【正文】 29 圖 18 紅外圖像 經(jīng)過(guò) 調(diào)試將設(shè)計(jì)得到的太陽(yáng)能 LED 燈與普通的高壓鈉燈路燈進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的路燈智能化，節(jié)約電能。} 對(duì)于紅外成像部分的調(diào)試就是通過(guò)將獲得的圖像與已設(shè)定好的進(jìn)行比較是否一樣，如果是的話就執(zhí)行下面的程序進(jìn)行調(diào)控，不是則還繼續(xù)保持原狀。//關(guān)閉 PWM 時(shí)鐘 DDRD|=(15)。 圖 15 LED 日光燈電路輸出特性。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試就是要對(duì)所設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)是否達(dá)到性能要求，首先就要按照電路原理圖對(duì)電路板進(jìn)行檢查，看電器元件是否有錯(cuò)誤以及保證焊接方面沒(méi)有問(wèn)題。 3) 防雷接地：為了防止電氣設(shè)備遭受雷擊，將避雷針、避雷線和避雷器等避雷裝置進(jìn)行接地，接地電阻應(yīng)小于 10Ω。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池取得。如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻與發(fā)電峰值時(shí)刻一致時(shí)，請(qǐng)參考下述的公式。一般情況下，方陣朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為 0176。 以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時(shí)，發(fā)電量下降到最小。一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時(shí)，相應(yīng)的傾斜角也大。這樣就實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能這個(gè)過(guò)程最重要的就是對(duì)視頻信號(hào)的處理，將處理得到的信號(hào)與已設(shè)定好的進(jìn)行比較就可以得到是否是需要的，只有將信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)來(lái)控制芯片對(duì)電路的電阻進(jìn)行控制，當(dāng)有行人或車輛通過(guò)時(shí)就將會(huì)有控制器將滑動(dòng)電阻調(diào)到最小使 LED 燈處于正常工作狀態(tài)就實(shí)現(xiàn)了正常照明的效果的效果；當(dāng)然當(dāng)無(wú)行人或車輛時(shí)就會(huì)將滑動(dòng)電阻調(diào)到最大，使連入電路的電阻最大就使 LED 燈處于低 能耗的狀態(tài)就達(dá)到低能耗的效果。 2) 根據(jù)判斷來(lái)分別啟動(dòng)相應(yīng)的代碼段，是白天則啟動(dòng)白天處理子程序夜晚則啟動(dòng)夜晚處理子程序。被充電電池為 12V65Ah 全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；太陽(yáng)電池用一塊 40W 硅 太陽(yáng)電池組件，在標(biāo)準(zhǔn)光照下輸出 17V、 左右的直流工作電壓和電流； D1 是防反充二極管，防止硅太陽(yáng)電池在太陽(yáng)光較弱時(shí)成為耗電器。它在天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)燈，天亮?xí)r自動(dòng)熄滅。驅(qū)動(dòng) IC 若不能適應(yīng)寬電壓范圍，往往在輸入電壓升高時(shí)會(huì)被擊穿， LED 光源也因此被燒毀。 [15]LED照明燈具驅(qū)動(dòng)電路板的標(biāo)準(zhǔn)材料應(yīng)為全玻璃纖維雙面板，如采用半玻璃纖維或紙板單面板，其后期焊接品質(zhì)和防潮、抗老化能力以及電學(xué)性能都將大打折扣。該控制器在有太陽(yáng)光是接通太陽(yáng)能電池組件向蓄電池充電的回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的充電；當(dāng)夜晚時(shí)蓄電池放電，以保證負(fù)載用電。該控制器一 AVR ATmega32 微處理器為控制核心，外圍電路主要由蓄電池電壓及環(huán)境溫度檢測(cè)與充放電控制電路、太陽(yáng)能電池電壓檢測(cè)與分組切換電路、負(fù)載電流檢測(cè)與輸出控制電路、狀態(tài)顯示電路、數(shù)據(jù)上傳接口電路和鍵盤(pán)輸入電路構(gòu)成。由于太陽(yáng)電池組件在光照不佳時(shí)產(chǎn)生的電壓可能會(huì)低于蓄電池的電壓，無(wú)法為蓄電池充電，該充電方法只能在太陽(yáng)能輻射充足時(shí)給蓄電池充滿電。 VD2 為“防反接二極管”。這里就有介紹兩種控制電路，有并聯(lián)型充放電控制器電路和串聯(lián)型充放電控制器電路。 表 2 蓄電池充、放電保護(hù) 標(biāo)稱電壓 防過(guò)充電壓 防過(guò)放電壓 6V 177。 3) 低壓斷開(kāi)和恢復(fù)功能：這種功能可防止蓄電池過(guò)放電。 3 硬件分析與設(shè)計(jì) 蓄電池的控制系統(tǒng) 在獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，必須配備蓄電池，將太陽(yáng)電池產(chǎn)生的電量收集并儲(chǔ)存，在需要對(duì)負(fù)載供電時(shí)調(diào)控蓄電池的放電，還需要對(duì)負(fù)載的供電進(jìn)行控制，因此控制系統(tǒng)是獨(dú)立式太陽(yáng)能系統(tǒng)的核心控制部件。在未來(lái)有很大的發(fā)展前景。當(dāng)掃描器以電視光柵形式將探測(cè)器掃過(guò)景物時(shí)，探測(cè)器逐點(diǎn)接收景物的輻射并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。因此，對(duì)物體輻射功率的探測(cè)，實(shí)際上就形成了對(duì)物體表面溫度的探測(cè)。 LED 是一種固態(tài)光源，不含玻璃、燈絲等易損壞部件，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)上可以做得非常牢固。 LED 路燈由 LED 模組、驅(qū)動(dòng)電源、散熱裝置、光學(xué)系統(tǒng)及外殼等組成。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 3) 電池?zé)o記憶效應(yīng)，既可以隨時(shí)充電，也可以隨時(shí)放電，使維護(hù)工作比較簡(jiǎn)單，耐用性比較好，使用壽命比 較長(zhǎng)。目前在光伏照明系統(tǒng)中使用的蓄電池主要有鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳金屬氰化物電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池等。 2 相關(guān)原理、技術(shù)介紹及元件的選擇 蓄電池的選擇 蓄電池是光伏 LED 照明系統(tǒng)的重要組成部分，通常太陽(yáng)能 LED 照明系統(tǒng)是獨(dú)立電力系統(tǒng)運(yùn)行的，儲(chǔ)能部件成為系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵問(wèn)題。 紅外圖像增強(qiáng)，為了提高圖像質(zhì)量，常常利用計(jì)算機(jī)對(duì)紅外圖像進(jìn)行數(shù)字化處理。取樣保持方式是將前置放大器 的輸出信號(hào)送到一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)按順序?qū)γ總€(gè)單元取樣并周期地重復(fù)這個(gè)過(guò)程，再將多路通道的輸入信號(hào)按時(shí)間順序輸出給單通道，這種電子開(kāi)關(guān)要實(shí)現(xiàn)高速、低噪聲是比較困難的。但是，采用交流耦合時(shí)也存在問(wèn)題，造成圖像有缺陷，為了減小缺陷，需要采用直流恢復(fù)技術(shù)，圖就是一種直流恢復(fù)方案，在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)熱參考源，在掃描周期的無(wú)效部分，探測(cè)器掃描熱參考源。 關(guān)鍵技術(shù) 紅外成像中的信號(hào)處理，紅外成像系統(tǒng)為獲取景物圖像，首先將景物進(jìn)行空間 分解，然后依次將這些單元空間的景物溫度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的時(shí)序視頻信號(hào)。 本文的研究目的和內(nèi)容 本課題是利用太陽(yáng)能光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能對(duì) LED 燈供電，而普通的路燈通常是徹夜通亮，這樣太浪費(fèi)電能了。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的資金，這就有利于這一新產(chǎn)品的逐步推廣。 （ 8）太陽(yáng)能手電筒 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。 （ 5）太陽(yáng)能路燈 應(yīng)用于村鎮(zhèn)道路和鄉(xiāng)村公路，是目前太陽(yáng)能光伏照明裝置主要應(yīng)用之一。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。太陽(yáng)能照明發(fā)展迅速，其裝置幾乎覆蓋了整個(gè)照明領(lǐng)域。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 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)前人類面臨的迫切課題。太陽(yáng)能電池是一種直接將太陽(yáng)通過(guò)光伏效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 （ 3）太陽(yáng)能 景觀燈 應(yīng)用于廣場(chǎng)、公園、綠地等場(chǎng)所，采用各種造型的小功率 LED 點(diǎn)光源、線光源，也有冷陰極造型燈來(lái)美化環(huán)境。隨著與市政線路的互補(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。隨著信息社會(huì)的發(fā)展，近幾年我國(guó)在無(wú)線充電技術(shù)方面有了極大的發(fā)展。 首先，太陽(yáng)能路燈使用的太陽(yáng)能供電，除了陰雨天轉(zhuǎn)換成市電供電會(huì)產(chǎn)生小基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 部分電費(fèi)成本外，運(yùn)行成本幾乎為零。 工作原理 白天太陽(yáng)能路燈在智能控制器的控制下， 太陽(yáng)能電池板 經(jīng)過(guò) 太陽(yáng)光 的照射，吸收太陽(yáng)能光并轉(zhuǎn)換成電能，白天太陽(yáng)電池組件向蓄電池組充電，晚上蓄電池組提供電力給 LED 燈光源供電，實(shí)現(xiàn)照明功能。 [3] 前置放大器，根據(jù)紅外探測(cè)器輸出的信號(hào)十分微弱，且含有噪聲的特點(diǎn)，對(duì)前置放大器的設(shè)計(jì)要求是：低噪聲、高增益、低輸出阻抗、大動(dòng)態(tài)范圍、良好的線性特征。然后再將與溫度相應(yīng)的一個(gè)直流電平疊加在經(jīng)過(guò)鉗位的溫度信號(hào)上，以進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)償。 通頻帶選擇，確 定視頻信號(hào)處理電路通頻帶的基本原則是：既要最大可能地使信號(hào)不失真又要盡量抑制噪聲。由于圖像的隨機(jī)噪聲是加性噪聲，幀間互不相關(guān)且均值為零，采用多幀平均法可提高圖像的信噪比。 蓄電池的分類 常用蓄電池一般分為酸性蓄電池和堿性蓄電池兩大類。根據(jù)實(shí)際使用的環(huán)境、維護(hù)、價(jià)格和應(yīng)用情況，結(jié)合各種蓄電池的特 性，合理選用蓄電池，對(duì)光伏系統(tǒng)的可靠性和安全性非常重要。尤其是作為大型動(dòng)力電源，其價(jià)格和運(yùn)行費(fèi)用往往是能否普及推廣應(yīng)用的非常關(guān)鍵的因素。 3) 顯色性好，高壓鈉燈在 傳統(tǒng)光源中雖然光效最高，但其顯色性最差，顯色指數(shù)僅為 20 左右，而 LED 的可達(dá) 80左右基本接近自然光，對(duì)顏色的呈現(xiàn)更真實(shí)，更能夠反映出物體本身的顏色。 LED 芯片及其封裝不含鉛和汞等有害物質(zhì)，廢棄后可以回收和利用不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。運(yùn)用這一方法，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離熱狀態(tài)成像，并對(duì)被測(cè)物體的狀態(tài)進(jìn)行分析判斷。 圖 3 光機(jī)掃描型紅外成像系統(tǒng)工作原理 1物平面 2箭頭形物 3物鏡 4高低同步器 5高低掃描平面鏡 6水平同步器 7水平掃描反射鏡 8水平同步信號(hào)放大器 9前放及視頻信號(hào)處理器 10像平面 11單元探測(cè)器 12高低同步信號(hào)放大器 13顯示器 圖 4 所示為紅外成像系統(tǒng)的工作過(guò)程。近年來(lái)，硅化物肖特基勢(shì)壘焦平面陣列技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)展，利用硅超大規(guī)模集成電路技術(shù)的工藝，可以獲得高均勻響應(yīng)度、高分辨率探測(cè)器面陣，大大推進(jìn)了非掃描型紅外成像技術(shù)的迅速發(fā)展和步入實(shí)用化。為了保護(hù)蓄電池不受過(guò)充電和過(guò)放電，的損害，控制系統(tǒng)必須對(duì)蓄電池和負(fù)載進(jìn)行調(diào)控來(lái)防止蓄電池的過(guò)充電和過(guò)放電，這個(gè)控制系統(tǒng)大部分時(shí)候可以做成獨(dú)立的器件，成為控制器。 4) 保護(hù)功能：防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)；防止控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)；防止夜間蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池組件反向放電保護(hù)；防止負(fù)載、太陽(yáng)電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)；防止感應(yīng)雷的線路防雷。 177。這樣蓄電池就不會(huì)損壞，同時(shí)也可以延遲蓄電池的壽命。 （ 2）串聯(lián)型充放電控制器電路 圖 6為串聯(lián)型充放電控制器的框圖?？刂破鞯男阅苋绾危瑳Q定了一個(gè)太陽(yáng)能 LED 路燈系統(tǒng)運(yùn)行情況的優(yōu)劣。太陽(yáng)能電池分組切換控制電路用于不同光照強(qiáng)度和充電模式下太陽(yáng)能電池的切換，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì) 3組太陽(yáng)能電池組件控制。 ATmega32 處理器可以很 方便地實(shí)現(xiàn)外部輸入?yún)?shù)的設(shè)置、蓄電池及負(fù)載的管理、工作狀態(tài)的指示等。 1） 輸出功率：涉及 LED 的正向電壓范圍、電流及 LED 排列方式等。若使用滿負(fù)載輸出電流的驅(qū)動(dòng) IC，在燈具狹小空間內(nèi)散熱不暢， 容易早期失效。 圖 9 光控電路 同時(shí) LED 燈的控制電路里必不可少的是紅外成像系統(tǒng)對(duì)所掃描的到的事物的檢測(cè) ， 雖然可以直觀的看到所檢測(cè)到的事物卻不能直接來(lái) 控制路燈的工作狀態(tài)，這就需要相應(yīng)的技術(shù)來(lái) 對(duì)事物的視頻信號(hào) 的處理使其轉(zhuǎn)換為能夠分辨的電信號(hào)，將得到的信號(hào)與設(shè)定好的人的模型的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)就可以得到判斷出是否是行人，這里的電信號(hào)就會(huì)間接的對(duì)我們的控制電路中的電阻進(jìn)行控制，這樣就可以控制 LED 燈在正常工作狀態(tài)和低能耗狀態(tài)間相互轉(zhuǎn)換，這樣就實(shí)現(xiàn)了智能和低能耗的功效，如圖 10 紅外成像系統(tǒng)對(duì) LED 的控制框圖 圖 10 紅外成像系統(tǒng)對(duì) LED 的控制框圖 電路結(jié)構(gòu)電路如 圖 11所示。軟件設(shè)計(jì)不單單是一些程序的設(shè)計(jì)，這里就需要根據(jù)系統(tǒng)的性能要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里就需要對(duì)蓄電池的過(guò)充放電路的保護(hù)以 及 LED 路燈的工作狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)。 5) 夜晚處理子程序：主要是通過(guò) LED 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)對(duì)路燈的控制，并且要定時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池的容量，防止過(guò)放現(xiàn)象發(fā)生。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 初 始 化是 否有 紅 外圖 像 處 理行 人 或 車 輛L E D 正 常 工 作L E D 低 能 耗狀 態(tài)結(jié) 束是是是 否否否 圖 14 LED 狀態(tài)轉(zhuǎn)換軟件流程圖 5 其他設(shè)計(jì)要求 太陽(yáng)電池方陣設(shè)計(jì) 太陽(yáng)電池方陣主要考慮對(duì)蓄電池充電能夠滿 足負(fù)載消耗的需要，計(jì)算太陽(yáng)電池的簡(jiǎn)單方法是用負(fù)載平均每天所需要的能量除以一塊太陽(yáng)電池方陣在一天中可以產(chǎn)生的能量，這樣就可以計(jì)算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽(yáng)電池方陣數(shù)，使用這些組件并聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。對(duì)于正南（方位角為 0176。的傾斜放置都有實(shí)際的例子。 度時(shí)，方陣的發(fā)電量將減少約 10％～ 15％；在偏離正南（北半球） 60176。在不同的季節(jié)，各個(gè)方位的日射量峰值產(chǎn)生時(shí)刻是不一樣的。 蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件，它的壽命就決定著整個(gè)系統(tǒng)的壽命。避雷器的接地線應(yīng)選擇到接地線的最短距離。結(jié)果如圖 2所示。白天檢測(cè)到蓄電池需要進(jìn)行充電則可以進(jìn)行充電充滿就停止了。//清空 TCCR1A break。由于 路燈上的采集信號(hào)的攝像頭相對(duì)于 道路 存在一定的 傾斜角度，因此會(huì)造成采集到的 道路 圖像具有一定的梯形失真，即圖像中的 道路 遠(yuǎn)端窄、近端寬，遠(yuǎn)端圖像不清晰而近端圖像清晰可靠，如圖 17所示 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 圖 17 圖像采集的還原圖 所以就將一場(chǎng)圖像分為兩部分，近端部分和遠(yuǎn)端部分。 ≤ 8517