【正文】 的亮化照明需要。不管是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外都在致力于太陽(yáng)能的研究和推廣上面投入了可觀(guān)的資金，這就有利于這一新產(chǎn)品的逐步推廣。但是太陽(yáng)能路燈電池板的光電轉(zhuǎn)換效率較低，目前僅有15％左右，嚴(yán)重影響到太陽(yáng)能路燈的發(fā)電效率。 采用LED作為光源，可以在野外活動(dòng)或緊急情況時(shí)使用,同時(shí)攜帶比較方便。 用于廣告燈箱，目前不多，有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。 應(yīng)用于果園、種植園、公園、草坪等場(chǎng)所。由于其整體功率的限制，應(yīng)用于城市主干道上的案例不多。（4）太陽(yáng)能標(biāo)識(shí)燈取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。太陽(yáng)能電池通常經(jīng)過(guò)電氣連接和封裝形成模塊，通常在面向太陽(yáng)面采用玻璃或樹(shù)脂進(jìn)行密封，既可以使陽(yáng)光通過(guò)并保護(hù)半導(dǎo)體晶圓免受雨水、氣體等侵蝕。中國(guó)是能源消耗大國(guó)，能源消耗以煤、石油，天然氣為主，這些原料儲(chǔ)量有限，不可再生，而且能源消耗同時(shí)排出二氧化碳和硫的氧化物，導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)和酸雨，破壞環(huán)境?；谔?yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Based on the low energy consumption of solar energy intelligent street light control system design總計(jì)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28頁(yè)表 格 ： 4 個(gè)插 圖 ： 18 幅 目 錄1 引言 1 太陽(yáng)能在照明領(lǐng)域中的應(yīng)用 1 太陽(yáng)能路燈的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2 本文的研究目的和內(nèi)容 3 工作原理 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 4 關(guān)鍵技術(shù) 42 相關(guān)原理、技術(shù)介紹及元件的選擇 5 蓄電池的選擇 5 蓄電池的分類(lèi) 6 鉛酸蓄電池的選擇 6 路燈的選擇 6 紅外檢測(cè)技術(shù) 8 紅外成像檢測(cè)的基本理論 8 紅外成像系統(tǒng)的工作原理 8 紅外成像系統(tǒng)的類(lèi)型和組成 93 硬件分析與設(shè)計(jì) 10 蓄電池的控制系統(tǒng) 10 充放電電路 11 控制器的硬件結(jié)構(gòu) 12 智能路燈控制電路的設(shè)計(jì) 13 LED的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 14 LED的控制電路設(shè)計(jì) 154 軟件設(shè)計(jì) 16 蓄電池控制器的軟件流程圖 17 充電處理程序 18 紅外控制路燈軟件流程圖 185 其他設(shè)計(jì)要求 19 太陽(yáng)電池方陣設(shè)計(jì) 19 最佳傾角計(jì)算 20 太陽(yáng)電池方陣的方位角 20 蓄電池組容量的計(jì)算 21 接地和防雷裝置 216 調(diào)試與分析 21 硬件調(diào)試 22 軟件調(diào)試 22 24結(jié)論與展望 26參考文獻(xiàn) 27致謝 28 33 1 引言 太陽(yáng)能在照明領(lǐng)域中的應(yīng)用隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源提出了越來(lái)越高的要求，尋找新能源成為當(dāng)前人類(lèi)面臨的迫切課題。因此開(kāi)發(fā)利用可再生能源，對(duì)于保障能源安全，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。要想讓太陽(yáng)能為我們?nèi)祟?lèi)利用，這就需要太陽(yáng)能電池的幫忙了。太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的核心部件，太陽(yáng)能電池的光電效率和功率密度直接制約著太陽(yáng)能光伏的普及使用，所以需要不斷的進(jìn)行完善才能滿(mǎn)足需要。（3）太陽(yáng)能景觀(guān)燈用于夜晚導(dǎo)向指示、門(mén)牌、路口標(biāo)識(shí)的照明。（5）太陽(yáng)能路燈隨著與市政線(xiàn)路的互補(bǔ)，太陽(yáng)能光伏照明路燈在主干道上的應(yīng)用將越來(lái)越多。一般采用具有特定光譜的熒光燈，比較先進(jìn)的使用LED紫光燈，通過(guò)其特定譜線(xiàn)輻射誘殺害蟲(chóng)。隨著太陽(yáng)能技術(shù)和光源技術(shù)的不斷提高，太陽(yáng)能光伏照明還會(huì)有更多的使用場(chǎng)合和功能。 太陽(yáng)能路燈的現(xiàn)狀及發(fā)展前景太陽(yáng)能路燈是一種新生的科技，由于它的清潔無(wú)污染以及為我們的能源節(jié)約做出了巨大的貢獻(xiàn)，因此在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用都逐步在進(jìn)行推廣開(kāi)了。同時(shí)，對(duì)于路燈照度要求條件較高的城市道路而言，太陽(yáng)能路燈還存在光線(xiàn)覆蓋范圍窄、亮度不夠均勻等缺陷，成為太陽(yáng)能推廣應(yīng)用的很大障礙，這需要我國(guó)投入資金和人才來(lái)解決這一問(wèn)題。對(duì)于太陽(yáng)能路燈這一全新產(chǎn)品系而言，如今仍無(wú)法大規(guī)模推廣的最大因素，無(wú)疑是技術(shù)瓶頸。又可用于人口分布密度較小、交通不便經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、缺乏常規(guī)燃料，難以用常規(guī)能源發(fā)電，但太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)，以解決這些地區(qū)人們的家用照明問(wèn)題以及道路的照明問(wèn)題。為了能實(shí)現(xiàn)低能耗，該路燈采用了紅外線(xiàn)成像檢測(cè)，當(dāng)沒(méi)有行人和車(chē)輛時(shí)候路燈處于低能耗狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到有行人或車(chē)輛時(shí)候就控制路燈處于正常的工作狀態(tài)，這樣就避免了電能的浪費(fèi)?？墒侨绾巫龅綑z測(cè)，這就有借助于紅外成像技術(shù)檢測(cè)才可以，直流控制器能確保蓄電池組不因過(guò)充或過(guò)放而被損壞。紅外成像中的信號(hào)處理的基本任務(wù)時(shí)：形成與景物溫度相應(yīng)的視頻信號(hào)，如要溫度，還要根據(jù)景物各部分的溫度。當(dāng)探測(cè)器和前置放大器的阻抗不匹配時(shí)，可采用射極輸出電路來(lái)克服解決。這個(gè)參考源可以是無(wú)源的，如光闌；或者是有源的，如黑體。如圖2是一種直流恢復(fù)方案。紅外探測(cè)器并聯(lián)掃描裝置對(duì)景物或圖像同時(shí)取樣，并同時(shí)將對(duì)應(yīng)單元的輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這些信號(hào)并列注入到CCD移位寄存器各單元。高端頻率fH由成像系統(tǒng)所允許的景物最高空間頻率對(duì)應(yīng)的信道中的電信號(hào)頻率決定，如單元探測(cè)器光機(jī)掃描方式中，信道中的電信號(hào)頻率就是元件輸出端的電信號(hào)頻率，即fH=1/2?d。通常影響紅外圖像質(zhì)量的因素有固定噪聲干擾、隨機(jī)噪聲干擾、響應(yīng)度的差異等。對(duì)于固定噪聲的抑制，可以采用幀間相減的方法消除，而由計(jì)算機(jī)完成圖像相減運(yùn)算是很方便的。白天蓄電池把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化的電能通過(guò)充電器和蓄電池把電能儲(chǔ)存起來(lái)，晚上再通過(guò)放電器把儲(chǔ)存在蓄電池里的電能放出來(lái)進(jìn)行適當(dāng)使用，在實(shí)際的太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)中，蓄電池是最易損的、最易消耗的部分。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，與之配用的常見(jiàn)蓄電池一般有三種：鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池及其他蓄電裝置。可是目前為止，還沒(méi)有哪個(gè)蓄電池同時(shí)具有上述各種優(yōu)點(diǎn)。而鉛酸電池有如下的優(yōu)點(diǎn)：[8]1) 電池的能量密度雖不太高，但是其功率密度較高，這可以滿(mǎn)足各種用電設(shè)備的需要。4) 它的自放電速度可以說(shuō)是各種蓄電池中最低者，高溫下每個(gè)月只損失電池功率的5%左右。路燈光源最早使用白熾燈，后來(lái)發(fā)展到高壓汞燈、以高壓鈉燈哈金鹵燈為代表的高強(qiáng)度放電燈、高效節(jié)能燈、無(wú)極燈及LED燈。與傳統(tǒng)路燈相比，LED路燈具有很大的優(yōu)勢(shì)：[9]1) 光效和燈具出光率高，能耗低，高壓鈉燈的光效可以達(dá)到120lm/W而占主導(dǎo)地位，而目前LED的光效可達(dá)100120lm/W，逐步就會(huì)取代高壓鈉燈。而LED的啟動(dòng)時(shí)間只有幾十納秒，也不存在再次啟動(dòng)的等待時(shí)間，LED燈具可以正常工作在連續(xù)開(kāi)關(guān)通斷的狀態(tài)下。7) 低碳環(huán)保，高壓鈉燈等氣體放電光源含有汞等有害物質(zhì)，光源廢棄后會(huì)對(duì)環(huán)境和水源造成長(zhǎng)期、嚴(yán)重的污染。表1 LED燈具與高壓鈉燈的比較比較項(xiàng)目高壓鈉燈具LED燈具比較項(xiàng)目高壓鈉燈具LED燈具功耗高低，光源利用效率60%90%400W180W燈具使用壽命5～7年8～10年350W140W光源使用壽命20000h50000h250W100W呼吸過(guò)濾系統(tǒng)必需不需要150W70W防護(hù)等級(jí)IP65IP65色溫2000～25003500～7000K防觸電保護(hù)類(lèi)型I類(lèi)I類(lèi)顯色指數(shù)20～3080～93啟動(dòng)時(shí)間5～10min瞬間啟動(dòng)，無(wú)延時(shí)電源效率75%80%～90%環(huán)保不環(huán)保環(huán)保 紅外檢測(cè)技術(shù)紅外檢測(cè)的基本理論是基于熱輻射的普朗克定律和斯忒藩玻爾茲曼定律，即利用物體的輻射能與溫度的關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)的一種方法 。 紅外成像檢測(cè)的基本理論在自然界中，任何溫度高于0K的物體都是紅外輻射源，具有輻射現(xiàn)象。光機(jī)掃描包括兩個(gè)掃描鏡組，一個(gè)做垂直掃描，一個(gè)做水平掃描?；蛘哒f(shuō)，光機(jī)掃描器構(gòu)成的景物圖像依次掃過(guò)探測(cè)器，探測(cè)器依次把景物各部分的紅外輻射轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)視頻處理的信號(hào)，在同步掃描的顯示器上顯示出景物的紅外圖像。圖4 紅外成像系統(tǒng)的工作過(guò)程 紅外成像系統(tǒng)的類(lèi)型和組成目前的紅外成像系統(tǒng)可分為兩大類(lèi)：光機(jī)掃描和非光機(jī)掃描型。非掃描型紅外成像系統(tǒng)利用多元探測(cè)器陣列，使探測(cè)器中的每個(gè)單元與景物的一個(gè)微面元對(duì)應(yīng)，因此可取消光機(jī)掃描。采用熱釋電材料做靶面，制成熱釋電攝像管，直接利用電子束掃描和相應(yīng)的處理電路，組成電視攝像型熱像儀，完全取消了光機(jī)掃描，從而使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，有不需要制冷，成本也隨之降低，但性能不及光機(jī)掃描紅外成像系統(tǒng)，所以一般都會(huì)根據(jù)實(shí)際情況選擇，選擇最適合的進(jìn)行使用。目前太陽(yáng)能照明系統(tǒng)使用的蓄電池，需要在充電和放電過(guò)程中加以控制，頻繁地過(guò)充電和過(guò)放電，都會(huì)影響蓄電池的使用壽命。[12]光伏發(fā)電系統(tǒng)中充放電控制器的功能主要如下。通過(guò)一種繼電器或電子開(kāi)關(guān)連接負(fù)載，可在某給定低壓點(diǎn)自動(dòng)切斷負(fù)載。控制器的放過(guò)放電功能的實(shí)現(xiàn)方法是設(shè)置放電截止電壓，因太陽(yáng)能LED路路燈的負(fù)載功率相對(duì)于蓄電池是小倍率放電，所以放電截止電壓不宜過(guò)低。177。177。 [13]（1）并聯(lián)型充放電控制器電路圖5為并聯(lián)型充放電控制器框圖。開(kāi)關(guān)器件T2為蓄電池放電開(kāi)關(guān)。當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，VD2導(dǎo)通，蓄電池通過(guò)VD2短路放電，產(chǎn)生很大的電流，快速將熔斷器的熔體熔斷，起到“蓄電池反接保護(hù)”作用。當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿(mǎn)切離電壓”時(shí)，T1斷開(kāi)，是太陽(yáng)能電池不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。此類(lèi)控制器簡(jiǎn)單可靠，多用于小型光伏系統(tǒng)?？刂破餍枰獙?shí)現(xiàn)的功能有：天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)燈；天亮?xí)r自動(dòng)關(guān)燈；在蓄電池電量不足時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)負(fù)載，防止蓄電池過(guò)放電；并要具有短路保護(hù)、反接保護(hù)等。電壓檢測(cè)電路用于識(shí)別光照強(qiáng)度和獲取蓄電池端電壓，溫度檢測(cè)電路用于蓄電池充電溫度補(bǔ)償。狀態(tài)顯示電路用于系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，包括電壓、負(fù)載狀況及充放電狀態(tài)的顯示。圖7 太陽(yáng)能光伏控制器硬件結(jié)構(gòu)圖微處理器采用Atmel公司的8位嵌入式RISC處理器，具有高性能、高保密性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，具有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可獨(dú)立訪(fǎng)問(wèn)的哈弗結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。這就需要我們?cè)诼窡暨x擇和控制路燈工作的電路上下功夫，只要選擇得當(dāng)、設(shè)計(jì)合理合適，就能起到智能和低功耗的功效。LED驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)不同的應(yīng)