照射光強弱而變化與穩壓二極管并聯故電壓與穩壓二極管相同,當光敏電阻值小時,其電壓亦小,若小于崩潰電壓時, 穩壓二極管無法崩潰,而無法提供觸發電路之穩態電源電壓,因此UJT無法振蕩,所以SCR無法觸法導通燈泡不亮。 若光敏電阻因被遮掩而內電阻增加,其分壓抑隨只增加當增加只電壓,大于穩壓二極管的崩潰電壓時, 穩壓二極管即崩潰,提供穩態之電壓,供觸發電路使用,因而UJT弛張震蕩電路得以正常工作SCR(可控硅)因觸發而導通,燈泡亦因通電而發光原理：光敏電阻大都是由硫化璃(cds)或化璃(cdse)等材料制成,其波長大約在4000-10000A之間,當光敏電阻受到光照射時,在其材料內部隨著光罩設的

36、增加,產生之電子電洞對亦增加,使光敏電阻直隨之降低,反之若外界光線降低 則光敏阻值增加。光敏電阻規格：型號最大功耗(mW)環境溫度（）光譜峰值(nm)亮（10Lux)(K) 暗電阻（M）100 10響應時間mS照度電阻特性最大電壓GL4537-150-30+7054054020.7304150 NTC熱敏電阻線性化的電路設計MAX6691的 端就依次連接到熱敏電阻 上，再經過 接基準電壓 ，測量過程需102ms（典型值）。測量結束時，MAX6691先把I/O端拉成低電平并保持125 ，然后按照順序輸出4個脈寬信號 , 即表示高電平持續時間，它與外部電阻 上的壓將 成正比。 代表低電平持續時間，

37、它與 成正比，因 為固定值，故 恒定不變， 4.9ms。 比值的表達式為主要技術參數：   1、額定零功率電阻值范圍(R25):0.11000K 2、R25允許偏差:±1%、±2%,±3%, ±5%, ±10%. 3、B值范圍(B25/50):19604480K 4、B值允許偏差:±0.5%,±1%,±2%. 5、耗散系數: 2mW/(在靜止空氣中) 6、熱時間常數: 20S (在靜止空氣中) 7、工作溫度范圍: -55 +300

38、60;8、額定功率:50Mw第五章 控制器硬件部分及外圍電路設計5.1. 風光互補控制器方框原理圖 由于太陽能與風能的互補性強，風光互補發電系統在資源上彌補了風電和光電獨立系統在資源上的缺陷。同時，風電和光電系統在蓄電池組和逆變環節是可以通用的，所以風光互補發電系統的造價可以降低，系統成本趨于合理。 風光互補發電系統可以根據用戶的用電負荷情況和資源條件進行系統容量的合理配置，即可保證系統供電的可靠性，又可降低發電系統的造價。無論是怎樣的環境和怎樣的用電要求，風光互補發電系統都可作出最優化的系統設計方案來滿足用戶的要求。應該說，風光互補發電系統是最合理的獨立電源系統。圖5-1就是風光互補電路的控

39、制框架圖，我們可以了解到風電與光電相互結合的基本框架。 圖5-1 風光互補電路的控制框架圖 我們可從圖5-1風光互補電路的控制框架圖中分析控制部分的原理圖，根據要求需要設計感受外界光照強度的反饋電路和路燈故障反饋電路，感受外界光照強度一般采用光敏電阻或光敏二極管，通過單片機來對路燈的開與關的設置，以及電能的蓄電補充采用光敏二極管感受外屆光照變化，無光照時,有很小的飽和反向漏電流，二極管截止；光照時反向電流增大，形成光電流。采用光敏電阻對光源的感應改變自身電阻，由電壓比較器提取之間電壓，考慮到電阻變化的靈敏度，采用兩個光敏電阻串聯的方式，通過改變與光敏電阻串聯的電位器的值可以調節光敏電阻的感光范

40、圍。對于單片機的控制原理理解可以設計如圖5-2風光互補路燈控制器原理圖。 圖5-2 風光互補路燈控制器原理圖5.2. 硬件設計原則 一個大型的單片機應用系統的硬件電路設計包含兩部分內容：一是系統擴展，二是系統的配置，即按照系統功能要求配置外圍設備，要設計合適的接口電路。系統的擴展和配置應遵循以下原則：1、盡可能選擇典型電路，為硬件系統的標準化、模塊化打下良好的基礎。2、系統擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統的功能要求。3、硬件結構應結合程序設計方案一并考慮。考慮的原則是：軟件能實現的功能盡可能由軟件實現，以簡化硬件結構。4、系統中的相關元器件要盡可能做到性能匹配。5、可靠性及抗干擾設計

41、是硬件設計必不可少的一部分。6、盡量減少外圍。系統器件越多，器件之間相互干擾也越強，功耗也增大，也不可避免地降低了系統的穩定性3。因而在選擇器件上盡量的簡潔。 根據要求，分析出需要的功能有：具備時鐘功能、時間調節的調節、二極管(模擬路燈)的顯示功能、定時開燈關燈的時間調整功能、按鍵控制功能。 基于以上功能要求，我們決定使用AT89C51芯片，顯示器件選用數碼管（4個），通過電阻驅動，驅動數碼管的顯示。數碼管采用動態顯示。確定的結構框圖為：單片機時鐘電路復位電路按鍵輸入驅動電路數碼管顯示二極管顯示 圖5-3結構框圖5.3 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節奏。MCS-51單

42、片機允許的時鐘頻率是因型號而異的。晶振的選擇： 6MHz的晶振，其機器周期是2us。 12MHz的晶振，其機器周期是1us, 也就是說在執行同一條指令時用6MHz的晶振所用的時間是12MHz晶振的兩倍。 為了提高整個系統的性能我選擇了12MHz的晶振。振蕩方式的選擇：內部振蕩方式，MCS-51內部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產生時鐘送至單片機內部的各個部件，這樣就構成了內部振蕩方式。 外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機內。這種方式適合用來使單片機的時鐘與外部信號一致。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接

43、晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。晶振我選擇了12MHz，相對于6MHz的晶振，整個系統的運行速度更快了。電容器C1、C2起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值可以選擇了30pF。內部振蕩方式所得的時鐘信號穩定性高。5.4復位電路5.4.1可靠性 計算機在啟動運行是都需要復位，使中央處理器CPU和系統中的其它部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作，MCS-51單片機有一個復位引腳RST，它是施密特觸發輸入，當振蕩器起振后，該引腳上出現2個機器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平。使器件復位，只要RST保持高電平，MCS-51保持復位狀態。此時ALE、/PSEN、P0、P

44、1、P2、P3口都輸出高電平4。RST變為低電平后，退出復位，CPU從初始狀態開始工作。復位以后內部寄存器的初始狀態為（SP=07，P0、P1、P2、P3為0FFH外，其它寄存器都為0。對于NMOS型單片機，在RST復位端接一個電容至VccHE 一個電阻至Vss，就能實現上電自動復位，對于CMOS單片機只要接一個電容至Vcc即可。如圖，在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS-51有效地復位。RST端在加電時應保持的高電平時間包括Vcc的上升時間和振蕩器起振時間，Vcc上升時間若為10ms，振蕩器起振時間和頻率有關。10MHz時間約為

45、1ms，1MHz時約為10ms，所以一般為了可靠地復位，RST在上電時應保持20ms以上的高電平。圖5-4中，RC時間常數越大，上電時RST端保持高電平的時間越長。振蕩頻率為12MHZ時，典型值為C=10uF,R=8.2K。若復位電路失效，加電后CPU從一個隨機的狀態開始工作，系統就不能正常運轉。 圖5-4上電復位電路5.4.2 人工復位 除上電自動復位以外，常常需要人工復位，將一個按鈕開關并聯于上電自動復位電路，按一下開關就RST端出現一段時間的高電平，即使器件復位。如圖所示 圖5-5上電和開關復位而在這次的畢業設計中運用的上電復位電路.即只要一接+5V 電壓,系統就會自動的復位.出于可靠性

46、和適時性的考慮，我選擇了簡單實用的上電復位電路上電后，由于電容充電，使RST持續一段高電平時間。從而實現上電復位操作。我選擇的C=10uF，R=1K。5.5 按鍵電路在單片機系統中，通常有且僅有一鍵按下才視為按鍵有效。有效的確認方式通常又可以分為兩類。第一類為按下-釋放鍵方式，系統要求從按下倒釋放鍵才算一次有效按鍵。另一類為連擊方式，就是一次按鍵可以產生多次擊鍵效果，其連擊頻率可自己設定。 根據設計的需要，選擇了按下-釋放方式，電路如下圖5-6所示。電路為低電平有效輸出方式，當按鍵按下時輸出為低電平。 圖5-6開關電路圖在按下-釋放鍵方式時，系統先判斷是否有鍵按下，若不用硬件去抖，則同時進行軟

47、件去抖，確認有鍵按下，然后等待至該按鍵釋放才算依次按鍵，注意釋放鍵判斷同樣要進行去抖處理。5.6 顯示電路5.6.1 顯示方式選擇 LED數碼顯示器時常用的顯示器之一，我用的是單片機并口設計的LED數碼顯示電路。LED有著顯示亮度高、響應速度快的特點，最常用的是七段式LED顯示器，又稱數碼管。七段式LED顯示器內部由7個條形發光二極管和1個小圓點發光二極管組成，根據各管的亮暗組合成字符。從各發光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發光管的陽極（即P區）是公共的，而陰極互相隔離。所謂共陰方式是筆畫顯示器各段發光管的陰極（即N區）是公共的，而陽極是互相隔離的。顯示有

48、以下兩種方式：方式一：靜態顯示方式，就是把共陰極或共陽極的公共端（位選端）連接在一起接地或接5V電源，形成位控端；每一位的段選線（adp）作為段控端。方式二：動態顯示方式，是單片機應用系統中最常用的顯示方式，把所有的顯示器的同名段選端選線相互并接在一起，由同一個8位并行輸出口控制；而各顯示器的位選線則分別由不同輸出口線控制端。這樣各顯示位不能同時顯示不同的數字或字符。因此要選擇掃描的方法，即從左到右（或從右到左）依次輪流使每位顯示器顯示數字或字符并保留一段時間（通常位1ms），由于LED的余輝特性以及人眼視覺的惰性，盡管各位顯示器實際上使分時斷續地顯示，但只要適當選取掃描頻率，給人眼的視察印象

49、就會是在連續地顯示，而察覺不到閃爍現象。 相對與靜態顯示動態顯示方式雖然占用的CPU空間較多，但使用的硬件少，所占用的端口也較靜態顯示方式少，可以大大的節約系統的端口資源，所以根據我設計中沒有擴展端口，端口資源比較緊張，因此我才用的是動態顯示，能節約線路板空間，而且效果也不亞于靜態顯示。5.6.2 LED的驅動和顯示 在電路設計的過程中，單片機的的P0.0-P0.7作為段選輸出口，經上拉電阻加到數碼管的A-G和DP上，P2.0-P2.5作為位選輸出口，經電阻驅動分別加到數碼管的COM端。LED的驅動問題是顯示設計中的一個非常重要的環節。如果驅動能力差，顯示器高度就低；且驅動器長期在超負荷下運行

50、很容易損壞。下面就簡單介紹選擇LED驅動器時應注意的問題。 顯示分為靜態顯示和動態顯示兩種方式，由于這兩種方式有本質的不同，因此在選擇LED驅動器時，一定要分清顯示方式。如果是靜態顯示，則LED驅動器的選擇較為簡單，只要驅動器的驅動能力與顯示器的工作電流相匹配即可，而且只需要考慮段的驅動，因為，共陽極接+5V，而共陰極接地，所以位的驅動無須考慮。動態顯示則不同，由于一位數據的表示是由段和位選信號共同配合完成的，因此必須同時考慮段與位的驅動能力和位的驅動能力，而且段的驅動能力決定位的驅動能力。段的驅動能力是由驅動能力決定位的驅動能力。段的驅動能力是由顯示器的亮度決定的，通過發光的二極管的電流較大

51、，其亮度也就越多，對于靜態顯示器，當某位電量時，此位中點亮的段通過恒定的電流；而對于動態顯示器，此電流卻是以一定脈沖方式出現的，其峰值電流來考慮。我采用的是三個數碼管集成在一起的管子，這種管子的好處是在接線的時候比較簡單，三個COM端接位選接口，非常適合用于動態顯示。下圖為數碼顯示的硬件電路設計: 圖5-6數碼顯示的硬件電路第六章 軟件設計61 主程序本軟件設計的程序設計包括判斷各個按鈕按下之后能夠實現什么功能，判斷開燈關燈的時間。其中，動態顯示是在中斷子程序中進行的，每一次中斷的時間為1MS，每中斷一次掃描一次，實現動態顯示。正常走時的動態顯示是在T0中斷中進行動態掃描的，設置開燈關燈的時間

52、是在T1中斷中進行動態掃描的。主程序流程圖為： 圖6-1主程序流程圖62 計時程序 MCS-51單片機內部有兩個16位可編程的定時器/計數器，即定時器T0和定時器T1。它們既可用作定時器方式，又可用作計數器方式。（1）定時器/計數器結構定時器/計數器的基本部件是兩個8位的計數器（其中TH1，TL1是T1的計數器，TH0，TL0是T0的計數器）拼裝而成。在作定時器使用時，輸入的時鐘脈沖是由晶體振蕩器的輸出經12分頻后得到的，所以定時器也可看作是對計算機機器周期的計數器（因為每個機器周期包含12個振蕩周期，故每一個機器周期定時器加1，可以把輸入的時鐘脈沖看成機器周期信號）。故其頻率為晶振頻率的1/

53、12。如果晶振頻率為12MHZ，則定時器每接收一個輸入脈沖的時間為1us。 定時器/計數器有四種工作方式，其工作方式的選擇及控制都由兩個特殊功能寄存器（TMOD和TCON）的內容來決定。用指令改變TMOD或TCON的內容后，則在下一條指令的第一個機器周期的S1P1時起作用。（2）定時器/計數器的工作方式 AT89C51片內的定時器/計數器可以通過對特殊功能寄存器TMOD中的控制位C/的設置來選擇定時器方式或計數器方式；通過對M1M0兩位的設置來選擇四種工作方式，由于我采用了T0,所以就以T0來加以說明。方式0 當M1M0設置為00時，定時器選定為方式0工作。在這種方式下，16位寄存器只用了13

54、位，TL0的高三位未用。由TH0的8位和TL0的低5位組成一個13位計數器。 當GATE=0時，只要TCON中的TR0為1，TL0及TH0組成的13位計數器就開始計數；當GATE=1時，此時僅TR0=1仍不能使計數器計數，還需要引腳為1才能使計數器工作。由此可知，當GATE=1和TR0=1時，TH0+TL0是否計數取決于引腳的信號，當由0變1時，開始計數；當由1變0時，停止計數，這樣就可以用來測量在端出現的脈沖寬度。 當13位計數器從0或設定的初值，加1到全“1”以后，再加1就產生溢出。這時，置TCON的TF0位為1，同時把計數器變為全“0”。方式1 方式1和方式0的工作相同，唯一的差別是TH

55、0和TL0組成一個16位計數器。方式2 方式2把TL0配置成一個可以自動恢復初值（初始常數自動重新裝入）的8位計數器，TH0作為常數緩沖器， TH0由軟件預置值。當TL0產生溢出時，一方面使溢出標志TF0置1，同時把TH0中的8位數據重新裝入TL0中。 方式2常用于定時控制。例如希望每隔250µs產生一個定時控制脈沖，則可以采用12MHz的振蕩器，把TH0預置為6，并使C/=0就能實現。方式2不用作串行口波特率發生器。方式3 方式3對定時器T0和定時器T1是不相同的。若T1設置為方式3，則停止工作（其效果與TR1=0相同）。所以方式3只適用于T0。方式0和方式1的最大特點是計數溢出后，計數器全為0，因此循環定時或計數應用時就存在重新設置計數初值的問題，這不但影響定時精度，而且也給程序設計帶來不便。方式2就是針對此問題而設置的，它具有自動重新加載功能，因此也可以說方式2是自動重新加載工作方式。在這種工作方式下