本科毕业论文（设计）论文题目：太阳能广告灯箱设计与制作学生姓名： 所在院系： 机电学院所学专业： 应用电子技术教育导师姓名： 完成时间：23摘 要本设计采用新能源太阳能，用太阳能电池给高亮度LED供电，利用单片机技术实现广告灯箱的光电控制、定时控制和节能控制，克服阴天时不能及时照明灯箱、天亮后不能及时关断灯箱电源的现象，避免人工控制带来的长明灯现象，以节约电能。本设计采用时、光双控电路，时控电路用DS1302芯片，光控电路采用光敏传感器，再与单片机结合实现所需功能，使广告灯箱的工作时间更加合理化，更节约能源。关键词：太阳能电池，LED，时控电路，光控电路Development of solar advertising light boxAbstractThis design uses the new energy solar energy, with the solar cell for the high luminance LED power supply, realizes the advertisement lamphouse photoelectric control using the monolithic integrated circuit technology, the timed control and the energy conservation control, overcomes when the cloudy day cannot illuminate promptly the lamphouse, after the dawn, cannot shut off the lamphouse power sources phenomenon promptly, avoids large oil lamp lit day and night before Buddha status phenomenon which the manual control brings, by saves the electrical energy. This design uses, the light double controls the electric circuit, when controlled the electric circuit with the DS1302 chip, the light controls the electric circuit to use the photosensitive sensor, realized again with the monolithic integrated circuit union needs the function causes the advertisement lamphouse the operating time even more rationalize, more frugal energy. Keywords: solar battery, LED, Time control circuit, Light control circuit目 录1 引言12 系统原理与结构13 太阳能系统设计23.1 太阳能电池23.2 蓄电池33.3 太阳能控制器43.3.1 蓄电池充电控制基本原理43.3.2 蓄电池放电控制基本原理53.4太阳能电池板的选用63.5蓄电池选型63.6 倾角设计74 硬件电路设计74.1 时控电路74.2 光控电路84.3 恒流电路与负载电路84.4 显示电路94.5 单片机最小系统硬件电路设计105 主要元器件介绍105.1 单片机105.2 LED135.3 晶振135.4 DS1302错误!未定义书签。6软件部分157结束语15致谢16参考文献17附录118附录219附录3201 引言回顾人类能源消费的历史，大约经过了木、水、风、煤、石油等阶段，但是随着世界各国的快速发展，造成石油、煤炭等不可再生的自然资源的储存量越来越少，现在能源的发展正向太阳能源迈进。本设计就是利用新能源结合传统的广告灯箱制作而成的。太阳能广告灯箱主要结合广告市场新异个性化的需求，进行有针对性的外形设计，采用太阳能电池板、控制器、铅酸免维护蓄电池与超高亮度发光二极管新型光源作为供电系统和光源,同时运用高效纳米发光材料,使点光源变为面光源,发光更均匀，无排骨现象；做工精细、质量上乘、造型奇特。太阳能供电系统白天进行电能转换及储备,夜晚箱体发光。不仅节电、绿色环保而且起到广告媒介和美化环境的作用。太阳能广告灯箱凭借独特的设计理念为广告行业开辟一个全新的领域。不仅具有广告原有的宣传作用，还点亮了都市，小区的夜景生活。在不需要架电线，电缆的同时为我们的生活添加了一处别样的风景。2 系统原理与结构本系统利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池，白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚光控电路发出一个信号给单片机系统，单片机系统根据要求控制蓄电池对灯头放电，工作设定时间以后时控电路发出一个信号给单片机系统，单片机系统根据要求停止蓄电池对灯头的供电；黎明前时控电路再给单片机发出一个信号，单片机系统根据要求控制蓄电池对灯头放电，天亮后光控电路给单片机系统发出一个信号，单片机系统根据要求控制蓄电池停止放电，蓄电池放电结束。系统框图如图1所示。太阳能电池板蓄电池组LED负载时控电路充 放电 主电 路单片机系统光控电路充放电控制器图1 系统总体框图3 太阳能系统设计太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或 110V，还需要配置逆变器。3.1 太阳能电池太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”，用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。可将半导体太阳能电池的发电过程概括成以下四点：1、首先是收集太阳光和其他光使之照射到太阳能电池表面上。2、太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发出非平衡载流子（光生载流子）电子空穴对。这些电子和空穴应有足够的寿命，在他们被分离之前不会复合消失。3、这些电性符号相反的光生载流子在太阳能电池p-n结内建电场的作用下，电子空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在一边，在p-n结两边产生异性电荷的积累，从而产生光生电动势，即光生电压。4、在太阳能电池p-n结的两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出。太阳能电池的基本工作原理如下所述：图2 光生伏打效应原理图众所周知，物质的原子是由原子核和电子组成的。原子核带正电，电子带正电。电子就像行星围绕太阳转动一样，按照一定的轨道绕着原子核旋转。单晶硅的原子是按照一定的规律排列的。硅原子的外层中有四个电子。每个原子的外壳电子都有固定的位置，并接受原子核的约束。他们在外来能量的激发下，如在太阳光辐射时，就会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来的地方留出一个空位，即空穴。由于电子带负电，空穴就表现为带正电。电子和空穴就是电晶硅中可以运动的电荷。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中掺入能够俘获电子的硼、铝、镓或铟等杂质元素，它就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体半导体中掺入能够释放电子的磷、砷或锑等杂质元素，它就成了电子型半导体，简称n型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交界面处便会形成p-n结，并在结的两边形成内建电场，又称势垒电场。由于此处的电场特别高，所以也称为阻挡层。当太阳光照射p-n结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向p型区，从而使n区有过剩的电子，p区有过剩的空穴；于是就在p-n结的附近形成了于势垒电场相反的光生电场。光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分使p型区带正电、n型区带负电；于是就使得n区与p区之间的薄层产生了电动势，即光生伏打电动势。当接通外电路时，便有电能输出。这就是p-n结接触型硅太阳能电池发电的基本原理（如图2 ）。若把数个太阳能单体串联或并联起来封装成为太阳能电池组件，在太阳光的照射下，便可获得具有一定功率输出的电能。3.2 蓄电池蓄电池组是太阳能电池方阵的储能装置，其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能储存起来，在晚间或阴雨天时供负载使用。蓄电池组由若干蓄电池串并联而成。一般容量要能在无太阳辐射的日子里，满足用户要求的供电时间和供电量。目前常用的是铅酸蓄电池，重要的场合也有用镉镍蓄电池，但价格较高，相对来说应用没有前一种广泛。在光伏发电系统中，蓄电池处于充放电状态，夏天日照量大，方阵除了供给负载用电外，还要给蓄电池充电；冬天日照量小，这部分储存的电能逐步放出。在这种季节性循环的基础上还要加上小得多的日循环：白天方阵给蓄电池充电（同时方阵还要给负载供电），晚上负载用电则全部由蓄电池供给。因此要求蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，当然还要考虑价格低廉，使用方便等因素。镍镉蓄电池是一种带有记忆能力的蓄电池，在充电时把电能转换成化学能，放电时把化学能转化成电能。在使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能完全放出能量。比如，镍镉蓄电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池只能放出80%的电量。镍镉蓄电池材料利用率低，成本高，长期浅充放循环有“记忆效应”。 铅酸蓄电池没有记忆能力，同样能在充放电过程中把电能转换成化学能，浮充寿命可达10年以上，必要时，可高速率放电。其材料利用率高，制造工艺简单，结构紧凑，价格比较便宜，并且容量也比较大，适合做太阳能电池方阵的储能装置。考虑到蓄电池的自放电要小，耐过充放，而且充放电效率要高，价格低廉，使用方便等因素，选用铅酸蓄电池比较合适。3.3 太阳能控制器太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。3.3.1 蓄电池充电控制基本原理由于现在使用最多的是铅酸蓄电池，因此这里就以铅酸蓄电池为例介绍控制器的充电控制基本原理。附录1所示为一个采用直接耦合的方式的充放电控制器电路，该电路由集成运放LM358、CD4011、功率开关（50N06）可调电阻以及电阻、电容、二极管、三极管、发光管、插座等组成。该电路为12V的蓄电池设计的充放电控制电路，对蓄电池具有过充和过放保护功能，LED提供充放电状态指示，最大充放电电流为6A，PV组件正极流入端具有肖特基管D1，以PV组件代替光敏电阻，通过跳线JP0可实现白天充电夜间自动放电功能。蓄电池的充放电电压可根据具体的蓄电池的使用要求通过可调电阻W1、W3进行调节，一般标称为12V的铅酸蓄电池最低放电电压不低于11V（一般相当于75的放电深度，若要求蓄电池浅放电，这个值还需要