摘 要
本文设计了一种具有时控和光控功能的太阳能灯箱，该灯箱利用光敏电阻实现光电控制，利用单片机AT89S51控制灯箱照明，包括灯箱点亮和熄灭及灯箱点亮和熄灭时间。白天太阳能电池板在系统控制下给电池充电，充满自动断开；傍晚光线暗时控制电路自动接通灯箱电源，此时灯箱点亮，方便广告宣传；深夜行人少时根据设臵的时间熄灭灯箱，这样可避免长明灯节约电能；黎明前车辆和行人多时再自动接通电源点亮灯箱；天亮后自动关断。介绍了太阳能灯箱电路的组成，详细分析了主要电路的工作过程，简述了该灯箱电路的调试过程。
关键词：太阳能电池板，灯箱，光电控制，定时控制
Abstract
This article describes a solar energy lamp-box controller with a time control and a light control functions which controls lamp-box lighting by using an AT89S51 of MCU.The light and off time of the lamp-box was stored in the internal RAM of AT89S51.The photoelectric control is realized by using photoperiod-sensitive resistors. The lamp-box will automatically be switched on power at the dimly afternoon and turned off according to the setted-time when fewer pedestrians appear in the street late at night by control circuit, then automatically be connected to power to light up the lamp-box in the morning and turned off after dawn. In this paper, a detailed analysis of every part of the lamp-box circuit and its working principle and a briefly debugging process of the circuit were given.
Keywords:Solar cell panel, Advertising lamp box, Optoelectronic control, Timing control
目 录
1 前言 ........................................................................................................................... 4
1.1 研究背景、目的与意义 ................................................................................. 9
1.1.1新能源开发的必要性 ........................................................................... 9 1.1.2太阳能利用的优势 ............................................................................... 9 1.1.3太阳能LED灯箱的优势 ..................................................................... 2 1.1.4系统的拓展应用 ................................................................................... 4 1.2 国内外现状 ..................................................................................................... 4 2 方案论证 ................................................................................................................... 6
2.1 设计要求 ......................................................................................................... 6 2.2 方案选择 ......................................................................................................... 6 2.3 系统总体框图 ................................................................................................. 7 3 系统硬件设计 ........................................................................................................... 7
3.1 太阳能充电控制 ............................................................................................. 7
3.1.1 控制电路功能 ....................................................................................... 7 3.1.2 充电控制 ............................................................................................... 8 3.2 LED照明控制 ................................................................................................. 9
3.2.1 稳压电路 ............................................................................................... 9 3.2.2光控电路及单片机最小系统 ................................................................ 9 3.3 照明负载 ....................................................................................................... 12 3.4蓄电池及其选用 ............................................................................................ 14
4.5.1蓄电池 ................................................................................................. 14 4.5.2蓄电池选用 ......................................................................................... 15 3.5 太阳能电池板组件 ....................................................................................... 15
4.4.1太阳能电池板 ..................................................................................... 15 4.4.2太阳能电池板选用 ............................................................................. 18 4.7 显示电路 ....................................................................................................... 19 5 系统软件设计 ......................................................................................................... 20 6 总结 ......................................................................................................................... 21 致谢 ............................................................................................................................. 21 参考文献 ..................................................................................................................... 22 附录1 总体电路 ........................................................................................................ 23
附录2 程序清单 ........................................................................................................ 24
1 前言
1.1 研究背景、目的与意义
由于全球性能源危机，世界普遍重视可再生能源的利用与研究。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。太阳能路灯以其不用专人管理和控制，安装一次性投资无需日后电费开支，无需架设输电线路或挖沟铺设电缆．可以方便安装在广场、校园、公园以及不便于架设输电线路的地方等多方面的优点而越来越受到重视。 1.1.1 新能源开发的必要性
跨入21世纪后，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题。而能源问题更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏，更严重的是化石能源的开发利用更加剧了环境的恶化。主要表现为以下几个方面：
(1)能源短缺。常规能源的有限性和分布不均匀，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需求。从长远来看，全球已探明石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，人类迟早要面临化石燃料枯竭的危机局面。
(2)环境污染。燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质排入天空，是大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；甚至在局部地区形成酸雨，严重污染水土资源。
(3)温室效应。化石能源的利用不仅造成环境污染，同时会排放大量的温室气体，产生温室效应，引起全球气候变化 1.1.2 太阳能利用的优势
人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。据预测，到本世纪中叶可再生能源在世界能源结构中将占到50％以上，包括太阳能在内的可再生能源在本世纪将会以前所未有的速度发展，逐步成为人类社会基础能源的重点。太阳能具有独特的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担当重任，成为21世纪后期的主导能源。我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，全国各地太阳辐射总量达335～837百万焦耳／平方米·年 中值为586百万焦耳／平方米·年 。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里
平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城’’的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005．7h，相对日照为68％，年平均晴天为108．5天，阴天为98.8天，太阳总辐射为816 ，比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都’’之称的成都市，年平均日照时数仅为1 152．2h，相对日照为26％，年平均晴天为24．7天，阴天达244．6天。其它地区的太阳年辐射总量居中[1]。
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。在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。
市电照明灯具安装复杂：在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。
市电照明灯具电费高昂：市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配臵进行维护或更换，维护成本逐年递增。太阳能照明灯具免电费：太阳能照明灯具是一次性投入，无任何维护成本，三年可收回投资成本，长期受益。
市电照明灯具有安全隐患：市电照明灯具由于在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠。
太阳能灯照明的其它优势：绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。综上对比所述，太阳能照明之安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性将为楼盘的销售、市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。 1.1.3 太阳能LED灯箱的优势
随着可持续发展的不断深入，人们在积极开发各类可再生新能源的同时也在倡导节能减排的绿色环保技术而在照明领域，寿命长节能安全绿色环保色彩丰富微型化的 LED固态照明也已被公认为世界一种节能环保的重要途径，太阳能LED灯箱同时整合了这两者的优势。
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件，不依靠灯丝发热来发光，而是依靠材料中的正负电荷复合来发光，能量转化效率非常高。具有高效、节能、寿命长、免维护、环保等优点。传统的光源功耗比较大，而且大多在高压下工作，使用升压逆变环节又降低了能源利用率，而LED