【導(dǎo)讀】能源成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題。由于太陽(yáng)能發(fā)電具有火電、水電、核電所無。一世紀(jì)最重要的能源。目前太陽(yáng)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(guó)是能源消耗大國(guó)，能源消耗。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(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。

　　

【正文】 一天中負(fù)荷的峰值時(shí)刻（ 24 小時(shí)制）－ 12） 15＋（經(jīng)度－ 116） 10 月9 日北京的太陽(yáng)電池方陣處于不同方位角時(shí)，日射量與時(shí)間推移的關(guān)系曲線。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。 蓄電池組容量的計(jì)算 蓄電池的容量對(duì)保證連續(xù)供電是很重要的。在一年內(nèi)，方陣發(fā)電量各月份有很大差別。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。所以方陣發(fā)電量的不足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。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。所以，這期間的耗電量也是確定 蓄電池容量的因素之一。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 因此，蓄電池的容量 BC 計(jì)算公式為： BC=AQLNLTO ／ CCAh(1)[17] 式中： A 為安全系數(shù)，取 ～ 之間； QL 為負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)； NL 為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)； TO為溫度修正系數(shù)，一般在 0℃以上取 1，－ 10℃ 以上取 ，－ 10℃ 以下取 ； CC 為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取 ，堿性鎳鎘蓄電池取 。 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。 接地和防雷裝置 為了安全用電，防止發(fā)生觸電事故，太陽(yáng)能照明系統(tǒng)應(yīng)采用接地裝置。接地可分為工作接地、保護(hù)接地和防雷接地。 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。 2) 保護(hù)接地：為防止設(shè)備漏電時(shí)危及人身和設(shè)備的安全，將所有電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分通過接地，接地電阻應(yīng)符合漏電保護(hù)器安全動(dòng)作要求。 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。 4) 接零：將電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬架等與中性接地。 接地線應(yīng)采取絕緣電線，并使用整線，中間不許有 接頭。避雷器的接地線應(yīng)選擇到接地線的最短距離。保護(hù)線的選擇見表 3 表 3 保護(hù)線的最小截面積 裝置的相線截面積 S 接地線及保護(hù)線最小截面積 S≤ 16 S 16＜ S≤ 35 16 S＞ 35 S/2 6 調(diào)試與分析 調(diào)試工作就是將安裝完畢的電子產(chǎn)品通過調(diào)整某些零部件，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)。調(diào)整電路時(shí)需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電路或整機(jī)的性能，使電子產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵步驟，由于元器件參數(shù)的分散性，裝配工藝的影響，使得安裝完畢的電子產(chǎn)品不能達(dá)到使用要求，需要通過調(diào)整和測(cè)試來發(fā)現(xiàn)、糾正、彌補(bǔ)和生產(chǎn)裝配中的錯(cuò)誤 和不足，使其達(dá)到我們預(yù)期的要求。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。 而所謂的調(diào)試具體應(yīng)分為：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，綜合調(diào)試。 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有問題。認(rèn)真觀察電路板無短路現(xiàn)象同時(shí)要調(diào)整好電路中的一些可調(diào)器件的大小使其處于最大或最小然后才可以對(duì)電路進(jìn)行通電，通電后不能立即進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試要觀察板子是 否有異樣譬如冒煙、異常氣味等。這里調(diào)試一下 LED 燈的驅(qū)動(dòng)電路，先不用太陽(yáng)能電池板直接用 220v 的電壓對(duì) LED 燈供電， 為理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，對(duì)電路進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果如圖 2所示。電路在 210 ms 時(shí)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后其輸出電壓為 97 177。 2. 2 V，輸出電流為 14. 7 177。 0. 3 mA，基本驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的可行性。 LED 日光燈電路輸出特性如圖 15 所示。 圖 15 LED 日光燈電路輸出特性。 軟件調(diào)試 軟件測(cè)試就是在軟件平臺(tái)上進(jìn)行仿真檢測(cè)是否能達(dá)到相關(guān)的性能要求，對(duì)已設(shè)計(jì)和編寫的程序在 Keil 編程環(huán)境中完成程序的編譯、連接等工作。在此過程中發(fā)現(xiàn)了編寫的程序存在一些語(yǔ)法錯(cuò)誤，另外對(duì)堆棧大小的定義等方面也有不當(dāng)之處，在逐一解決了這些問題后，微機(jī)主控線路的軟件程序通過了調(diào)試，并生成了源程序代碼。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。夜晚就對(duì) LED 燈進(jìn)行供電，如果放電過度就會(huì)停止供電保護(hù)蓄電池。下面是充電的部分程序。 /*充電 PWM 子函數(shù) */ void Cd_PWM(unsigned char state) { switch (state) 基于太陽(yáng)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。//PWM 輸出端口變普通 I/O 口 TCCR1B=0X00。//關(guān)閉 PWM 時(shí)鐘 DDRD|=(15)。//PD5 為輸出 PORTD|=(15)。 OCR1A=0X0000。//清空 TCCR1A break。} case0x01://開始充電 { TCCR1A=(1COM1A1)|(1WGM11)。 OCR1A=0xd0。//OCR1A 小，低電平時(shí)間長(zhǎng) TCCR1B=(1WGM12)|(1WGM13)|(1CS10)。//無分頻、啟動(dòng) PWM break。} 對(duì)于紅外成像部分的調(diào)試就是通過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。圖16 即為軟件的調(diào)試界面 圖 16 軟件調(diào)試界面 綜合調(diào)試 綜合調(diào)試就是要檢測(cè)系統(tǒng)的總體要求：白天時(shí)太陽(yáng)能正常對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；夜晚蓄電池供電， LED 路燈正常工作。這里就需要將硬件和軟件結(jié)合起來進(jìn)行測(cè)試， 我們采用的是直接邊緣檢測(cè)算法，因?yàn)樵摲椒弓h(huán)境光強(qiáng)變化干擾的能力更強(qiáng)，同時(shí)還能消除垂直交叉黑色引導(dǎo)線的干擾。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。為了給單片機(jī)處理節(jié)約時(shí)間我們采用了全場(chǎng)動(dòng)態(tài)范圍來提取黑線即首先取得第一幅圖像得到近處基準(zhǔn)行黑線位置，在此基礎(chǔ)上確定下一幅圖像搜索范圍由于黑先是連續(xù)變化的，遠(yuǎn)端部分黑線就根據(jù)前兩行黑線位置的偏差量再加上一個(gè)固定范圍來尋找。在圖像濾波算法中，還應(yīng)考慮根據(jù)圖像模型去噪 。 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。 紅外熱像儀相對(duì)于平常的聲光控 最大的優(yōu)勢(shì)在于有較遠(yuǎn)的前瞻，所以圖像精度就非常重要了即行分辨率和分辨率越高圖取出來的 行人或車輛 位置就越穩(wěn)定可靠，這也是所有控制算法的基礎(chǔ)。 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(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 圖 18 紅外圖像 經(jīng)過 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。表 4 即為該系統(tǒng)與普通路燈的比較結(jié)果 表 4 LED 路燈與 高壓鈉燈的比較 對(duì)比項(xiàng)目 市供電 參數(shù)對(duì)比 LED 路燈（ 120W） 太陽(yáng)能路燈（ 90W、采用低壓路燈光源） 高壓鈉路燈（ 250W） 消耗對(duì)比 配置參數(shù)對(duì)比 適用高度 10m14m 10m12m 10m14m LED 路燈和高壓鈉燈應(yīng)用更廣 適用道路 快速路、主干路、次干路 快速路、次干路 快速路、主干路、次干路 太陽(yáng)能在城市受到建筑物和樹木的影響，故不適用在城市主干道上 實(shí)際功耗 123W 120W 275W 光源 +電源 +線損 /變損 平均照度 25LX35LX 20LX40LX 20LX55LX 傳統(tǒng)光源通常是路燈底下比較亮，而周圍明顯照度不夠 光照半徑 24m 20m 22m 傳統(tǒng)光源為散光，配光很難配置 環(huán)境濕度 ≤ 95176。 ≤ 75176。 ≤ 85176。 LED 適應(yīng)強(qiáng) 工作壽命 50,000 小時(shí) 8,000 小時(shí) 8,000 小時(shí) LED 壽命長(zhǎng) 日耗電量 度 無（前提是太陽(yáng)光充足情況下） 度 太陽(yáng)能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來了 結(jié)論與展望 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 本設(shè)計(jì)將清潔無污染的太陽(yáng)能作為 LED 燈的供應(yīng)能源，這樣減輕了資源短缺的威脅同時(shí)還保護(hù)了我們的自然環(huán)境；而 LED 燈的工作狀態(tài)的控制有光控電路和紅外 成像檢測(cè)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了智能低能耗的功能。但是由于時(shí)間緊迫，一些問題可能沒有考慮太周全，還需要進(jìn)一步的完善才可能推廣開來。 太陽(yáng)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。 LED 燈作為路燈有諸多優(yōu)點(diǎn)，成本低，使用壽命長(zhǎng)等，相 比之下高壓鈉燈就面臨著退出市場(chǎng)的危險(xiǎn)，不過這樣是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)，未來的市場(chǎng)就是要求性價(jià)比高的產(chǎn)品來為我們服務(wù)，為我們所用。 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。雖然成本比較高但是相信在未來這種技術(shù)會(huì)被廣泛的應(yīng)用在我們的日常生活中，尤其是非制冷紅外成像儀的出現(xiàn)，大大降低了成本，這樣以后在民用方面得到發(fā)展成為了可能，每一個(gè)新生事物的全面推廣就需要不斷的完善才能會(huì)有更廣的應(yīng)用。 基于太陽(yáng)能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 參考文獻(xiàn) [1]陳育民 .太陽(yáng)能 LED 照明系統(tǒng) [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1213 [2]來清明，高亮度 LED 照明及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) [M] 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx,04 3032 [3]E Koutroulis,K Battery Charging Regulation System for Photovoltaic Applications[J].IEE Proc Electr Power Appl,20xx,151(2)： 191197 [4]邸旭 楊進(jìn)華，微光與紅外成像技術(shù) [M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 5557 [5]王曉宇，紅外圖像分析儀關(guān)鍵技術(shù)研究 [J].湖北 :華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx [6]CHEN M,ZHAO,BS,SHENG L Z,et of a multislit streak tube[J].Acta Photonica,20xx,35 [7]張秀梅，基于單片機(jī)的太陽(yáng)能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J] 微計(jì)算機(jī)信息， 20xx 年 06 期 [8]姚宏 馮衛(wèi)東 邱望標(biāo)，太陽(yáng)能 LED 路燈控制器設(shè)計(jì) [J] 現(xiàn)代機(jī)械 20xx（ 2） [9]屈素輝 普通照明用 LED 標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求 [J].中國(guó)照明電器 20xx（ 2） [10]孫照宇，張旭 .紅外熱成像技術(shù)的新發(fā)展 [J].中國(guó)科技縱橫， 14 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