太陽(yáng)能智能控制器設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)書(shū)二級(jí)學(xué)院新能源科學(xué)與工程學(xué)院年級(jí)專業(yè)12級(jí)新能源科學(xué)與工程學(xué)號(hào)學(xué)生姓名分組號(hào)指導(dǎo)教師教師職稱設(shè)計(jì)書(shū)成績(jī)目錄TOC\o"1-3"\h\u12163一、項(xiàng)目課程目的 215736二、項(xiàng)目課程的任務(wù)和要求 231357三、項(xiàng)目小組成員及分工 36517四、項(xiàng)目實(shí)施步驟（小組討論實(shí)施的具體步驟） 423143五.主要元器件介紹 477315.1.電阻 4241555.1.1.電阻的定義 4237895.1.2電阻的作用 5161365.1.3電阻的阻值標(biāo)法 528273色標(biāo)法 5208575.2.二極管 5156895.2.1二極管的定義 5166555.2.2二極管的作用 536595.2.3二極管的工作原理 5210845.3.三極管 688465.3.1三極管的定義 6158055.3.2三極管的作用 6261275.3.3三極管的類型 6266015.4.發(fā)光二極管 7308715.4.1發(fā)光二極管的定義 7122385.4.2發(fā)光二極管的作用 72708六.草坪燈控制器的工作原理 711356.1.本控制器的工作原理 856426.2.本控制器的優(yōu)點(diǎn) 8191086.3.本控制器的缺點(diǎn) 831690七、仿真及調(diào)試 96632八、控制器中各電子元件的作用及相關(guān)參數(shù) 103978九、控制器的電性能參數(shù)、設(shè)備選型及預(yù)算 1120641十、心得體會(huì) 1212693十一、參考文獻(xiàn) 1217276附表：控制器設(shè)計(jì)圖紙 13一、項(xiàng)目課程目的本課程是新能源科學(xué)與工程專業(yè)集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)專業(yè)必修課程中的一門核心課程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。項(xiàng)目課程的開(kāi)發(fā)不必強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的系統(tǒng)性和嚴(yán)密性，應(yīng)該從職業(yè)崗位群的需要出發(fā)，圍繞職業(yè)崗位技能的形成把職業(yè)道德、專業(yè)技能、相關(guān)專業(yè)三個(gè)方面，按照崗位能力的需要，以技能的遞進(jìn)為順序，組成橫向的集群式模塊課程。即圍繞課程模塊梳理出支撐該模塊所必須的公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程、崗位知識(shí)課程和崗位技能課程以及專業(yè)實(shí)踐課程和技能實(shí)訓(xùn)課程和綜合職業(yè)能力應(yīng)用課程等。通過(guò)工作任務(wù)的完成，實(shí)現(xiàn)學(xué)生職業(yè)能力的漸進(jìn)提升。所以，項(xiàng)目課程是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。通過(guò)項(xiàng)目課程,學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)：1.查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；2.樹(shù)立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；3.用簡(jiǎn)潔的文字或清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力；4.對(duì)所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目任務(wù)，做成產(chǎn)品，提高動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。二、項(xiàng)目課程的任務(wù)和要求1、學(xué)習(xí)態(tài)度：要有勤于思考、刻苦鉆研的學(xué)習(xí)精神和嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、有錯(cuò)必改、精益求精的工作態(tài)度，對(duì)有抄襲他人設(shè)計(jì)圖紙（論文）或找他人代畫(huà)設(shè)計(jì)圖紙、代做報(bào)告等行為的弄虛作假者一律按不及格記成績(jī)，并根據(jù)學(xué)校有關(guān)規(guī)定給與處理。2、學(xué)習(xí)紀(jì)律：要嚴(yán)格遵守學(xué)習(xí)紀(jì)律，遵守作息時(shí)間，不得遲到、早退和曠課。如因事、因病不能上課，則需請(qǐng)假，凡未請(qǐng)假或未獲準(zhǔn)假擅自不上課者，均按曠課論處。3、課程目標(biāo)：掌握課程的基本理論和基本知識(shí)，概念清楚，設(shè)計(jì)計(jì)算正確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，繪圖符合標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫(xiě)規(guī)范。要敢于創(chuàng)新，勇于實(shí)踐，注意培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和工程意識(shí)。

（1）鞏固和加深對(duì)項(xiàng)目課程基本知識(shí)的理解，提高學(xué)生綜合運(yùn)用本課程自學(xué)知識(shí)的能力。

（2）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書(shū)籍、查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的所學(xué)能力。通過(guò)獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。

（3）通過(guò)太陽(yáng)能智能控制器項(xiàng)目課程方案的分析比較、設(shè)計(jì)原理、設(shè)備選型、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單太陽(yáng)能智能控制系統(tǒng)的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。

（4）掌握常用太陽(yáng)能智能控制器的基本參數(shù)，學(xué)會(huì)太陽(yáng)電池組件的容量計(jì)算、蓄電池容量計(jì)算、充放電保護(hù)、超壓過(guò)流保護(hù)等，提高學(xué)生動(dòng)手能力，能在教師指導(dǎo)下，完成項(xiàng)目產(chǎn)品任務(wù)。

（5）了解與課題有關(guān)的智能控制器的安裝及使用工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)的要求編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，能正確反映設(shè)計(jì)和產(chǎn)品成果。

（6）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，幫助學(xué)生逐步建立正確的生產(chǎn)觀念、工程觀念和全局觀點(diǎn)。三、項(xiàng)目小組成員及分工姓名任務(wù)分解完成情況查二極管資料,預(yù)算與采購(gòu)器件,焊接二極管,撰寫(xiě)設(shè)計(jì)書(shū)由于市面上供應(yīng)的電阻與所需的阻值不同所以采購(gòu)的電阻阻值小查發(fā)光二極管資料,設(shè)計(jì)電路與仿真,焊接發(fā)光二極管電路設(shè)計(jì)有待完善查三極管資料,焊接三極管,撰寫(xiě)設(shè)計(jì)書(shū)設(shè)計(jì)書(shū)的格式和語(yǔ)言需要仔細(xì)斟酌查電阻資料,撰寫(xiě)設(shè)計(jì)書(shū),焊接電阻設(shè)計(jì)書(shū)的格式和語(yǔ)言需要仔細(xì)斟酌查控制器資料,焊接光敏電阻完成CAD繪圖,焊接與調(diào)試焊接的美觀性與細(xì)節(jié)需要注意四、項(xiàng)目實(shí)施步驟（小組討論實(shí)施的具體步驟）小組成員分工查找資料，了解各種太陽(yáng)能草坪燈控制器的工作原理，并對(duì)所找的資料進(jìn)行匯總整理。（12月22日）小組成員對(duì)整個(gè)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)討論做出設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目實(shí)施的落實(shí)。（12月23日）洪運(yùn)瑤設(shè)計(jì)電路并繪制控制器的電路原理圖。（12月23日）小組成員根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路圖確定各電子元器件的型號(hào)及參數(shù)。（12月24日）萬(wàn)宸宇按照所選定的電子元器件型號(hào)做出合理預(yù)算并采購(gòu)。(12月25日)集齊控制器原理圖所需的電子元器件，小組成員按照分工表進(jìn)行電路板焊接工作。(12月26日)7.小組成員對(duì)所焊接的控制器電路板進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步了解該控制器的工作原理。(12月29日)8.小組成員各自撰寫(xiě)此次設(shè)計(jì)書(shū)并打印。（12月30日）9.小組成員對(duì)此次設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)并答辯。（12月31日）五.主要元器件介紹5.1.電阻5.1.1.電阻的定義電阻（Resistance，通常用“R”表示），是一個(gè)物理量，在物理學(xué)中表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。5.1.2電阻的作用主要職能就是阻礙電流流過(guò),應(yīng)用于限流、分流、降壓、分壓、負(fù)載與電容配合作濾波器及阻匹配等.數(shù)字電路中功能有上拉電阻和下拉電阻。5.1.3電阻的阻值標(biāo)法色標(biāo)法用不同顏色的色環(huán)來(lái)表示電阻器的阻值及誤差等級(jí).普通電阻一般有(4)環(huán)表示,精密電阻用5環(huán).5.2.二極管5.2.1二極管的定義二極管，（英語(yǔ)：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過(guò)，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。5.2.2二極管的作用二極管的主要特性是單向?qū)щ娦裕簿褪窃谡螂妷旱淖饔孟?，?dǎo)通電阻很??；而在反向電壓作用下導(dǎo)通電阻極大或無(wú)窮大。正因?yàn)槎O管具有上述特性，常把它用在整流、隔離、穩(wěn)壓、極性保護(hù)、編碼控制、調(diào)頻調(diào)制和靜噪等電路中。5.2.3二極管的工作原理晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的pn結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于pn結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，pn結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。pn結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。5.3.三極管5.3.1三極管的定義半導(dǎo)體雙極型三極管又稱晶體三極管，通常簡(jiǎn)稱晶體管或三極管，它是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件，可用來(lái)對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大和作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。5.3.2三極管的作用三極管的主要作用是電流放大，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。5.3.3三極管的類型三極管只有兩種類型，即ＰＮＰ型和ＮＰＮ型。判別時(shí)只要知道基極是Ｐ型材料還是Ｎ型材料即可。當(dāng)用萬(wàn)用電表R×1k檔時(shí)，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時(shí)導(dǎo)通，則說(shuō)明三極管的基極為Ｐ型材料，三極管即為ＮＰＮ型。如果紅表筆接基極導(dǎo)通，則說(shuō)明三極管基極為Ｎ型材料，三極管即為ＰＮＰ型。5.4.發(fā)光二極管5.4.1發(fā)光二極管的定義LED，即LightEmittingDiode的縮寫(xiě)，翻譯為發(fā)光二極管，它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無(wú)機(jī)發(fā)光二極管LED。5.4.2發(fā)光二極管的作用發(fā)光二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過(guò)時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?。它廣泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示等。六.草坪燈控制器的工作原理草坪燈控制器的工作原理圖6.1.本控制器的工作原理此次設(shè)計(jì)的控制器主要是利用太陽(yáng)能電池組件本身作為一個(gè)光敏器件來(lái)控制電路的工作狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)分別為:白天太陽(yáng)電池組件產(chǎn)生電壓，給VT1三極管的基極一個(gè)高電位，且集電極產(chǎn)生反向電壓，導(dǎo)致VT1導(dǎo)通，VT2的基極即是一個(gè)零電位，VT2截止、VT3截止，VT4的基極無(wú)電動(dòng)勢(shì)，LED不發(fā)光，此時(shí)太陽(yáng)電池組件只給蓄電池充電。另一個(gè)工作狀態(tài)為夜晚，太陽(yáng)電池組件不工作，此時(shí)只有蓄電池給負(fù)載供電(白天已為蓄電池充好電的情況下)，IN4007型號(hào)二極管主要是讓蓄電池不能給太陽(yáng)電池反充，起到一個(gè)阻斷作用。由于VT1的基極無(wú)電動(dòng)勢(shì)，即VT1截止，VT2導(dǎo)通，VT3導(dǎo)通，VT4也導(dǎo)通，LED發(fā)光。6.2.本控制器的優(yōu)點(diǎn)采用多極放大，對(duì)電池組件的敏感性有顯著提高，在相應(yīng)的參數(shù)下，當(dāng)太陽(yáng)電池電壓高于1.7V時(shí)，VT1導(dǎo)通，VT2、VT3截止，太陽(yáng)電池向蓄電池充電，LED不亮。當(dāng)太陽(yáng)電池電壓低于1.7V時(shí)，VT1截止，VT2、VT3導(dǎo)通。蓄電池向負(fù)載供電，LED發(fā)光，直到蓄電池電壓低于4.3V時(shí)停止向蓄電池供電，達(dá)到過(guò)放保護(hù)。6.3.本控制器的缺點(diǎn)由于過(guò)充保護(hù)電路比較復(fù)雜，考慮到蓄電池容量與太陽(yáng)電池的發(fā)電效率，這個(gè)控制器并沒(méi)有設(shè)置一個(gè)過(guò)充保護(hù)電路。七、仿真及調(diào)試1.白天，太陽(yáng)電池的電壓高于1.7V時(shí)，太陽(yáng)電池向蓄電池充電，LED燈不亮。2.晚上，太陽(yáng)電池的電壓低于1.7V時(shí)，蓄電池向負(fù)載供電，LED燈發(fā)光。當(dāng)蓄電池電壓低于4.3V時(shí)停止向負(fù)載供電，LED燈不亮，達(dá)到過(guò)放保護(hù)。4.電路焊接美觀，布局合理。產(chǎn)品調(diào)試結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。八、控制器中各電子元件的作用及相關(guān)參數(shù)1.蓄電池在白天光照條件下蓄能，在晚上無(wú)光環(huán)境下供負(fù)載工作。2.太陽(yáng)能電池白天產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)、產(chǎn)生電流與電壓，供蓄電池蓄能，且在本設(shè)計(jì)中充當(dāng)一個(gè)靈敏的光控器件來(lái)控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)。3.二極管IN4007防反充作用，阻斷蓄電池向太陽(yáng)能電池板放電。4.電阻R1VT1基極的電阻保護(hù)三極管的正常工作，同時(shí)起到限流作用，阻值為330k。5電阻R2主要是在VT1導(dǎo)通后，給VT2的基極一個(gè)高電壓使VT2導(dǎo)通。6.電阻R3與R2功能相同，在VT2導(dǎo)通后，提供一個(gè)高電位給VT3同時(shí)起到限流作用，使之截止或?qū)ā?.電阻R4與LED燈串聯(lián)的電阻，分壓與限流，保護(hù)電路，阻值為470歐。8.三極管VT1、VT2主要是白天VT1導(dǎo)通，VT2截止。夜晚VT1截止，VT2導(dǎo)通作一個(gè)開(kāi)關(guān)使用，型號(hào)9013、9014、NPN型。9.三極管VT3、VT4共同組成一個(gè)信號(hào)放大的功能，提高負(fù)載的輸出。10.發(fā)光二極管LED表示控制器的工作狀態(tài)，亮?xí)r表示夜晚蓄電池向負(fù)載供電，不亮?xí)r表示白天太陽(yáng)電池向蓄電池充電。九、控制器的電性能參數(shù)、設(shè)備選型及預(yù)算設(shè)備名稱電性能參數(shù)設(shè)備選型數(shù)量／個(gè)單價(jià)／元總價(jià)（元）二極管IN400710.55.6發(fā)光二極管10.5三極管ST9013C20.3S