太阳能LED智能照明系统研究

【摘要】：太阳能是一种绿色可再生能源,这种能源取之不尽用之不竭,所以开发太阳能资源势在必行,在太阳能的所有应用中,太阳能照明受到能源行业和照明行业的不断关注,发展前景势不可挡。虽然世界各国都在积极发展太阳能照明产业,但照明产品质量参差不齐,系统寿命普遍偏低,而且系统大多采用简单的控制,达不到智能化的要求。针对这些不足之处,本文从多个方面对太阳能照明系统进行了优化和设计研究。与同类太阳能照明系统相比,本设计主要体现在系统智能化的提高,同时选取了合适的照明器件,使得太阳能照明系统达到智能合理人性化需求。本文的主要工作可总结如下：(1)太阳能电池的工作原理和技术参数的研究分析。分析了太阳能电池的工作原理,然后从伏安特性曲线、最大功率点、开路电压、短路电流、温度和光照强度对太阳能电池的影响等参数进行了研究。(2)照明灯具和储能器件的研究及选型,分析了白光LED的工作原理,并说明它作为太阳能照明灯具的优势。系统对比分析了几种储能元器件,最终选择磷酸铁锂电池作为太阳能照明系统的储能器件,同时分析了锂电池的工作原理以及控制方式,最后研究了磷酸铁锂电池的充放电特性并给出了相应的曲线图。(3)太阳能照明系统的电路设计。选取ARM7芯片LPC2103作为控制器的核心,实现对光源照明的调节、磷酸铁锂电池的充放电控制以及其他逻辑功能的控制。系统采用MAX16834作为LED的恒流驱动电源,设计了大功率的LED驱动电路。最后还设计了MPPT控制电路。(4)系统软件和最大功率跟踪算法的设计。系统软件的设计实现了通过分时段和光照强度来调节LED的照明。对常用的最大功率跟踪算法进行了对比分析,采用扰动观察法作为最大功率跟踪算法,并在Matlab建立了太阳能电池的光伏模型,同时对此算法进行了仿真,结果验证了此方法的有效可行性。(5)在系统调试阶段,搭建了太阳能照明系统,验证了此照明系统的高效可行性,同时也验证了扰动观察法在此系统中的可行性。文章最后对本课题的研究工作做了总结,同时展望了本课题以后的研究内容和发展方向。通过选取LED为照明灯具,磷酸铁锂电池为储能器件,设计太阳能LED智能照明系统。系统通过对磷酸铁锂电池的充放电控制以及相应软件的设计,最终实现在不同光照强度和时间段时LED的智能照明功能。 【关键词】：太阳能照明 LPC2103 磷酸铁锂电池 PWM MPPT
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM923.34;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究及发展现状11-13
• 1.2.1 国内研究及发展现状11-12
• 1.2.2 国外研究及发展现状12-13
• 1.3 论文主要研究工作以及内容安排13-15
• 1.3.1 论文主要研究工作13-14
• 1.3.2 内容章节安排14-15
• 2 太阳能照明系统技术基础及选型研究15-24
• 2.1 太阳能电池的工作原理分析15-16
• 2.2 太阳能电池的主要技术参数分析研究16-17
• 2.3 照明灯具及其控制方式的设计17-19
• 2.3.1 照明灯具的选型研究17-18
• 2.3.2 照明用白光LED性能分析18-19
• 2.3.3 照明控制方法的选择19
• 2.4 太阳能照明储能器件的分析与研究19-22
• 2.4.1 储能器件的分析选型19-20
• 2.4.2 磷酸铁锂电池的工作原理分析20
• 2.4.3 磷酸铁锂电池的基本特性研究20-22
• 2.5 太阳能照明控制器的设计22-23
• 2.5.1 微控制器选型分析22
• 2.5.2 微控制器特性介绍22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 3 太阳能照明系统整体设计24-28
• 3.1 太阳能照明系统架构设计24-25
• 3.2 太阳能照明系统参数设计25-26
• 3.3 太阳能照明系统的构建26-27
• 3.4 本章小结27-28
• 4 太阳能照明系统硬件设计与实现28-42
• 4.1 微处理器LPC2103模块电路分析28-31
• 4.2 磷酸铁锂电池的充放电控制分析31-32
• 4.3 光照检测电路设计32-33
• 4.4 LED驱动电路分析与研究33-37
• 4.4.1 LED驱动电源分析33-34
• 4.4.2 LED驱动器选型研究34-36
• 4.4.3 基于MAX16834的LED驱动电路以及相关参数的设计36-37
• 4.5 MPPT控制电路的设计37-41
• 4.5.1 MPPT技术分析37-38
• 4.5.2 MPPT控制电路设计分析38-39
• 4.5.3 BUCK变换电路研究39-40
• 4.5.4 信号采集电路的设计40-41
• 4.6 本章小结41-42
• 5 太阳能照明系统软件设计与实现42-55
• 5.1 MPPT算法设计42-47
• 5.1.1 MPPT常用算法分析42-44
• 5.1.2 系统所用MPPT算法优化44-45
• 5.1.3 光伏阵列的建立以及算法仿真45-47
• 5.2 控制系统主要程序设计47-54
• 5.2.1 系统主程序设计47-49
• 5.2.2 系统初始化软件设计49-50
• 5.2.3 实时时钟软件设计50-51
• 5.2.4 A/D转换软件设计51-53
• 5.2.5 PWM软件设计53-54
• 5.3 本章小结54-55
• 6 总结与展望55-58
• 6.1 系统性能分析总结55-56
• 6.2 全文工作总结56-57
• 6.3 未来工作发展57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录62-63
• 攻读硕士学位期间取得的成果63-64

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