代码收藏家技术教程 16天前

毕业设计：单片机太阳能风能互补锂电池路灯控系统

文章目录

0 前言

1 太阳能发电设计

2 风能发电路设计

3 锂电池充电模块电路设计

4 实现效果

5 硬件设计

6 最后

0 前言

🔥 这两年开始毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。

为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是

🚩 单片机太阳能风能风光互补锂电池路灯控系统

🥇学长这里给一个题目综合评分(每项满分5分)

难度系数：3分

工作量：3分

创新点：5分

🧿 项目分享:见文末!

设计功能：

51单片机太阳能风能风光互补锂电池路灯控制器

本系统由STC89C52单片机、太阳能板、风机、锂电池充电保护、升压稳压、光敏检测、高亮LED灯、拨动开关及电源系统而成。

1、采用风机和太阳能电池板给锂电池充电，具有充电保护和稳压。

2、锂电池升压到5V给单片机及其他模块供电。

3、路灯用4个高亮LED灯模拟。

4、路灯控制分为手动模式和自动模式，手动模式下可以通过拨动开关控制其开灯或者关灯，自动模式下通过光敏电阻根据光照强弱自动控制灯的开和关。

毕业设计单片机太阳能风能风光互补锂电池路灯控制器

1 太阳能发电设计

太阳能电池板（Solar panel）是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，大部分太阳能电池板的主要材料为“硅”，但因制作成本较大，以至于它普遍地使用还有一定的局限。
相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品。

一、太阳能电池板结构组成

1）钢化玻璃，其作用为保护发电主体（如电池片），透光其选用是有要求的， 1.透光率必须高（一般91%以上）；2.超白钢化处理。

2） EVA用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，从而影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶连度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。

3）电池片主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣。晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，但消耗及电池片成本很高，但光电转换效率也高，在室外阳光下发电比较适宜；薄膜太阳能电池，相对设备成本较高，但消耗和电池成本很低，但光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，但弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，如计算器上的太阳能电池。

5）背板作用：密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都质保25年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。）

6）铝合金保护层压件，起一定的密封、支撑作用。

7）接线盒保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统。接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。

8）硅胶密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处。有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低。

当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料

单晶硅

单晶硅太阳能电池的光电转换效率为18%左右，最高的达到24%，这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命可达25年。

多晶硅

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约16%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。

本系统中选择9V多晶硅太阳能电池板作为发电元件，太阳能发电后经过TP4056模块给锂电池进行充电，同时因为锂电池的电压为3.7V-4.2V，而本设计的单片机等电路均为5V供电，所以用升压模块将3.7V的电压升到5V来给设备供电。本系统选择的太阳能电池板为多晶硅9V220ma，玻璃层压太阳能电池板 9V2W。工作时间：有充足的阳光的照耀就可以正常使用，非存电产品，电量即发即用。使用寿命：正常情况下，一般可以使用20-25年。实物图如下图所示。

其电路接口原理图如下图所示。

2 风能发电路设计

风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能，发电机在风轮轴的带动下旋转发电。广义地说，风能也是太阳能，所以也可以说风力发电机，是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电机。

本系统中选择5V微型风力发电机模块作为发电元件，风机发电后经过TP4056模块给锂电池进行充放电，同时因为锂电池的电压为3.7V-4.2V，而本设计的单片机等电路均为5V供电，所以用升压模块将3.7V的电压升到5V来给设备供电。实物图如下图所示。一般在风机输出正极串联一个1N5819二极管，单向导电作用，保护风机。

3 锂电池充电模块电路设计

TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的 SOP8/MSOP8 封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056 可以适合USB电源和适配器电源工作。由于采用了内部 PMOSFET 架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于 4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值 1/10 时，TP4056 将自动终止充电循环。当输入电压（交流适配器或 USB 电源）被拿掉时，TP4056 自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至 2uA 以下。TP4056 在有电源时也可置于停机模式，以而将供电电流降至 55uA。TP4056 的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的 LED 状态引脚。

本模块外围电路简单，保护性能好，充电精度高。

一、TP4056芯片特点
（1）高达 1000mA 的可编程充电电流
（2）无需 MOSFET、检测电阻器或隔离二极管
（3）用于单节锂离子电池、采用 SOP 封装的完整
（4）恒定电流/恒定电压操作，并具有可在无过热
（5）危险的情况下实现充电速率最大化的热调节
二、TP4056芯片功能
（1）精度达到±1%的 4.2V 预设充电电压
（2）用于电池电量检测的充电电流监控器输出
（3）自动再充电
（4）充电状态双输出、无电池和故障状态显示
（5）C/10 充电终止
（6）待机模式下的供电电流为 55uA
（7）2.9V涓流充电器件版本
（8）软启动限制了浪涌电流
（9）电池温度监测功能
（9）采用 8 引脚 SOP-PP/MSP-PP 封装。
三、TP4056芯片绝对最大额定值
（1）输入电源电压（VCC）：-0.3V～8V
（2）PROG：-0.3V～VCC+0.3V
（3）BAT：-0.3V～7V
（4）TEMP：-0.3V～10V
（5）CE：-0.3V～10V
（6）BAT 短路持续时间：连续
（7）BAT 引脚电流：1200mA
（8）PROG 引脚电流：1200uA
（9）最大结温：145℃
（10）工作环境温度范围：-40℃～85℃
（11）贮存温度范围：-65℃～125℃
（12）引脚温度（焊接时间 10 秒）：260℃
四、本模块特点：
（1）板载TP4056锂电充电管理芯片。
（2）板载MINI USB头，可以直接链接电脑USB口充电。
（3）本充电板也可以通过(IN+与IN-)排针供电。
（4）预留TEMP排针接口，可以作为锂电池温度检测用。
（5）输入电压：4V-8V ，输出最大充电电流：1000mA。
（6）充电时红灯亮，充电完成蓝灯亮。
五、接口说明
（1）IN+ 输入正极
（2）IN- 输入负极
（3）BAT+ 锂电池正极
（4）BAT- 锂电池负极
（5）MINI USB头输入口
三、使用说明
（1）本模块可用于单节锂电池或多节锂电池并联充电。
（2）充电时，红灯亮。充满点后，蓝灯亮。
（3）测试电流的电流表只能传戒在充电板的输入端。
（4）充电线不能过细过长，这样的话，连接电阻大，导致锂电池充满点后电池电压掉的就多。
（5）如果输入电压超过5V，会造成充电电流不超过1000mA，这是正常的，因为电压越高，芯片发热会越大，芯片会自动减小充电电流，不至于烧坏芯片，芯片在工作中60℃左右的发热是正常的，毕竟充电电流很大。
（6）模块输出端（即锂电池接口端）不可以反接，否则，模块会瞬间烧坏。
TP4056锂电池充电模块接口原理图如下图所示，锂电池并联的电容是滤波作用，保证锂电池充电电压的稳定平稳输出。