毕业设计论文LED太阳能路灯控制器设计.doc

LED太阳能路灯控制器设计 根据LED太阳能路灯系统特点，设计了太阳能路灯控制器。详细说明了蓄电池充电控制及负载输出控制的硬件设计原理，并采用三段式充电理论实现了控制器的软件设计。控制器功能易于实现，满足控制和环保节能的要求。 太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染等优点，正得到迅速的推广应用。LED具有体积小而坚固耐用，耗电量低、使用奉命长、环保、光色性能好等特点，有资料显示，每年用于照明的电力在3000亿度以上，若采用LED照明，每年就可以节约1/3的照明用电，基本上相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。由于太阳能电池板输出的是直流电能，而LED也是直流驱动光源，两者的结合更能提高整个系统的效率，降低市政成本，所以LED太阳能路灯越来越受到人们的重视。 2LED太阳能路灯系统结构 LED太阳能路灯系统1所示，可以看出其由太阳能电池、路灯控制器、蓄电池、市电供电和LED路灯五部分组成，其中太阳电池用于把太阳光能转互电能，即白天时刻太阳能电池给蓄电池充电，并且可以根据太阳能电池两端电压的大小判断光亮程度。也就是从太阳电池电压的大小来判断天黑和天亮。蓄电池是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上或阴雨天系统和负载用电由蓄电池来提供。 3路灯控制器硬件设计 太阳能路灯控制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，其功能设计的好坏决定了一个太阳能路灯系统运行情况的优劣。路灯控制器需要实现的功能有：根据太阳亮度，白天断开LED路灯而给蓄电池充电，晚上通过蓄电池给路灯供电，并能分时段进行功率调整，在蓄电池电量不足时，自动切换到市电供电系统；防止蓄电池过充和过放，具有短路保护和反接保护功能等。 根据需要实现的控制功能，本文选择STM8单片机对LED太阳能路灯系统进行控制。 单片机主要完成的功能包括检测蓄电池两端电压并根据不同状态采用不同的充电模式；判断白天黑夜并以此来切换蓄电池充电和放电模式以及切换到市电供电系统。 路灯控制器中包括的电路模块比较多，如电源模块、复位模块、时钟模块等等，而对整个控制器至整个太阳能路灯系统比较重要的是电压检测模块及蓄电池充放电模块及切换模块。 3.1蓄电池充电控制电路 由控制器的实现功能知，白天太阳能电池给蓄电池充电，晚上或阴天用于LED路灯照明，实现绿色环保节能的目的，所以蓄电池充电控制电路在太阳能路灯控制系统中具有重要的作用。本文采用斩波式PWM充电原理，单片机首先检测蓄电池的两端电压，并与软件中设定电压相比较，进而选择不同的充电方式。具体的控制电路2所示，其中中J1、J3分别为蓄电池和太阳能电池的正极，单片机的口通过R20、R21及R18、R19分别对太阳能电池电压和蓄电池电压进行采样，经过AD转换判断，在满足充电或停止充电条件下，单片机P0.3口给出充电控制信号，使三极管S导通或截止，即可实现蓄电池充电，具体可见程序设计部分。其中图中D6为防反充肖特基二极管，避免当蓄电池电压高于太阳能电池电压时，蓄电池向太阳能电池反充电。D7是一个保护二极管，当蓄电池反接时电路断开，保护蓄电池，提高系统的可靠性。 3.2负载输出控制电路 为了在夜间不同时刻采用不同的亮度，以达到节约电能的目的，本系统设计了两路负载输出，晚上12点以前两盏LED皆亮，12点后一盏点亮，每路输出均有立的控制和检测。设计采用了PWM功率控制功能对LED灯具实现无级调光。单路原理3所示。其中单片机P0.6口给出控制信号，即P0.6=1时，三极管导通，继电器闭合，MOS管导通，蓄电池向路灯供电。在电量不足或白天时，控制端输出低电平信号，切断供电回路。夜晚蓄电池电量不足情况下由市电供电系统给LED路灯供电，保证系统的完整和可靠。 4系统软件设计 控制器能自动检测当前的状态，首先根据太阳能电池两端电压检测当前状态是白天还是黑夜，进而选择是充电模式或者放电模式。在充电模式中根据蓄电池两两端的电压选择不同的充电模式，如当充电电压高于保护电压（15V）时，自动关断对蓄电池的充电，此后当电压掉至维护电压（13.2V）时，蓄电池进入浮充状态，当低于维护电压（13.2V）后浮充关闭，进入均充状态。 在放电过程中，首先保证在晚上12点前开通两路负载，12点后开通一路负载，并且当蓄电池电压低于保护电压（11V）时，控制器自动切换到市电供电系统或关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。因此，充电管理和放电管理是系统软件设计中的主要内容，充放电程序流程图4所示： 太阳能作为取之不尽、用之不竭的清洁能源，必将得到人们越来越多的关注和利用，高效环保的太阳能LED路灯也将成为更多市政改扩建工程的选择。本文根据太阳能路灯的控制需要，对太阳能路灯控制器从硬件结构及软件开发方面进行了设计，该控制器具有抗干扰能力强、便于控制特点。 LED发光字使用中常见的5大问题： 1、LED使用寿命短：正规厂商生产的LED的理论使用寿命一般为80000个小时左右。而现在很多的发光字没用够一年就开始频繁更换LED模组，给客户和广告制作商都带来了很多麻烦和经济损失。 2、颜色衰减得非常快：刚安装好的发光字发出的颜色纯正明亮，可使用不到一年颜色就明显黯淡下来了。是字体变得红不红、绿不绿的非常难看。 3、颜色不匀，色差明显：主要表现在纯白色LED制作的体积较大的发光字上。在装配时单个模组表现不明显，整个字体装配完整后，色差就明显表现出来了，整个字面象地图一样，一片白、一片蓝、一片黄。 4、字体部分笔画、整体突然不亮或时亮时不亮：发光字在使用一段时间后局部或整个字体光源开始出现闪烁、时亮时不亮，直至完全不亮。 5、字体输出功率较大，省电节能不明显。 LED发光字使用中常见问题的解决方法： 1、正规厂家生产的合格LED单颗灯粒（需有厂家提供的质量参数说明），自己制作模组。切莫在电子市场贪图便宜LED单颗灯粒或已制作好的模块。如需模块，应看清模块上安装了几颗电阻，安装一颗电阻的模块最好不要使用。电阻在模块中所起的是限流作用，很容易发热。长时间连续使用，一旦电阻烧坏，这个模组就不亮了。LED灯一般不会坏。不要把模组扔掉，只需更换一只相同阻值的电阻即可正常使用。这样可为制作单位节省开支。为了减少麻烦、节省开支，最好选用安装有两颗电阻的模组。另外，对制作模组的供应商的生产设施要有所了解，看其在制作模组时是否采用了防静电设施。如果没有附加防静电设施，在使用中即使电阻没有被烧坏，LED灯也很容易被击穿损坏。 2、LED灯安全的使用电流一般为20毫安，超过这个数值，虽然亮度会增加一些，但是颜色的衰减会明显加快。所以，在已组装好的LED模组时一定要测试它的输出电流值。低于20毫安亮度不够，超过22毫安影响LED寿命，使颜色衰减加快。 3、白色的LED灯在出厂前都要经过分光分色（没经过分光分色的LED有的发出的光是纯白、有的偏蓝、有的发黄），分光分色仪昂贵，一般的小厂没有该种设备，所以生产的白光一般都是拿到大厂进行分光分色的，由于不是自己厂的产品，分光分色就不会那么仔细。有些小厂干脆就不分光分色。他们一般都是以低来拉客户的。所以在白光LED时不要一味的贪图便宜，一定要同一厂家、同一批次、同一色号的LED发光管单颗粒灯或模组来制作同一批次的发光字。 4、现在市场上销售的发光模组，大多是利用插接线连接的。这样，广告制作商在安装发光模组时方便快捷。但是也出现了一些新的问题，由于插接件在长时间的使用过程中受空气中的潮气侵蚀容易氧化导致接触不良，使局部或全部电路瞬间断电或彻底断电，导致字体光源闪烁或不亮。解决办法为： （1）、制作模块时不用接插件，直接用铜镀锡导线连接后用活性炭焊锡焊牢。 （2）、采用人造玛瑙制作全密闭的空心立体发光字，隔绝光源与空气的接触。 5、尽量采用五颗灯一组的LED发光模组，这样灯的数量没有改变，而功率则减少了五分之二。 LED发光字的发光形式： 1、LED单色发光字（红、黄、白、绿、蓝）；2、LED双色发光；3、LED多色发光字；4、LED七彩变色发光字（渐变、跳变、色彩闪烁、色彩变化）。 LED发光字的特点： 1、光亮度高：特别适合高楼、大厦的广告、大字。2、维修简便：比吸塑字、霓虹灯字维修及其简便。3、省电节能：比任何一款同等亮度的广告字都节能80%以上。 LED发光字的光源选择: LED可以给国家和使用者节省大量电能，给承做方节省大量工时。LED应用技术的发展，给竞争激烈的广告业增添了新的活力。其独有的、不同的发光形势、被广泛的应用在广告产品的制作领域。不同规格的LED有着不同的发光角度和不同的亮度。那麽，如何给不同的产品选择合适的LED,使其既能发挥最大功效，又能最大限度地降低成本呢现在我们看看南京比亚数码科技有限的专业建议。LED在发光字中的应用及使用 注意事项 立体发光字对光源主要有以下几点要求： 一、LED发光字字形的复杂及不同项目的不同规格，要求光源要有不受字形限制的通用性； 二、由于安装完成的LED发光字维修极为不便，为降低维修成本，要求光源具有较长寿命； 三、LED发光字要有足够亮度南京比亚工程部针对以上要求制作的LED发光模组，具有以上功能。比亚提供的适用于立体发光字的LED光源有两种：食人鱼和小草帽。食人鱼发光模组适用于字墙高度在8-10cm间的发光字。 一般来讲，3和5头的食人鱼发光角度为120度和90度左右。在这种距离下应用在吸塑字上的食人鱼发光模组，光线完全可以辐射开。不但节省了模组数量，经屏幕亮度计测试，对光强的利用率也恰到好处。对于字墙较矮、字形的吸塑发光字和雕刻发光字，就要采用发光角度在180度左右的平头食人鱼模组和小草帽发光模组。较大的光辐射面积可以使模组用量降低，而较矮的字墙又提高了字体的发光亮度。两者有机地结合起来，遵循了能量守恒定律，也体现了正确选择LED的重要性。 值得注意的是，LED发光字在使用LED发光模组的过程中，一定要注意电压降的问题。千万不要只做一条回路，从首串联到尾。这样做不仅会使首尾之间由于电压不同而导致亮度不一致，还会产生单路电流过大烧毁线路板的问题。正确的做法是尽量多并联些回路，以保证电压和电流的分配合理。另外，字腔内部如需使用防腐材料，最好是用白色底漆，以增加其反光系数。 LED在超薄标牌中的应用超薄发光标牌是在为提高商家场所利用率的基础上应运而生的。以往的超薄发光标牌和超薄发光灯箱厚度大致在1.5-3.0cm之间。2004年，南京比亚在此基础上，独立开发了一套厚度在0.8-1.5cm之间的超薄标牌。该产品采用了导光、注塑、雕刻、背光源等多种技术。特点是表面平整，无雕刻凹凸痕，发光均匀无弦光。版面可无限做大，小到科室牌，达到高速公路的路标指示均可制作。此种超薄标牌在LED的选择上，可根据客户要求的厚度和版面的尺寸来选择。厚度在8mm以下，面积在450cm2以下的超薄发光标牌，可选用贴片发光模组；厚度在8mm-10mm之间，面积在500cm2-400cm2之间的超薄发光标牌，可像素管发光模组；厚度在10mm以上的大型超薄发光指示牌，应选用发光角在30度以内的超高亮发光模组。 总之，广大广告界同仁在利用LED应用技术制作LED发光字时，除了要考虑LED发光字的稳定性之外，还要根据产品的要求来确定LED的发光角度，亮度及管与管之间的波长是否允许的范围内。只有合理的选择不同规格的LED，才能确保产品质量达标，同时，是产生成本降至最低。场景化的LED整体照明系统及其特征节能和保护环境是当今世界各国普遍关注的社会问题，并直接影响到人类社会的可持续发展。对直接消耗能源的照明产业，更加希望实现节能的绿色照明。半导体绿色照明光源的诞生被誉为照明领域的一次革命，其标志是半导体发光二极管（LED）作为新型光源从特殊照明市场逐渐进入普通照明市场，市场前景极为广阔。作为特殊照明光源的应用，白光LED已经显示出巨大的性能优势、强劲的发展势头和迅速增长的市场需求。在未来5年，LED灯很可能成为下一代照明的主流产品。 发光的二极管灯泡无论在结构上还是在发光原理上，都与传统的白帜灯有本质的不同。长期以来，人们之所以没有将发光二极管用于照明，主要是因为一方面发光二极管发出光没有实现红、绿、蓝三基色，也无法实现白光；另一方面是发光强度和光效达不到照明要求。现在这个困扰人们的难题终于得到解决。人们采用超高亮度蓝光LED为基础，采用多种途径实现了白光。已研制出可发白光的发光二极管灯泡发出的光线与阳光十分接近，具有良好的应用前景。正因如此，发光二极管灯泡将会从传统的电子设备指示灯中脱颖而出，成为照明领域的一可新星，导致一场新的照明革命。半导体超高亮度发光二极管（LED），尤其是氮化物白光发光二极管，具有体积小、电压低、寿命长、响应快、无频闪、耗能少、发热少等优点，正逐渐成为新一代绿色、节能、环保、长寿命的照明光源。 白光LED作为半导体发光光源，相比传统的照明光源，其电能消耗仅相当于后者的20%左右。使用寿命长达10万小时，是普通灯管的数十倍。它可靠性好，维护成本低。使用电压低，电压一般在5V以下，除了便携机器的液晶背光源，还可以用语野外照明，边远山区照明，矿工灯和水环境照明等。开关时间短，响应时间最低可达到1微秒，一般灯具为几个毫秒（现用的光源响应时间200毫秒）。环保，没有水银等有害废弃物，坚固不易破碎，减少废弃物对环境的污染。LED灯不含红外和紫外的成分，没有辐射污染，且直流驱动，没有频闪，是保护视力的环保光源。随着LED的广泛使用和性能的提升，一场新的照明革命即将到来已成为人们的共识，那麽这一期待的变革将给人们带来什么：这是开发LED应用产品和引导市场发展最关心的问题。 LED发光字/LED外露发光字的制作过程详解 在制作LED发光字之前，然让我们了解一下LED发光字（LED外露发光字）的制作材料：压克力板，镀锌板，不锈钢，钛金板等基本材料。 LED发光字（LED外露发光字）的制作过程是：1、大字先把整张的板材用机床冲好孔（根据LED的大小来定孔径）；2、把刻好的字焊接立体边（和烤漆字的做法一样）；3、打磨字的边角，不要有毛刺；4、烤漆处理；5、装LED灯，有分两种：A、一种是以前比较早的做法（材料成本低但人工多），就是用裸灯一颗一颗的连接，算好电流，然后封胶做防水处理，这种比较容易出问题；B、一种现在用很多的方式（材料成本高但人工少），就是用现在很多厂家做好的每颗灯用橡胶套做好了防水处理的连接好的灯串，这个市场上已经很多了，这种方式的也比较容易维护，保障大点。 LED吸塑发光字中LED灯的功率计算方式 1、LED吸塑发光字的功率计算法：一般LED模组的功率计算是：数量*0.24W=功率，一般市场上有各种接近所需要的电源，而电源也要选择一些有保障厂家生产的电源，而电源也要做好防水处理；2、在计算功率时也要尽可能地预留好线路损耗，一定不能超负荷的使用电源；一般只用到70%；3、要注意到市场上的电源一般也没有做足的功率。 ?LED立体发光字的特点及其制作方法 LED立体发光字的最大特点：1、夜晚字体明亮醒目（安装一种新型的超亮度发光源，使用寿命长，使它随亚克力板颜色发出耀眼的亮光）。2、立体感强（壁板放得越厚，立体感越强）。3、色彩鲜明（各色亚克力板材任意挑选，壁板与面板颜色随意组合）。 LED立体发光字的制作方法：第一步计算LED模组数量：采用等间距排布，在计算机上模拟LED模组分布，初步预算所需LED模组数量。模组间距可视亮度需要在3-6cm之间，发光字的厚度可选择5-18cm之间。第二步计算耗电总功率，选配电源：预算的LED光源模组数量×单个模组的功率=耗电总功率。建议电源选配要留有余量，按额定功率80%使用。根据使用环境选配普通或防水电源。第三步安装模组：清洁安装表面； 用双面不干胶粘在模组底部；均匀排布，接好连线；装上字槽面板并测度效果；最终成品 区分LED品质高低的因素是哪些如何说出两种LED的差别实际上，选择高品质的LED可以从芯片开始，直到组装完成，这期间有许多因素需要考虑。Tier-OnELED制造能够生产优良的、指标一致的晶圆是从高品质的LED制造材料做起的，进而可以制造出优良的芯片。在决定LED所有性能指标的条件中，晶圆生产工艺所采用的化学材料是相当重要的因素。 一片2英寸晶圆可以切割出6000多个LED芯片，这里面仅有个别芯片的性能指标与整体不同。而一个优秀的芯片生产商制造的芯片在颜色、亮度和电压降等方面的差异性非常小。当LED芯片封装完成后，它们的许多性能指标就有可能存在很大的差别，如视角。此外，封装材料的影响也是相当大的，例如，矽树脂就比环氧树脂的性能好。 分类能力 优秀的LED制造商不仅能制造高品质的芯片，而且也具有根据LED的颜色、亮度、电压降和视角的不同而对其进行分类包装的能力。高品质LED供应商会向客户提供特性一致的产品，而品质较低的LED供应商则只能提供类似于“混装”的LED。 对于高端的、品质要求严格的应用领域，例如机场跑道的边界灯，必须满足FAA级的颜色和亮度规范，为保证性能和安全，LED包装的一致性也是被严格限定的。包装等级较差的LED被用在要求严格的应用领域会导致过早发生故障等一系列非一致性问题，很有可能酿成重大事故。为了避免设备停机和保证设计中规定的LED具有可靠的特性，在高端和品质要求严格的应用中避免使用“混装”产品是相当重要的。 产品配套能力 除了分立LED，LED的组装和供电对于它的性能、亮度和颜色等指标都有非常重要的影响。由于环境温度、电流、电路结构、电压尖峰和环境因素等都能够影响LED的性能指标，恰当的电路设计和组装是保护LED和保证性能的关键。LED制造商也使用多种技术和不同的材料来设计电路结构和组装，大多数情况下，LED装配者的经验高低的差别会造成同一个应用中的LED在整体性能和可靠性上存在差异。 随着LED需求的迅速增长，服务全球市场的制造商和组装厂同样迅速增加。但令人遗憾的是，激增的支持厂家不仅大量采用低品质的LED，他们的封装和LED设计工程师经验也相对不足。因此，除了通过已有的经验准确筛选LED供应商外，OEM厂商也必须考察他们的电路设计和组装技术以确保满足设计规范，以及设计是否提供了足够的散热能力，因为导致LED发生故障和性能不一致的主要因素是过热。 为确保满足设计要求，OEM必须检测LED的组装和电路结构 协力厂商测试 为了消除测试中存在的不公正，许多都委讬协力厂商来测试LED的组装和电路结构。一个LED器件可能在苛刻环境下测试或使用数周。在测试过程中，同时进行压力、温度循环、电压固定/变化、电流固定/变化等测试，其他苛刻环境条件下的测试来决定LED是否满足应用的要求。测试前后发生的大量的参数改变都要被记录下来，同时要监视被测LED亮度、颜色和电压降的变化。 加速生命周期测试是特殊应用领域内避免故障的一个关键测试。测试有助于确保筛选出那些期望至少可以100000小时，但仅1000小时就提前发生故障的LED。这种情况是可能出现的，因为低品质的LED（也可能是组装设计得不合理的高品质LED）在1000小时后亮度就会降低。实际上，一个低品质的LED如果有更高的驱动电流，在初期会比高品质的LED更亮，然而，过高的电流会使LED发热过快，最终结果是亮度变暗或烧毁。 另外，组装技术在某种程度上对LED性能的影响要比芯片本身还大的例子也是有的。设计工程师应该向LED供应商索要LED的可靠性规范，并且也应该进行LED的组装测试以保证亮度比较高的确实更好。有些优秀的LED供应商可以保证他们的LED组装技术的可靠性能够持续三年或更长，并且可以进一步提供包含高品质LED和针对特殊应用而进行的恰当设计在内的最终LED产品。 检测的重要性 两个在运输领域内的应用有助于解释充分的测试如何防止LED在提供高度可视性的应用中发生故障。在20世纪90年代早期，LED用于轿车和卡车的刹车灯。有些LED设计很快就出现了性能指标上的不一致性，并很快烧毁了，其原因或许是由于LED的品质问题，或许完全是产品本身的设计问题。直到最近，在交通信号灯方面，当LED成为更合适的光源时，这种现象才被重视。设计布满LED的直径8英寸或12英寸的印制板的必须在选择LED和改善设计等方面考虑环境和应用需求。 以上任何情况，如果压力测试或加速生命周期测试都已经做过了，就可以认为是高品质的LED或LED的组装是合格的，也就可以应用在需要更长使用寿命和更高可靠性的场合了。 合理使用 不是每个应用都需要高品质LED组装技术的。如果LED的组装不符合苛刻环境的要求，应用也不一定会出现较大的安全风险，或者，如果最终产品的维修成本不是很高，采用差一些的组装技术也许更合适。