【正文】 對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)。 R RP C A Q Q2和 J1 組成過充電壓檢測比較控制電路； R RP C A Q Q4和 J2 組成過放電壓檢測比較控制電路。驅(qū)動(dòng)電路本身基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 的抗 EMI、噪聲、耐高壓的能力也關(guān)系到整個(gè) LED 燈具產(chǎn)品能否順利通過 CE、 UL等認(rèn)證，因此驅(qū)動(dòng)電路本身在設(shè)計(jì)伊始就要選用優(yōu)秀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 3） 功能要求：調(diào)光要求、調(diào)光方式、照明控制。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。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?？刂破餍枰獙?shí)現(xiàn)的功能有：天黑時(shí)自動(dòng)開燈；天亮 時(shí)自動(dòng)關(guān)燈；在蓄電池電量不足時(shí)，自動(dòng)斷開負(fù)載，防止蓄電池過放電；并要具有短路保護(hù)、反接保護(hù)等。當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時(shí)， T1 斷開，是太陽能電池不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，起到“過充電保護(hù)”作用。 開關(guān)器件 T2 為蓄電池放電開關(guān)。 177。 控制器的放過放電功能的實(shí)現(xiàn)方法是設(shè)置放電截止電壓，因太陽能 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低。 [12] 光伏發(fā)電系統(tǒng)中充放電控制器的功能主要如下。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。 目標(biāo)輻射光學(xué)系統(tǒng)光譜濾波光機(jī)掃描探測器探 測器 偏置 與前 放視頻處理視頻監(jiān)視目 視光 學(xué)系 統(tǒng)觀察器制冷器掃 描 同 步 器光 源 調(diào) 節(jié)與 分 配電 源 圖 4 紅外成像系統(tǒng)的工作過程 紅外成像系統(tǒng)的類型和組成 目前的紅外成像系統(tǒng)可分為兩大類：光機(jī)掃描和非光機(jī)掃描型。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。 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% 400W 180W 燈具使用壽命 5～ 7 年 8～ 10 年 350W 140W 光源使用壽命 20xx0h 50000h 250W 100W 呼吸過濾系統(tǒng) 必需 不需要 150W 70W 防護(hù)等級(jí) IP65 IP65 色溫 20xx～2500 3500～7000K 防觸電保護(hù)類型 I 類 I 類 顯色指數(shù) 20～ 30 80～ 93 啟動(dòng)時(shí)間 5～ 10min 瞬間啟動(dòng)，無延時(shí) 電源效率 75% 80%～ 90% 環(huán)保 不環(huán)保 環(huán)保 紅外檢測技術(shù) 紅外檢測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)行檢測的一種方法 。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)開關(guān)通斷的狀態(tài)下。路燈光源最早使用白熾燈，后來發(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、無極燈及 LED 燈。 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，這可以滿足各種用電設(shè)備的需要。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。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。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。如圖 2是一種直流恢復(fù)方案。當(dāng)探測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克 服解決。可是如何做到檢測，這就有借助于紅外成像技術(shù) 檢測才可以， 直流控制器能確保蓄電池組不因過充或過放而被損壞。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)人們的家用照明問題以及道路的照明問題。同時(shí)，對(duì)于路燈照度要求條件較高的城市道路而言，太陽能路燈還存在光線覆蓋范圍窄、亮度不夠均勻等缺陷，成為太陽能推廣應(yīng)用的很大障礙，這需要我國投入資金和人才來解決這一問題。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，通過其特定譜線輻射誘殺害蟲。 （ 4）太陽能標(biāo)識(shí)燈 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 用于夜晚導(dǎo)向指示、門牌、路口標(biāo)識(shí)的照明。太陽能電池通常經(jīng)過電氣連接和封裝形成模塊，通常在面向太陽面采用玻璃或樹脂進(jìn)行密封，既可以使陽光通過并保護(hù)半導(dǎo)體晶圓免受雨水、氣體等侵蝕。目前太陽能照明應(yīng)用技術(shù)已取得較大突破，并且已較成熟地應(yīng)用于建筑樓道照明、城市亮化照明等系統(tǒng)。中國是能源消耗大國，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。太陽能電池是太陽能光伏發(fā)電的核心部件，太陽能電池的光電效率和功 率密度直接制約著太陽能光伏的普及使用，所以需要不斷的進(jìn)行 完善才能滿足需要。對(duì)光源的光通量要求不高，系統(tǒng)的配置要求較低，使用量較大。 （ 7）太陽能燈箱 用于廣告燈箱，目前不多，有待于進(jìn)一步開發(fā)。所以說在我國還是有很大的發(fā)展空間。 面對(duì)如此多的優(yōu)勢， 伴隨著應(yīng)用瓶頸的打破，太陽能路燈必將迎來大規(guī)模推廣。 大概的工作原理就如圖 1 太陽能 LED 工作原理圖 [2] 太 陽 能電 池蓄 電 池L E D 工 作狀 態(tài) 控 制L E D 通 斷控 制充 電 供 電過 充 保 護(hù)過 放 保 護(hù)L E D 燈太陽光 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 圖 1 太陽能 LED 燈工作原理圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 該系統(tǒng)保護(hù)兩個(gè)大的部分：一是太陽能電池對(duì)蓄電池的充電，在蓄電池充電過程需要有過充電路的保護(hù)以免損壞蓄電池，在蓄電池對(duì) LED 燈供電時(shí)需要有過放電路來保護(hù)蓄電池；二是 LED 燈的工作控制，利用光控電路來控制路燈使其在白天熄滅，晚上點(diǎn)亮。當(dāng)信號(hào)振幅變化范圍很寬又不可能使用增益轉(zhuǎn)換開關(guān)時(shí)，可以使用對(duì)數(shù)增益前置放大器，以保證弱信號(hào)獲得高增益，強(qiáng)信號(hào)得到低增益。 [4] 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 探測器嵌位主放大前置放大溫度補(bǔ)償參考黑體嵌位信號(hào)溫補(bǔ)熱考源掃描取樣 圖 2 一種直流恢復(fù)方案 多路轉(zhuǎn)換技術(shù)，當(dāng)使用多元探測器時(shí)，通常要采用多路轉(zhuǎn)換技術(shù)把多個(gè)信號(hào)通道改成單個(gè)信號(hào)通道。前述交流耦合產(chǎn)生圖像缺陷的原因在于有限的時(shí)間常數(shù)限定了通頻帶低端截止頻率 fL,造成低頻信號(hào)衰減，平頂下降，因此需相應(yīng)地選擇fL，通常的方法是根據(jù)實(shí)際需要給定允許的下跌量，計(jì)算出 fL后考慮 1/f 噪聲的影響，最終確定 fL。圖像增強(qiáng)的方 法可分為時(shí)間域處理、空間域處理和變換域處理三大類。 [7] 鉛酸蓄電池的選擇 在光伏系統(tǒng)中，特別是獨(dú)立式的光伏系統(tǒng)，選擇合適的蓄電池十分重要。 2) 電池的生產(chǎn)工藝成熟可靠，電池的均勻性較好。 LED 照明是一種節(jié)能環(huán)保照明。 5) 便于光學(xué)設(shè)計(jì)， LED 體積較小，而且在半平面上定向發(fā)光，在進(jìn)行燈具設(shè)計(jì)時(shí)可以近似地將其視為電光源，非常合適采用透鏡或反射杯進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，獲得理想 的配光，實(shí)現(xiàn)較高的燈具效率。其通過掃描、記錄被測試零件表面上由于缺陷和材料不同的熱特性而引起的溫度變化來進(jìn)行紅外檢測。掃描器位于聚焦光學(xué)系統(tǒng)和探測器之間。 [11] 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 3 所示的紅外成像系統(tǒng)就是光機(jī)掃描型的，借助光機(jī)掃描使單元探測器依次掃過景物的各部分，形成景物的二維圖像，在光機(jī)掃描成像系統(tǒng)中，探測器把背景輻射從目標(biāo)信號(hào)中消除，從而獲得對(duì)比度良好的紅外圖像。 從圖 4所示的紅外成像系統(tǒng)框圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)包括四個(gè)組成部分：光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器及制冷器、電子信號(hào)處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。 1) 高壓斷開和恢復(fù) 功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開和恢復(fù)連接的功能。由于蓄電池電壓控制點(diǎn)是隨溫度而變化的，所以太陽能 LED 路燈的控制器應(yīng)該有一 個(gè)受溫度控制的基準(zhǔn)電壓，對(duì)于單節(jié)鉛酸蓄電池是 3~7mV/℃ ，通常選用 4mV/℃ 。 充放電電路 充放電控制電路主要是對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)，由于太陽能對(duì)蓄電池充電如果沒有控制電路就會(huì)對(duì)蓄電池過充電這樣 就會(huì)造成蓄電池壽命縮短甚至損壞蓄電池，同時(shí)蓄電池也不能過分供電，所以就要設(shè)計(jì)過充和過放電路來保護(hù)蓄電池，延長蓄電池的壽命。當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過載或負(fù)載短路時(shí)， T2 關(guān)斷，起到 “輸出過載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”作用。 這種方法必須使太陽能電池組件工作點(diǎn)電壓范圍與蓄電池可以穩(wěn)定充電的范圍匹配，也稱為電壓匹配型充電。 [14]控制器不僅擔(dān)負(fù)對(duì)整個(gè)太陽能 LED 路燈的狀態(tài)控制，還要保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。數(shù)據(jù)上傳接口電路用于系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 LED 的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路作為光源的載體直接影響 LED 燈具的壽命和故障率， LED 照明燈具的所有電子線路都在驅(qū)動(dòng)電路板上，驅(qū)動(dòng)電路板的材質(zhì)和加工工藝將直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)和壽命。 4） 其他要求：效率、尺寸、成本、故障處理、要遵從的標(biāo)準(zhǔn)及可靠性等。驅(qū)動(dòng)芯片自身功耗要求小于 ，開關(guān)工作頻率要求大于 120Hz，以免工頻干擾而產(chǎn)生可見閃爍。電位器 RP1 和 RP2 起調(diào)節(jié)設(shè)定過充、過放電壓的作用。 控制器的軟件流程圖如圖 12 所示，主程序主要完成對(duì) I/O、定時(shí)器和 PWM基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 的初始化，同時(shí)根據(jù)太陽能電池組件和蓄電池的狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的充放電子程序， 控制器 參數(shù)的測量主要由中斷服務(wù) 程序完成。鑒于此該系統(tǒng)采用了脈沖式充電這種方法是通過在充電電流中疊加一定頻率、寬度、高度的負(fù)脈沖或短時(shí)間的中途充電實(shí)現(xiàn)的。 最佳傾角計(jì)算 確定方陣的最佳傾角是光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。特別是在傾斜角大于 50176。以上所述為方位角、傾斜角與發(fā) 電量之間的關(guān)系，對(duì)于具體設(shè)計(jì)某一個(gè)方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考慮。在不同的季節(jié)，太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時(shí)候。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足；在超過用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲(chǔ)存起來。 1) 工作接地：將低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地，系統(tǒng)接地電阻應(yīng)小于 10Ω。分析就是要找到為什么沒有到達(dá)我們預(yù)期的要求同時(shí)要找到解決的方法，這樣就能不斷完善我們的產(chǎn)品，使其達(dá)到預(yù)期的效果。 0. 3 mA，基本驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的可行性。 /*充電 PWM 子函數(shù) */ void Cd_PWM(unsigned char state) { switch (state) 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 { case0x00://停止充電 { TCCR1A=0X00。//OCR1A 小，低電平時(shí)間長 TCCR1B=(1WGM12)|(1WGM13)|(1CS10)。 在實(shí)際調(diào)試中遠(yuǎn)處圖像畸變比較 大而且行距也大，偶爾還是可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提取 信號(hào) ，但是這對(duì) LED的控制影響不是很大。 太陽能作為新興起的清潔無污染的能源，鑒于它的諸多優(yōu)點(diǎn)，譬如取之不盡用之不竭，無需進(jìn)行搬運(yùn)等，緩解了能源短缺的壓力，不但節(jié)省了能源還保護(hù)了環(huán)境，當(dāng)然是未來首選可用的能源。 紅外成像技術(shù)是比較先進(jìn)的技術(shù)，在軍事 上已得到很廣的應(yīng)用。 當(dāng)然 經(jīng)過紅外成像系統(tǒng)對(duì)所獲取的圖像進(jìn)行處理可以得到比較清晰的紅外圖像，如圖 18所示 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)