太阳能草坪灯的设计方案
基于单片机的太阳能草坪灯的设计
基于单片机的太阳能草坪灯的设计学生姓名：学生学号：院（系）：电气信息工程学院年级专业：指导教师：助理指导教师：二〇一五年五月摘要摘要太阳能作为可再生能源的一种,可以直接转换并利用或者使用转换装置将太阳辐射转换成热能,再通过热能发电。
在资源短缺的今天，开发和利用环保新型能源至关重要，是不容忽视的重要开发项目。
而其中太阳能草坪灯在城市规划中能起到美观和照明的作用，是电量消耗大户，利用太阳能给其供电，不仅节约能源，也很方便安全。
该设备在白天太阳光充足的时候通过太阳能电池板的光伏作用进行发电，并存储在蓄电池中，在晚上光照不足时通过光控开关点亮草坪。
也可根据要求人为控制器亮和灭本设计采用太阳能电池作为能源,因此为了达到环保和节能的目的;通过单片机技术草坪灯的光电控制和节能控制,并设置在电池内部,能保证在这个多雨的天气为电池充电,用于草坪灯电源。
控制电路的每个部分的电路分析和论述了原理、控制策略,可以根据光照强度和手动开关的要求决定草坪灯的开关,该系统具有良好的抗干扰,断电也可以保存用户设置得参数。
关键词：太阳能，单片机，草坪灯ABSTRACTas a renewable energy, Solar energy can be converted directly and used or use conversion devices convert solar radiation to heat energy through the thermal power. The shortage of resources today, the development and utilization of new energy and environmental protection is essential, is an important development project can not be ignored. The solar lawn lamp in urban planning can play the appearance and the function of lighting, power consumption is large, the use of solar energy to the power supply, not only saves energy, is also very convenient and safe.The equipment in the daytime sun light when sufficient electricity through photo voltaic solar panels, and stored in the battery, insufficient light at night by the light control switch on the lawn. Also according to the requirements of human controllers on and offThis design uses the solar battery as an energy source, therefore in order to achieve the purpose of energy saving and environmental protection; through the photoelectric control and energy saving control MCU lawn lamp, and inside the cell, can guarantee in this rainy weather for charging the battery for power lawn lamp. Analyzed and discussed the principle, control strategy of each part of the circuit of the control circuit, the switch according to the light intensity and the manual switch require lawn lamp, the system has good anti-jamming power, can save the user set parameters.Keywords: Solar cells、single chip microcomputer、lawn lamp攀枝花学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要 (I)ABSTRACT (I)1绪论................................................................. - 1 -1.1 本课题研究的背景及意义........................................... - 1 -1.2 国内外研究现状、水平............................................. - 1 -1.3 本课题的发展趋势................................................. - 2 -2 方案分析与选择 (4)2.1太阳能草坪灯设计方案 (4)2.2 太阳能草坪灯方案论证 (4)2.3 本课题的研究内容和任务 (5)2.3.1 本设计实现的设计要求 (5)2.3.2 本设计的创新点 (5)3 系统硬件电路设计 (6)3.1 系统设计框图 (6)3.2 光伏发电的基本原理及其分类 (6)3.2.1光伏发电的基本原理 (6)3.2.2 太阳能光伏发电系统分类 (8)3.3 太阳能电池及其工作特性 (9)3.3.1 太阳能电池板的选择 (9)3.3.2 太阳能电池的工作原理及其组成 (9)3.3.3 太阳能电池电压-电流的特性 (11)3.4 AT89C52单片机 (14)3.4.1 AT89C52单片机简介 (14)3.4.2 AT89C52引脚功能介绍 (14)3.4.3 单片机控制的主控系统 (14)3.5 光控电路 (15)3.6 led的结构及其发光原理 (16)3.7 电池充放电控制 (16)3.8 充放电控制电路原理 (17)4 软件程序设计 (18)4.1软件设计架构 (18)4.2主控程序 (18)4.3 应用程序设计 (20)5 电路仿真 (22)5.1 Mutisim软件 (22)5.1.1 Mutisim软件的介绍 (22)5.1.2 Mutisim软件的使用 (22)5.2 Keil软件 (24)5.2.1 Keil软件的介绍 (24)目录5.2.2 Keil软件的使用 (24)5.3 Proteus软件 (26)5.3.1 Proteus软件的介绍 (26)5.3.2 Proteus软件的使用 (27)5.4系统仿真 (28)5.5系统仿真小结 (28)6 PCB设计 (29)6.1 PCB设计软件 (29)6.1.1 PCB原理图设计 (29)6.1.2 PCB板设计方法 (30)6.2 PCB的EMC设计 (30)6.2.1 元器件布局的基本原则 (31)6.2.2 布线设计原则 (31)6.3 印制电路板 (31)6.3.1 印制电路板的结构 (31)6.3.2 印制电路板的种类 (32)6.3.3 印制电路板制作流程 (32)7组装与调试 (33)7.1系统组装 (33)7.2硬件调试 (34)7.3软件调试 (34)7.4硬件软件联合调试 (34)7.5 调试结果 (35)结论 (36)参考文献 (37)附录1：仿真原理图 (38)附录2：实物图 (38)附录3：实验程序 (39)附录4：元件清单 (40)致谢........................................................ 错误!未定义书签。
太阳能草坪灯施工方案
太阳能草坪灯施工方案太阳能草坪灯是一种通过太阳能光源供电的照明设备，其具有环保、节能和美观的特点，被广泛应用于园林景观和公共场所的照明装饰。
本文将详细介绍太阳能草坪灯的施工方案，以便读者了解其安装步骤和使用注意事项。
一、施工前的准备工作1. 选购合适的太阳能草坪灯在施工前，我们需要根据实际需求选购合适的太阳能草坪灯。
可以选择光源较亮、耐用性较好的产品，同时要根据需要确定所需数量。
2. 测量和设计草坪灯的布局在实际施工前，需要对场地进行测量和设计，以确定草坪灯的布局方案。
可以根据草坪的大小和形状，在适当的位置预留出安装孔，并确保草坪灯之间的间距和整体的美观性。
二、太阳能草坪灯的安装步骤1. 找准安装位置根据设计方案，在草坪上找准草坪灯的安装位置，用锥形工具在地面上插入标记物，以便后续安装时可以准确地找到位置。
2. 钻孔并安装基座使用电钻在所标记的位置上钻孔，并确保孔的深度适当。
然后在孔内放入基座，确保其与地面齐平。
3. 连接电源线将太阳能草坪灯的电源线通过基座的孔穿出，确保连接牢固。
根据实际情况，可以选择埋线或隐藏线的方式进行布线。
4. 安装太阳能电池板将太阳能电池板固定在光照充足的位置，比如房顶或周围没有遮挡物的地面。
确保电池板正面朝向太阳，以获得更好的光照效果。
5. 连接电池板和草坪灯将太阳能电池板的电源线与草坪灯的电源线进行连接，并确保连接稳固。
这样太阳能光源才能为草坪灯提供稳定的电力。
6. 放置草坪灯将草坪灯放置在基座上，并确保其稳固。
根据实际需要，可以调整灯具的角度和位置，以获得理想的照明效果。
7. 完成布线和调试完成以上步骤后，检查所有电线的连接是否稳固，并进行调试。
确保草坪灯能够正常工作，并具有良好的照明效果。
三、太阳能草坪灯的使用和维护1. 使用注意事项在使用太阳能草坪灯时，注意保持电池板的清洁，以确保光照的充足和稳定。
同时，避免灯具的长时间亮度过高，以延长使用寿命。
2. 定期检查和维护定期检查草坪灯的电源线和连接是否松动，如有问题需要及时修理。
最新毕业设计：太阳能草坪灯的设计
所在院系：机电学院
所学专业：应用电子技术教育
指导老师：赵明富
完成时间：2009年5月25日
摘要
太阳能作为可再生能源的一种，指太阳能的直接转化和利用，通过转换装置把太阳辐射能转换成热能，再利用热能进行发电。本设计是对目前草坪灯存在的抗干扰性低，不能自动化控制，且寿命短等缺陷进行改进与创新。
Key words:Solar PV，Controller，Batteries，Lawn lamp，Single-chip
1
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。
自“六五”以来我国政府一直把研究开发太阳能和可再生能源技术列入国家科技攻关计划，大大推动了我国太阳能和可再生能源技术和产业的发展。二十多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。
70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。
太阳能草坪灯的设计
目录引言 (2)1.太阳能介绍 (3)1.1太阳能的基本知识 (4)1.2 太阳能光伏发电系统实物图 (5)1.3太阳能光伏系统的分类 (5)2. LED太阳能草坪灯的发展现状 (6)2.1LED太阳能草坪灯简介 (6)2.2 LED太阳能草坪灯的结构组成 (7)2.2.1 LED太阳能草坪灯电源 (7)2.2.2 LED太阳能草坪灯的光源 (8)3. LED太阳能草坪灯的设计 (9)3.1独立太阳能供电系统的组成 (9)3.2 充放电控制器的设计 (11)3.3 太阳能草坪灯的电路设计： (13)结论 (15)参考文献 (16)致谢 (17)引言太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能，太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。
太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。
太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。
太阳向宇宙空间发射的辐射功率位3。
8×10^23kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。
到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为8×10^13kW。
20世纪以来，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，对能源的需求量不断增长。
化石能源资源的有限性，以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产生的影响日益为人们所关注。
从资源、环境、社会发展的需求看，开发和利用新能源和可再生能源是必然的趋势。
在新能源和可再生能源家族中，太阳能成为最引人注目，开展研究工作最多，应用最广的成员。
一般认为太阳能是源自氦核的聚合反应。
太阳幅射能穿越大气层，因受到吸收、散射及反射的作用，故能够直接到达地表的太阳幅射能仅存三分之一，又其中70％是照射在海洋上，于是仅剩下约 1.5×1017千瓦．小时，数值约为美国1978年所消费能6000倍。
基于51单片机的太阳能草坪灯设计
基于51单片机的太阳能草坪灯设计随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的安全环保新能源越来越受到重视。
随之各类太阳能景观装饰产品也应运而生。
太阳能草坪灯也将随着人们生活水平的提高和社会的不断发展，而被广泛地应用。
本文就太阳能草坪灯的主要部件设计、选型等技术问题做一个探讨，并介绍一种基于51 单片机的新型太阳能草坪灯的设计方案，见图1 所示。
图1 太阳能草坪灯1 太阳能电池的选择1.1 类型太能能电池是将太阳能转化为电能，较实用的有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池。
①单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合在阴雨天比较多、阳光不是很充足的南方地区使用。
②多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低，适合在太阳光充足、日照好的东西部地区使用。
③非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外太阳光不足的地方使用。
1.2 工作电压太阳能电池的工作电压为配套电池电压的1.5 倍，才能保证给蓄电池正常充电。
如给3.6 V 蓄电池充电需要用4.0～5.4 V 太阳能电池；给6 V 蓄电池充电需要用8～9 V 太阳能电池；给12 V 蓄电池充电需要用15～18 V 太阳能电池。
1.3 输出功率太阳能电池的单位面积输出功率约为127 Wp/m2。
太阳能电池一般由多个太阳能单元电池串联组成，其容量取决于照光源、线路传输部件所消耗的总功率以及当地太阳能辐射能量。
太阳能电池组输出功率宜超过光源功率的3～5 倍，光照丰富、开灯时短地区为(3～4)倍以上；反之为(4～5)倍以上。
2 蓄电池的选择蓄电池在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到夜晚需要照明的时候再释放出来。
2.1 类型选择①铅酸(CS)蓄电池：使用于低温高倍率放电、能力偏低，目前大部分太阳能路灯采用。
密封免维护、价格低。
但要注意防止铅酸污染，应逐步淘汰。
②镍镉(NiCd)蓄电池：放电倍率高、低。
太阳能草坪灯设计方案论证
太阳能草坪灯设计方案论证1.1 设计要求（1）电池板面积、功率的计算和选用；（2）蓄电池容量、恒流充放电控制和充放电状态显示；（3）光电控制要求光线较暗、路灯未点亮时草坪灯开始照明草坪，天亮后自动关断；（4）定时控制要求晚上12点时关断草坪灯电源，早上6点接通、天亮后自动关断；（5）系统有很好的抗干扰性，断电时可以保存用户所设定的各种参数。
1.2 方案选择太阳能草坪灯控制与路灯控制电路功能一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用,还有就是对蓄电池的充电管理。
国内外常用的控制器有光控制开关，钟控器、经纬型控制器等，但由于其工作原理不同，各有优缺点。
单独的光控开关一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启草坪灯；早上光线较强时，自动关闭草坪灯，达到自动控制的作用。
为节省电力，早期的光控开关，使用分立半导体器件，电路复杂，元器件较多，体积也较大，并且故障率高。
随着半导体技术的发展，出现了时基集成电路，如NE555等，使光控开关电路简化。
感光探头是影响光控开关性能的关键元器件，同时对它安装位置也有一定要求，力求避免各种干扰光线，但在实际使用中，感光探头难以判断各种干扰光线，经常会产生误动作[1]。
采用钟控器的草坪灯控制器，要预先设定开关时间，使草坪灯按时亮灯、准时熄灯，从而达到自动控制的目的。
优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰，除本身故障外不会产生误动作。
缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间，需人工经常调整开关时间，费时费力，不利于节省电力。
定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型，机械钟表型以石英钟为主，走时精准，但是由于机芯内使用塑料齿轮在高温下会变形，从而导致停机现象。
电子钟表型定时开关使用的也较多，常用LR6818、LM8650、LM8561等集成块为中心的电子钟电路。
近几年还出现将电子钟LED液晶显示为一体的集成块，体积小、外围元器件少，可设六组开关点，有星期功能，许多厂家大量生产该产品，但现在大多用于路灯控制中，草坪灯控制中尚未大规模使用[5]。
太阳能草坪灯组件设计与应用
太阳能草坪灯组件设计与应用太阳能草坪灯是一种通过太阳能发电板充电，并在夜间自动开启照明的灯具，广泛应用于室外庭院、花园、公园等地方。
太阳能草坪灯不仅美观实用，而且环保节能，成为现代生活中不可或缺的一部分。
而太阳能草坪灯的设计与应用是其能否发挥最佳效果的关键。
一、太阳能草坪灯组件设计1.太阳能发电板：太阳能草坪灯的核心组件之一，负责将太阳能转化为电能存储到电池中。
太阳能发电板应选择高效、耐用的材料，并具备良好的光电转化效率。
2.电池组：负责存储太阳能转化的电能，以供夜间照明使用。
电池组应选择高性能的锂电池或镍氢电池，具有长寿命、高循环次数、低自放电率等特点。
3.LED灯珠：作为照明部分，LED灯珠通常选择功率较小、发光效果较好的产品，以提供明亮、节能的照明效果。
4.控制电路：控制电路是太阳能草坪灯实现自动开启和关闭的关键，它可以根据光线强弱自动调节亮度，并能够根据光感器监测到的环境光强度实时控制LED灯的亮度。
5.外壳设计：太阳能草坪灯的外壳设计应具备防水、耐高温、耐低温等特点，以保证其在室外环境下的正常使用。
二、太阳能草坪灯的应用1.庭院照明：太阳能草坪灯可以布置在庭院的草坪、花坛等地方，为庭院增添独特的装饰效果，同时提供夜间照明。
2.花园景观：太阳能草坪灯可以点缀花园景观，为花园增添浪漫、温馨的氛围，使花园在夜间更加迷人。
3.公园景观：太阳能草坪灯也适用于公园景观的照明，可以布置在道路两侧、草坪上等位置，提供安全、便利的照明服务。
4.商业区照明：太阳能草坪灯还可以应用于商业区的照明，点缀商业区的环境，提升商业区的品质，吸引更多人流。
5.马路照明：太阳能草坪灯可以布置在马路两侧或中央分隔带上，为马路行车提供照明服务，提高夜间行车的安全性。
在实际应用中，太阳能草坪灯的设计和安装都需要考虑到具体的环境和需求，选择合适的组件和布置方式，以确保其能够发挥最佳效果。
通过合理的设计和布置，太阳能草坪灯可以为人们的日常生活带来便利和舒适，同时也为城市的照明环境提供了一种新的解决方案。
LED太阳能草坪灯照明设计方案详细图解
LED太阳能草坪灯照明设计方案详细图解！作为一种新兴的绿色能源，以其无可比拟的优势得到迅速的推广应用。
作为第四代新光源，在城市亮化美化、道路照明、庭院照明、室内照明以及其他各领域的照明和应用中得到了有效的利用。
尤其是在偏远无电地区，太阳能照明灯具更具有广泛的应用前景。
一般人认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源伟大的革新。
除此之外，LED还具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。
超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。
由于LED具有的光效率高，发热量低等优势，已经越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。
在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐成规模。
随着太阳能灯具的大力发展，“绿色照明”必将会成为一种趋势。
而LED太阳能草坪灯作为其中的一个代表，也将得到大力的推广和应用，本文主要介绍它的一些知识，希望能给大家一些启发。
2 LED太阳能草坪灯的定义及结构组成太阳能草坪灯主要利用太阳能电池的能源来进行工作，当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的led(发光二极体)提供电源。
其优点主要为安全、节能、方便、环保等。
适用于住宅社区绿草地美化照明点缀，公园草坪美化点缀。
LED太阳能草坪灯的结构组成：由太阳能电池组件、超高亮LED灯(光源)、免维护可充电蓄电池、自动控制电路、灯具等组成。
3 太阳能草坪灯的系统组成、控制原理和电路原理3.1 太阳能草坪灯的系统组成LED太阳能草坪灯是一个独立的发电系统。
它能够独立的完成把太阳能转换为电能，并能把电能转换成热能供照明和装饰使用，而不需要电线的传输。
一个独立的光伏系统一般由以下三部分组成：太阳电池组件;充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。
太阳能草坪灯系统单元电路的设计方案
太阳能草坪灯系统单元电路的设计方案1.1 照明负载LED外施电压后在其内部会产生受激电子跃迁光辐射。
按照不同半导体基本材料的物理特性，所产生的光波长是不同的。
发光二极管的实质性结构是P—N结，在半导体P—N 结通以正向电流时注入少数载流子，少数载流子的发光复合就是发光二极管的工作机理。
半导体P—N结发光实质为固体发光，而各种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果。
半导体材料的发光机理决定了单一LED芯片不可能发出连续光谱的白光，必须以其它的方式合成白光。
白光LED通常是在发射蓝光的InGaN基材上涂荧光材料，荧光材料在受到蓝光激励时会发出黄光，蓝光和黄光的混合物形成白光[8]。
由于LED是直流供电器件，很容易制成直流灯具，广泛应用于直流系统，如太阳能灯具产品。
应首选平光型超高亮LED或平光型与束光型超高亮LED组合使用，将多个LED 集中于一起，排列组合成一定规则的LED发光源。
超高亮白光LED发光源既要保证有一定的照射强度，又要使其具有较高的光效，然而电流的增大，光通量虽然增大，但是，另一方面电流的增加会引起光源热损耗的增加，通常导致管温的增加，其综合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合点为最佳工作点，一般为17.5 mA 。
太阳能LED灯具的具体技术指标如表1所示。
超高亮白光LED发光源具有如下优点：寿命长。
LED 的寿命长达100000h，而白炽灯的寿命一般不超过2000 h，荧光灯的寿命也不过5000 h左右。
效率高。
相对于传统的第一代照明光源白炽灯，LED的功耗只有前者的10％～20％。
绿色环保。
与广泛使用的第二代照明荧光灯相比，LED不含汞、无频闪，是一种环保光源。
耐低温。
环境使用温度在一40℃～80℃，环境适应性非常强[15]。
这种电路的关键是针对蓄电池的充放电特性设计一个比较好的电压比较点，再加上发光二极管构成的充放电状态指示电路，便成了一个具有实用功能的智能控制器，具有防蓄电池过放电、过充电功能。
太阳能草坪灯设计与制作
太阳能草坪灯设计与制作
一、任务
某企业承接了一批太阳能草坪灯的电路的一部分设计、样机组装与调试任务，请按照相应的企业生产标准完成该产品的设计，实现该产品的基本功能、满足相应的技术指标，并正确编写设计报告。
电路图如图1-2-22所示。
图1-2-22 太阳能草坪灯电路图
二、工作要求
1.设计要求
当R4没接入的时候，不计VQ4的基极电压为。
（忽略基极电流）
2.进行系统的安装接线
装接前先要检查器件的好坏，核对元件数量和规格，如在调试中发现元器件损坏，则按损坏器件扣分。
根据提供的印制电路板安装电路，安装工艺符合相关行业标准。
不损坏电器元件，安装前应对元器件检查。
2.进行系统的通电调试
装配完成后，通电测试。
并利用提供的仪表测试本电路。
三、实施条件
1．场地、设施设备及软件环境条件
设施设备及软件要求
2．考点提供的工具清单
3．考点提供的材料清单
四、考核时量:120分钟
五、评价标准（应包含技能与素养要求，其中素养要求分值原则上不超过20%）。
基于锂离子电池的太阳能草坪灯的设计
基于锂离子电池的太阳能草坪灯的设计①石新春②陈雷③秦卫（华北电力大学）①②（保定市三伊万华新能源科技有限公司）③摘要：随着太阳能产业的深化，太阳能灯具系列也日益多元化，如太阳能路灯，太阳能交通信号灯，太阳能草坪灯，太阳能杀虫灯等等。
由此可见人们的节电节能思想逐渐成熟，并向着更深层次的方向发展。
生活水平的提高，使人们对环境的要求更加严格，因此，减少对环境的污染，增加对环境的美化成为了全世界人民无言的共识。
太阳能草坪灯走进人们的生活是大势所趋，本文就对应用锂离子电池的太阳能草坪灯的设计进行详细的阐述，希望对太阳能光伏事业做出贡献。
关键词：锂离子电池太阳能草坪灯Abstract:With the deepening of solar-power industry, the lamp series of the solar-power also increasingly be pluralized, for example, solar light, solar traffic light, solar lawn lamp, solar insecticidal, and so on. So it can be seen that the peoples’ power-saving and energy-saving thoughts has gradually become mature, and then the development looks toward deeper levels, the growth in the living standard makes demand for more strict environment. So decreasing the environmental pollution and beautifying the environment have become a common no word sense of the world. Solar lamp step into peoples’ life is a natural tendency. The following paper make a detailed describe for its design, and hope to make contribution to the solar photovoltaic technology. Keyword：li-ion battery solar energy lawn lamp前言太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，在可在生能源日益衰竭的今天，倍受人们的重视。
太阳能草坪灯硬件电路设计(课程设计)
太阳能草坪灯硬件电路设计（光伏发电技术课程设计）目录第1章绪论 (3)1.1 能源和环境 (3)1.2 国内外发展动态 (3)1.3光伏发电优缺点 (4)第2章太阳能光伏电池和铅酸蓄电池的特性及原理 (7)2.1 太阳能电池的结构及工作原理 (7)2.2 太阳能电池的分类 (8)2.2.1 单晶硅太阳能电池 (8)2.2.2 多晶硅太阳能电池 (8)2.2.3 非晶硅薄膜太阳能电池 (8)2.2.4 太阳能电池的发展种类 (8)2.3 太阳能电池的电气特性和最大功率点跟踪原理 (9)2.3.1 太阳能电池的电气特性 (9)2.3.2 太阳能电池的最大功率点跟踪原理 (10)2.4 铅酸蓄电池的特性及原理 (11)2.5 铅酸蓄电池充放电电气特征 (11)2.6 影响铅酸蓄电池工作的因素及发展方向 (12)2.6.1 结构因素对铅酸蓄电池容量的影响 (12)2.6.2 内在因素对铅酸蓄电池性能的影响 (12)2.6.3 外界因素对铅酸蓄电池性能的影响 (13)2.6.4 铅酸蓄电池研究发展方向 (14)2.7 蓄电池剩余容量（SOC）控制的原理 (15)2.7.1 蓄电池剩余容量(SOC)的数学模型 (15)第3章灯种类介绍 (16)3.1按发光管发光颜色分类 (16)3.2按发光管出光面特征分类 (16)3.3按发光二极管的结构分类 (16)3.4按发光强度和工作电流分类 (16)第4章系统单元电路的设计 (17)4.1 照明负载 (17)4.2 充放电控制原理 (18)第五章软件系统设计 (19)第1章绪论1.1 能源和环境进入21世纪的人类面临的三大主要问题是能源、环境和经济。
能源和经济问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈，人类当前所使用的矿物能源日趋耗尽，环境污染日益严重，在严峻的能源替代形势和人类生态环境逐渐恶化的双重压力下，开发新能源成为世界各国关注的焦点。
开发可再生而且不污染环境的清洁能源的任务已经迫在眉睫。
太阳能草坪灯组件设计与应用
太阳能草坪灯组件设计与应用
一、任务
某光伏企业承接了一批太阳能草坪灯定单，原理图如图1-1-5所示。
请为该产品设计光伏组件容量，并按照相应的企业生产标准完成该产品的组装与调试。
图1-1-5 太阳能草坪灯电路图
二、工作要求
1.光伏组件设计
（1）已知光伏组件峰值功率电压为3.4V，峰值功率电流为60mA，请计算串联的光伏电池数及每片光伏电池的面积；
（2）用AUTOCAD画出电池片组串的电气连接图，光伏组件外形图与电池片排布图。
2. 太阳能草坪灯电路安装
（1）进行系统的安装接线
装接前先要检查器件的好坏，核对元件数量和规格，如在调试中发现元器件损坏，则按损坏器件扣分。
根据提供的印制电路板安装电路，安装工艺符合相关行业标准。
不损坏电器元件，安装前应对元器件检查。
（2）进行系统的通电调试
装配完成后，通电测试，接入太阳能电池，并打开模拟光源让太阳能电池为镍氢电池充电一段时间后，检测LED是否亮灯，并利用提供的仪表测试本电路。
三、实施条件
1．场地、设施设备及软件环境条件
设施设备及软件要求
2．考点提供的工具清单
3．考点提供的材料清单
四、考核时量:120分钟
五、评价标准（应包含技能与素养要求，其中素养要求分值原则上不超过20%）。
太阳能草坪灯的设计方案
太阳能草坪灯的设计方案随着经济的进展和社会的长进，人们对能源提出了越来越高的要求，寻觅新能源已成为当前人类濒临的迫切课题。
因为太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、平安性、资源的广泛性和充沛性，太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。
太阳能的存储是太阳能产品进展的关键，目前主要采纳各种电池，但是电池的充电时光长、寿命短以及不环保向来是太阳能产品进展的瓶颈，而超级器作为一种充电快、寿命长、绿色环保型储能元件，它给太阳能产品的进展带来了新的活力。
本文具体介绍了一种超级太阳能草坪灯的设计及实现办法。
该草坪灯很好的结合了太阳能和超级电容器的优势，它无需安装其他电源，就可以主动发光，还能够按照环境光芒的强弱自动控制灯的开关，而且安装便利、不用布线、工作稳定牢靠、免维护、环保无污染、用法寿命长，可广泛应用于广场绿地、小区草坪等场所。
1 设计挑选1.1光源的挑选因为技术目前已经实现了关键性突破，同时性能价格比也有较大地提高。
现在的LED寿命已可达到100 000h以上，而且工作低，十分适合应用于太阳能草坪灯上。
另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，可以调整明暗，并可频繁开关，而且不会对LED的性能产生不良影响。
因此，从牢靠性、性价比、色温柔发光效率等几个方面综合考虑，设计时可挑选额定电压为3.3 V、工作为6 mA的超亮LED作为光源。
因为草坪灯不但要有装点作用，还要有一定的照明功能，故可挑选8个LED用法。
1.2太阳能电池的挑选太阳能电池是依据PN结的光伏效应原理把太阳光能转化为电能的半导体器件，是超级电容器太阳能草坪灯的核心器件。
太阳能电池性能的好坏挺直打算着能量的转换效率及输出电压的稳定性，同时也挺直打算了超级电容器太阳能草坪灯的性能。
因此，设计时应采纳性价比比较好的单晶硅太阳能电池。
因为地球上各个地区的太阳年总辐射量与平均峰值日照时数不同，太阳能草坪灯的设计和灯的用法地理位置是有关系的，太阳能电池组件额定输出功率和灯具的输入功率之间的关系大约是2～4：1，详细比例要按照灯的天天工作时光以及对延续阴雨天的照明要求打算。
应急供电型太阳能草坪灯设计书
应急供电型太阳能草坪灯设计书摘要太阳能系列草坪灯主要用来亮化点缀照明，采用高亮度LED发光二极管设计，具有亮度高、安装简便、工作可靠、不敷设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点。
太阳能草坪灯光源及电源系统设计方法由于太阳能草坪灯独特的优点，近年来得到迅速发展。
草坪灯功率小，主要以装饰为目的，对可移动性要求高，电路铺设困难，防水要求高的场地适用。
但是由于发展速度过快，导致了我们已经面世的一些草坪灯具有先天的不足。
比如一些产品功能单一、实用性仅仅是照明美观之用，这些无异于是对太阳能产品的不重视。
本文就设计一款倾向于紧急备用电源和具有照明引路功能的太阳能草坪灯显示出许多前所未有的优势。
本设计首先采用了太阳能电池作为能源，以达到环保节能的目的，其次内部设置有蓄电池，用于保证在阴雨天气对蓄电池进行充电，以给草坪灯供电。
控制电路分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略，能根据光线和定时控制的要求决定草坪灯的点亮和关断。
系统有很好的抗干扰性，由于具有备用电源功能，因此其连续工作时间比市场上的产品要久许多。
关键词：太阳能草坪灯、备用电源、应急、蓄电池；目录1 引言 (3)1.1太阳能草坪灯简介 (3)1.2 太阳能草坪灯的结构组成 (4)2 可应急供电型太阳能草坪灯的设计 (4)2.1 设计思路 (4)2.2 产品的功耗、容量计算 (5)2.2.1 新余周边城市近30年天气概况表1[1] (6)2.2.2 蓄电池容量计算与选取 (7)2.2.3 太阳能电池板功率计算与设计 (9)2.2.4 产品光源的选取 (10)2.3 产品的电路设计 (12)3 产品设计总体分析 (13)3.1 产品性价比分析 (13)3.2 总结与心得体会 (14)参考文献 (15)1 引言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。
太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。
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太阳能草坪灯的设计方案
随着经济的发展和社会的进步，人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源已成为当前人类面临的迫切课题。
由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性，太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。
太阳能的存储是太阳能产品发展的关键，目前主要采用各种电池，但是电池的充电时间长、寿命短以及不环保一直是太阳能产品发展的瓶颈，而超级电容器作为一种充电快、寿命长、绿色环保型储能元件，它给太阳能产品的发展带来了新的活力。
本文详细介绍了一种超级电容器太阳能草坪灯的设计及实现方法。
该草坪灯很好的结合了太阳能和超级电容器的优势，它无需安装其他电源，就可以主动发光，还能够根据环境光线的强弱自动控制灯的开关，而且安装方便、不用布线、工作稳定可靠、免维护、环保无污染、使用寿命长，可广泛应用于广场绿地、小区草坪等场所。
1 设计选择
1.1光源的选择
由于LED技术目前已经实现了关键性突破，同时性能价格比也有较大地提高。
现在的LED寿命已可达到100 000h 以上，而且工作电压低，非常适合应用于太阳能草坪灯上。
另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，可以调节明暗，并可频繁开关，而且不会对LED的性能产生不良影响。
因此，从可靠性、性价比、色温和发光效率等几个方面综合考虑，设计时可选择额定电压为3.3 V、工作电流为6 mA的超亮LED作为光源。
由于草坪灯不但要有装饰作用，还要有一定的照明功能，故可选择8个LED使用。
1.2太阳能电池的选择
太阳能电池是依据半导体PN结的光伏效应原理把太阳光能转化为电能的半导体器件，是超级电容器太阳能草坪灯的核心器件。
太阳能电池性能的好坏直接决定着能量的转换效率及输出电压的稳定性，同时也直接决定了超级电
容器太阳能草坪灯的性能。
因此，设计时应采用性价比比较好的单晶硅太阳能电池。
由于地球上各个地区的太阳年总辐射量与平均峰值日照时数不同，太阳能草坪灯的设计和灯的使用地理位置是有关系的，太阳能电池组件额定输出功率和灯具的输入功率之间的关系大约是2～4：1，具体比例要根据灯的每天工作时间以及对连续阴雨天的照明要求决定。
本系统的太阳能电池的功率为3.3V×0.006×8=0.1584 W，假设每天工作12个小时，太阳能电池功的效率为40％，每天有效工作时间为5小时，则可选用3 W／6 V的太阳能电池。
1.3超级电容的选择
由于太阳能电池的输入能量极不稳定，同时草坪灯只是在周围光线较弱时才发光，因而必需配置蓄电系统才能有效工作。
现阶段普遍采用铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池或Ni-H蓄电池，但采用蓄电池作为蓄电系统有许多缺陷：首先可充电型蓄电池的充电次数有限(小于1000次)，使用寿命较短；其次，由于其化学结构的影响，它不能进行大电流充电；第三，蓄电池需要有防过充、防过放以及温度补偿等控制电路，而且控制电路比较复杂；第四，可充电型蓄电池主要利用化学反应来进行充放电，电池中的废物会对环境产生污染，不属于环保产品。
因此，本产品中选用超级电容做为储能元件。
该电容具有法拉级的超大电容量，超强的荷电保持能力，且漏电流非常小，8小时电压下降率小于5％；无须特别的充电电路和控制放电电路，充电迅速，而且可以在仅高于其漏电流(典型值约为1 mA)的状态下充电，因此，即使在阴天，太阳能电池也能对超级电容器充电；与蓄电池相比，其过充、过放都不对其寿命构成负面影响，可靠性高、使用寿命长(充放电循环寿命在10万次以上)；此外还具有优良的温度性能，可在-40℃～75℃的环境温度中正常使用；无污染，是一种绿色电源；可焊接，而且不存在象蓄电池那样接触不牢固等问题。
本太阳能草坪灯产品选用锦州凯美能源有限公司生产的6个2.5 V／150 F超级电容器组成的5.0V／225 F电容器模块，其单只电容器产品的ESR(DC)只有20mΩ，直径25 mm，高为48 mm。
5 V／225 F超级电容器充电时间为(在充电电流为450mA的情况下)：
式中：C-电容器额定容量；△U-电容器工作电压变化；I-电容器充电电流；t-电容器充电时间。
超级电容器放电时间为：
式中：ESR为电容器的直流内阻。
5 V／225 F超级电容器可从5 V放电到0.6 V。
2系统控制电路的设计
2.1 充电电路
本系统中的充电电路由防过压和防反充电路构成，图1所示为其充电电路，图中的ZD1为5.6V稳压二极管，当电池电压高于5.6 V时，Q2导通，硅电池全部电流通过电阻Q2消耗掉，当硅电池电压降到5.6 V以下时，Q2截至，硅电池给超级电容充电，并同时保护超级电容。
防止反充电控制电路可以保证在太阳能电池输入电压低于超级电容电压时，超级电容不会反向对太阳能电池充电，以免造成不必要的能量损耗。
反充电控制可由图1中的二极管D1来完成，这个二极管选用肖特基二极管，因为肖特基二极管的导通压降比普通二极管低。
2.2驱动LED稳压电路
由于所选用的LED灯的额定电压为3.3 V，而超级电容器的电压为5.0 V，并且超级电容器在放电过程中电压会不断降低，因此需要有稳压电路来驱动LED。
本文选用CMOS工艺制造且静态电流极低的VFM开关型DC／DC升压稳压器，该芯片内部包括VFM控制电路、LX 开关驱动晶体管、基准电压单元、振荡器、误差比较放大器、电压采样电阻、LX开关保护电路等。
芯片外部只需要一个电感、一个输出电容和一个肖特基二极管就可以提供稳定的低噪声输出电压。
该稳压器具有8μA的极低输入电流、低纹波、低噪声特性，效率可达到80％，并具有0.6 V的极低启动电压，输出电压精度可达±2.5％。
该部分电路如图2所示。
其中331C外围的电感和二极管会影响转换效率，此外，电容和电感也会影响输出波纹。
因此。
设计时应选择合适的电感、电容和肖特基二极管以获得较高的转换效率和较低的波纹和噪声。
根据331C的数据手册，本设计选择
47μH且小于0.5 Ω的电感和47μF的低ESR的钽电容。
用于整流的二极管对DC-DC的效率影响很大，虽然普通的二极管也能够使DC-DC电路工作正常，但是会降低DC-DC转换器5％～10％的效率，所以D3采用正向导通电压较低、反应时间较短的肖特基二极管lN5817。
2.3光控电路
超级电容器太阳能草坪灯需要光控开关电路来控制LED的开关。
以便在周围环境光线变暗时点亮LED，并当光线变亮时关闭LED。
有些光控开关电路采用光敏电阻来开关LED，也可以直接采用太阳能电池做光敏开关，因为太阳能电池特性比光敏电阻好。
这部分电路如图3所示。
图3中，U1为带施密特触发器的六反相器74HC14，其中的多谐振荡器由第二个反相器与R5和C1构成。
这样，在白天光线变亮时，太阳能电池电压升高，74HC14的1脚为高电平，74HC14的2脚为低电平，8脚同样输出低电平，三极管Q1截至，LED关断。
而当光线变暗时，太阳能电池电压降低到一定程度时，HC14的1脚为低电平，HC14的2脚为高电平，多谐振荡器开始振荡，并经过Y4输出高、低电平，Q2时而导通时而截至，此时只要调节R6和C1的值，以把闪光频率调节到人眼不能分辨即可，这样做的最大好处是可以延长草坪灯工作时间。
经实际测试，该电路
可以每天连续工作10小时以上，完全可以达到用户的使用需求。
3 结束语
本超级电容器太阳能草坪的设计采用了超级电容和集成的DC-DC芯片，因而整个电路设计简单，可靠性高，属于绿色环保产品。
目前，此设计已经成功应用于实际产品之中。
设计要求
电池板的面积、功率的计算和选用
蓄电池容量、恒流充放电控制
光电控制要求光线较暗、路灯未点亮时草坪灯开始照明草坪、天亮后自动关断
方案选择
太阳能草坪灯的控制与路灯的控制电路功能一样，都是为了完成晚上亮灯，早晨熄灯的作用，
还有就是对蓄电池的充电管理。
单独的光控开关一般采用感光探头，当晚上光线弱时，自动开启草坪灯；早上光线强时，自
动关闭草坪灯，达到自动控制的作用。
为了节省电力，早期的光控开关，使用分立半导体器
件，电路复杂，元器件较多，体积也比较大，并且故障率高。
随着半导体技术的发展，出现
了时机集成电路，如NE555等，使光控开关电路简化。