【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 12 一樣的光柵。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)?；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 3給出了最簡(jiǎn)單的光機(jī)掃描型紅外成像系統(tǒng)的工作原理。 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。熱像儀的紅外光學(xué)系統(tǒng)把來(lái)自目標(biāo)景物的紅外輻射聚焦于紅外探測(cè)器上，探測(cè)器與相應(yīng)單元共同作用，把二維分布的紅外輻射轉(zhuǎn)換為按時(shí)序排列的一維視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)后續(xù)處理，變成可見(jiàn)光圖像顯示出來(lái)。 目標(biāo)輻射光學(xué)系統(tǒng)光譜濾波光機(jī)掃描探測(cè)器探 測(cè)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(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。 [11] 基于太陽(yáng)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(cè)器依次掃過(guò)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(cè)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。所以盡管這種類(lèi)型的紅外成像系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高的缺點(diǎn)，仍然受到重視，取得很大進(jìn)展并日趨完善。在未來(lái)有很大的發(fā)展前景。 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。凝視型紅外成像系統(tǒng)就屬于這種類(lèi)型。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。熱釋電紅外成像系統(tǒng)也屬于非掃描型紅外成像系統(tǒng)。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。 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(cè)器及制冷器、電子信號(hào)處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)這個(gè)系統(tǒng)可以將圖像成像出來(lái)。 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。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。過(guò)充電會(huì)使蓄電池大量出氣，造成水分散失和活性物質(zhì)脫落；過(guò)放電則容易加速柵板的腐蝕和不可逆硫酸化。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。控制器的最基本功能是通過(guò)監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓或荷電狀態(tài)，判斷蓄電池的容量等情況并根據(jù)檢測(cè)參量來(lái)決定繼續(xù)充、放電或終止充、放電的指令，避免蓄電池過(guò)度充放電。 [12] 光伏發(fā)電系統(tǒng)中充放電控制器的功能主要如下。 1) 高壓斷開(kāi)和恢復(fù) 功能：控制器應(yīng)具有輸入高壓斷開(kāi)和恢復(fù)連接的功能。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 2) 欠電壓告警和恢復(fù)功能：當(dāng)蓄電池電壓降到欠電壓警告點(diǎn)是，控制器應(yīng)能切斷負(fù)載供電，以避免造成蓄電池過(guò)度放電，影響壽命。 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。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。當(dāng)電壓升到安全運(yùn)行范圍時(shí)，負(fù)載將自動(dòng)重新接入或要求手動(dòng)重新接入。 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。 5) 溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于 25℃ 時(shí)，蓄電池的充滿(mǎn)電壓應(yīng)適當(dāng)提高；相反，高于該溫度蓄電池的充滿(mǎn)電壓的門(mén)限應(yīng)適當(dāng)降低。 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。由于蓄電池電壓控制點(diǎn)是隨溫度而變化的，所以太陽(yáng)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/℃ 。蓄電池防過(guò)充電，過(guò)放電保護(hù)一般參見(jiàn)表 2，當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值后就應(yīng)改變電路的狀態(tài)。 表 2 蓄電池充、放電保護(hù) 標(biāo)稱(chēng)電壓 防過(guò)充電壓 防過(guò)放電壓 6V 177。 177。 12V 177。 177。 24V 177。 177。 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(yáng)能對(duì)蓄電池充電如果沒(méi)有控制電路就會(huì)對(duì)蓄電池過(guò)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(guò)分供電，所以就要設(shè)計(jì)過(guò)充和過(guò)放電路來(lái)保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)蓄電池的壽命。只要蓄電池的壽命延長(zhǎng)了整個(gè)路燈系統(tǒng)的壽命相應(yīng)的也會(huì)延長(zhǎng)，就會(huì)降低成本。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。 [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。并聯(lián)型充放電控制器充電回路中的開(kāi)關(guān)器件 T1 并聯(lián)在太陽(yáng)能電池方陣的輸出端，當(dāng)蓄電池電壓大于“充滿(mǎn)切離電壓”時(shí)，開(kāi)關(guān)器件 T1 導(dǎo)通，同時(shí)二極管 VD1 截止，則太陽(yáng)能電池方陣的輸出電 流直接通過(guò) T1 短路泄放，不再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，從而保證蓄電池不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充電，起到“過(guò)充電保護(hù)”作用。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。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 太 陽(yáng) 能電 池方 陣檢 測(cè)控 制電 路負(fù)載V D 1V D 2開(kāi) 關(guān) 器 件 T 1開(kāi) 關(guān) 器 件 T 2B X蓄 電 池 圖 5 并聯(lián)型充放電控制框圖 VD1 為“防反充電二極管”，這樣當(dāng)太陽(yáng)能電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時(shí)， VD1 才能導(dǎo)通，反之 VD1 截止，從而保證夜間不會(huì)出現(xiàn)蓄電池向太陽(yáng)能電池方陣反向充電，起到“反向充電保護(hù)”作用。 開(kāi)關(guān)器件 T2 為蓄電池放電開(kāi)關(guān)。當(dāng)負(fù)載電流大于額定電流出現(xiàn)過(guò)載或負(fù)載短路時(shí)， T2 關(guān)斷，起到 “輸出過(guò)載保護(hù)”和“輸出短路保護(hù)”作用。同時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓低于“過(guò)放電壓”時(shí)， T2 也關(guān)斷，進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。 VD2 為“防反接二極管”。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。檢測(cè)控制電路隨時(shí)對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電壓大于“充滿(mǎn)切離電壓”時(shí)使 T1 導(dǎo)通進(jìn)行“過(guò)充電保護(hù)”，當(dāng)電壓小于“過(guò)放電壓”時(shí)使 T2 關(guān)斷進(jìn)行“過(guò)放電保護(hù)”。 （ 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。串聯(lián)型過(guò)充放電控制器和并聯(lián)過(guò)放電控制器的電路結(jié)構(gòu)相似，唯一區(qū)別在于開(kāi)關(guān)器件 T1 的接法不同，并聯(lián)型中 T1并聯(lián)在太陽(yáng)能電池方陣輸出端，而串聯(lián)型中 T1 是串聯(lián)在充電回路中。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。 這種方法必須使太陽(yáng)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(chēng)為電壓匹配型充電。采用這樣的方法，隨著充電的時(shí)間的增加，蓄電池端電壓在增加，太陽(yáng)電池組件輸入蓄電池的電流在減小，工作點(diǎn)沿著太陽(yáng)電池組件的伏安特性曲線向開(kāi)路電壓方向移動(dòng)。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(mǎn)電。 此類(lèi)控制器簡(jiǎn)單可靠，多用于小型光伏系統(tǒng) 。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 太 陽(yáng) 能電 池方 陣檢 測(cè)控 制電 路負(fù)載V D 1V D 2開(kāi) 關(guān) 器 件 T 1開(kāi) 關(guān) 器 件 T 2B X蓄 電 池 圖 6 串聯(lián)型充放電控制框圖 控制器的硬件結(jié)構(gòu) 控制器是太陽(yáng)能 LED 路燈控制系統(tǒng)中最重要的部件，也是與各種路燈系統(tǒng)最大的區(qū)別所在?？刂破鞯男阅苋绾?，決定了一個(gè)太陽(yáng)能 LED 路燈系統(tǒng)運(yùn)行情況的優(yōu)劣。所以設(shè)計(jì)功能完備、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的智能太陽(yáng)能 LED 路燈控制器是非常重要的?？刂破餍枰獙?shí)現(xiàn)的功能有：天黑時(shí)自動(dòng)開(kāi)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(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。 [14]控制器不僅擔(dān)負(fù)對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能 LED 路燈的狀態(tài)控制，還要保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 圖 7 為太陽(yáng)能光伏控制器硬件結(jié)構(gòu)圖。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。 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。該系統(tǒng)采用 PWM 方式驅(qū)動(dòng)充電電路，以實(shí)現(xiàn)蓄電池的最優(yōu)充放電。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。負(fù)載電流檢測(cè)電路用于過(guò)流保護(hù)及負(fù)載功率檢測(cè)。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。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。鍵盤(pán)輸入電路用于充電模式設(shè)定及 LED 背光開(kāi)啟。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。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 太 陽(yáng) 能 電 池LV D蓄 電 池C i C oD C / D C 交 換 器R o接 口 電 路Atmega32驅(qū) 動(dòng) 電 路鍵 盤(pán) 驅(qū) 動(dòng) 電 路溫 度 傳 感 器串 口 L C D 告 警 電 路I / OI / OI / OP W MI/OI/OP W M 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)立訪問(wèn)的哈弗結(jié)構(gòu)，代碼執(zhí)行效率高。系統(tǒng)采用的 ATmega32 處理器包含有 32KB 片內(nèi)可編程 FLASH 程序存儲(chǔ)器、 1KB 的 E2PROM 和 2KB RAM,同時(shí)片內(nèi)集成了看門(mén)狗、 8 路 10位 A/D 變換器、3 路可編程 PWM 輸出電路，具有在線系統(tǒng)編程功能，片內(nèi)資源豐富，集成度高，使用方便。 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。 智能路燈控制電路的設(shè)計(jì) 道路上的路燈給夜間駛的行人和車(chē)輛提供了方便，設(shè)想一下晚上沒(méi)有路燈將是多么危險(xiǎn)的一件事，很大交通事故都是由于路燈的損害而發(fā)生的，所以路燈是必不可少的，但是同時(shí)這也是我們用電的一個(gè)很大的開(kāi)銷(xiāo)，雖然有太陽(yáng)能來(lái)提供電能可是蓄電池的蓄電量有限的我們不可能無(wú)休止的利用，再加上我們需要將路 燈的消耗降到最低，為我們的能源保護(hù)和節(jié)約貢獻(xiàn)力量。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。 基于太陽(yáng)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。驅(qū)動(dòng)電路板材質(zhì)分為玻璃纖維、半玻璃纖維、紙板三種。 [15]LED照明