大功率太阳能LED路灯控制器设计方案

1、国家级大学生创新创业训练计划工程申报表推 荐 学 校郑州轻工业学院项 目 名 称大功率太阳能LED 路灯控制器设计项 目 类 型 创新训练工程创业训练工程创业实践工程所属一级学科名称电气工程所属二级学科名称电力电子与电力传动项目负责人杨朝勋申报日期2018年 3月 17日二一二年三月工程名称大功率太阳能 LED 路灯控制器设计1 / 6工程类型）创新训练工程 ）创业训练工程 ）创业实践工程工程实施时起始时间： 2018 年 3 月完成时间： 2018 年 7 月间姓名年级所在院系 /专业联系电话E-mail申请主持人人或申请团成员队杨朝勋09 级电气信息工程学院/电气自动化吴洋09 级电气信息

2、工程学院/电气自动化屈鹏09 级电气信息工程学院/电气自动化姓名吴振军研究方向电力电子技术年龄41专业技术职务副教授参与国家863 计划工程“电动汽车总线系统抗电磁干扰能力研究”和“电动汽车总线系统技术研究”，已通过国家验收；主持郑州市科技攻关工程太阳能LED 路灯照明的电源驱动与控制系统研究 已鉴定，国内领先），参与河南省科技厅科技攻关工程基于指ZigBee 的机动车尾气在线监测系统 已鉴定，国内领先），参与企导已鉴定，国内领教业横向工程车速里程表与出租车计价器检定仪师PXI 脉冲卡技术开发；目前在研河南省主要成果先），完成企业横向工程基础与前沿工程 1 项，已授权发明专利 2 项；发表学术

3、论文 20 余篇，其中 SCI 检索 1 篇， EI 检索 8 篇。参译著作 1 部，参编教材 1 部。2 / 6一、工程实施的目的、意义随着经济和社会的发展，节能减排工作的深入，中国城市化建设进程的加快，作为城市基础设施和城市景观之一的路灯建设和管理，越来越引起政府各部门的高度重视和社会各界的广泛关注。由于太阳能具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭的优点，LED 灯又具有长寿命、节能环保的优点，因此，太阳能光伏发电技术与大功率LED 照明技术相结合，构成绿色照明系统越来越受到政府和科研人员的关注，各种太阳能LED路灯控制器也相继被开发出来。我国的路灯总数超过1 亿盏，只要其中的6000 万

4、盏改成太阳能路灯，其每年节省的电量就超过一个三峡水电站的发电量，如果把今后每年新增的2000 万盏路灯全部改用太阳能路灯，三年下来又是一个三峡水电站。由此可见太阳能路灯的节能效果是非常可观。同时，随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，太阳能光伏发电系统的效率、性价比将得到迅速提高。因此，太阳能 LED 路灯具有极好的市场前景，而且也是开发可再生能源的一种最佳途径。开发和利用太阳能是远有前景，近有实效的事业。推广太阳能光伏发电技术在LED 路灯照明中的应用是一个具有重大意义的课题。二、工程研究内容和拟解决的关键问题研究内容：1、白天如何充分利用太阳能给阀控铅酸式密封蓄电池充电。2、夜晚如何根据大

5、功率LED 的特性控制蓄电池放电。拟解决的关键问题：1、将太阳能的最大功率点跟踪MPPT）技术与蓄电池的多阶段充电方法有机结合起来，提高系统对太阳能的利用率，延长蓄电池寿命。2、将LED 的模拟调光与数字调光巧妙结合起来，使并联LED 数目可以提前设定，亮度可以分时段调整，从而增强控制器的通用性，有效延缓LED 的光衰。3、在电路工作在大电流恶劣的环境下，如何防雷和防电磁干扰，提高控制器的稳定性，延长控制器的寿命。3 / 6三、工程研究与实施的基础条件指导老师是中科院电工所博士毕业生，具有副教授职称，是电气信息工程学院基础创新实验室负责人，具有指导学生的丰富经验，2018 年主持完成相关课题太

6、阳能LED路灯照明的电源驱动与控制系统研究，且已经通过省级签订，获国内领先。本团队成员均来自电气学院电气自动化专业本科生，对电力电子技术有较强的兴趣。大二时，我们系统学过模拟电子技术、数字电子技术、电路等电子类专业基础课程，具备了一定的专业基础知识；自大二下学期起，我们就开始在系里电子创新实验室学习，自学了51 单片机、高频电子线路、电力电子技术等课程，现在我们又系统学习了飞思卡尔单片机、控制理论的课程，已经基本完成电磁组的智能车设计，具备初步开发工程的技能。四、工程实施方案本工程拟采用的工作方案如图1 所示。太阳能电同步 Buck阀控密封式LED恒流LED路灯池组件及其驱动铅酸蓄电池驱动电路

7、双PWM双PWM信号V信号V、IT热敏电阻PIC16F877最小系统电路图 1系统工作方案图系统包括太阳能电池板组件、电压、电流和温度采集模块、同步Buck 及其驱动模块、阀控密封式铅酸蓄电池、LED 恒流驱动模块、 LED 路灯和PIC 单片机最小系统模块。太阳能电池组件为系统提供能源，单片机通过采集太阳能电池组件的输出电压来判别是白天还是黑夜，当检测到电池组件的电压高于一定值时，进入白天模式，单片机根据所采集的太阳能电池组件的输出电压、充电电流、蓄电池电压和环境温度等信号，控制同步 Buck 工作，实现对太阳能电池组件的最大功率点跟踪、蓄电池的分阶段充电和温度补偿；当检测到太阳能电池组件的

8、输出电压小于一定值时，进入黑夜模式，单片机输出两路 PWM 控制 LED 专用恒流驱动芯片 LT3755 驱动 LED 路灯工作，根据 LED 的并联串数，一路 PWM 经过滤波后通过 LT3755 的模拟调光方式确定恒流源的输出电流，一路 PWM 通过 LT3755 的数字调光方式控制LED 工作在全功率或半功率模式。4 / 6五、学校可以提供的条件1、学校提供实验实训场地；2、学校提供示波器、频率特性测试仪等仪器设备；3、提供工程开发经费；4、老师的支持和指导。六、预期成果1、完成具有较强通用性的大功率太阳能LED 路灯控制系统软硬件设计。2、发表科研论文 1-2 篇。3、研究报告 1 份。七、经费预算参考资料以及打印复印费约1000 元；大功率 LED 、太阳能电池、蓄电池、电子元器件费、制板费等约15000元；发表 论文版面费 约 2500 元；市场调研，车旅、邮费等约1500 元；合计：大约 20000 元。5 / 6八、导师推荐意见该组学生具有较强的独立思考和创新能力、具备初步科研和动手能力、对科学研究有浓厚兴趣。学生所选工程具有一定的理论意义和学术思想、