【正文】 基于太陽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].中國科技縱橫， 14 期 [11]向世明，現(xiàn)代光電子成像技術(shù)概論 [M] 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2325 [12]Stefan Electric Power GenerationPhotovoltanic Energy Systems[J].Berlin:SpringsVerlag Berlin heideberg,20xx. 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基于太陽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。 在實(shí)際調(diào)試中遠(yuǎn)處圖像畸變比較 大而且行距也大，偶爾還是可能會出現(xiàn)錯誤提取 信號 ，但是這對 LED的控制影響不是很大。為了給單片機(jī)處理節(jié)約時間我們采用了全場動態(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固定范圍來尋找。這里就需要將硬件和軟件結(jié)合起來進(jìn)行測試， 我們采用的是直接邊緣檢測算法，因?yàn)樵摲椒弓h(huán)境光強(qiáng)變化干擾的能力更強(qiáng)，同時還能消除垂直交叉黑色引導(dǎo)線的干擾。} 對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。//OCR1A 小，低電平時間長 TCCR1B=(1WGM12)|(1WGM13)|(1CS10)。} case0x01://開始充電 { TCCR1A=(1COM1A1)|(1WGM11)。 OCR1A=0X0000。//關(guān)閉 PWM 時鐘 DDRD|=(15)。 /*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。夜晚就對 LED 燈進(jìn)行供電，如果放電過度就會停止供電保護(hù)蓄電池。在此過程中發(fā)現(xiàn)了編寫的程序存在一些語法錯誤，另外對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。 圖 15 LED 日光燈電路輸出特性。 0. 3 mA，基本驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的可行性。電路在 210 ms 時進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后其輸出電壓為 97 177。這里調(diào)試一下 LED 燈的驅(qū)動電路，先不用太陽能電池板直接用 220v 的電壓對 LED 燈供電， 為理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，對電路進(jìn)行了仿真分析。 基于太陽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)試就是要對所設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測是否達(dá)到性能要求，首先就要按照電路原理圖對電路板進(jìn)行檢查，看電器元件是否有錯誤以及保證焊接方面沒有問題。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。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)。 接地線應(yīng)采取絕緣電線，并使用整線，中間不許有 接頭。 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。 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。 接地和防雷裝置 為了安全用電，防止發(fā)生觸電事故，太陽能照明系統(tǒng)應(yīng)采用接地裝置。 基于太陽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數(shù)； NL 為最長連續(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 。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。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存起來。 蓄電池組容量的計(jì)算 蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的。方位角＝（一天中負(fù)荷的峰值時刻（ 24 小時制）－ 12） 15＋（經(jīng)度－ 116） 10 月9 日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時，日射量與時間推移的關(guān)系曲線。如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時，請參考下述的公式。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)電量最大的時候。 時，方陣的發(fā)電量將減少約 20％～ 30％。在偏離正南（北半球） 30176。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。以上所述為方位角、傾斜角與發(fā) 電量之間的關(guān)系，對于具體設(shè)計(jì)某一個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。 [16]對于方位角不為 0176。 ～ 20176。 以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時，發(fā)電量下降到最小。特別是在傾斜角大于 50176。 度），傾斜角從水平（傾斜角為 0176。對于積雪滑落的傾斜角，即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況，因此，特別是在 并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中，并不一定優(yōu)先考慮積雪的滑落，此外，還要進(jìn)一步考慮其它因素。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，相應(yīng)的傾斜角也大。 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)。在太陽能 LED 系統(tǒng)中，通常將系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓除以太陽電池方陣的標(biāo)稱電壓，就可以得到太陽電池方陣需要串聯(lián)的太陽電池方陣數(shù)，使用這些太陽電池方陣串聯(lián)就可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電壓。 如圖 14LED 燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換軟件流程圖就向我們直觀的表示了路燈是如何轉(zhuǎn)換相應(yīng)的工作狀態(tài)。這樣就實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能這個過程最重要的就是對視頻信號的處理，將處理得到的信號與已設(shè)定好的進(jìn)行比較就可以得到是否是需要的，只有將信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號來控制芯片對電路的電阻進(jìn)行控制，當(dāng)有行人或車輛通過時就將會有控制器將滑動電阻調(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)無行人或車輛時就會將滑動電阻調(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。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)脈沖或短時間的中途充電實(shí)現(xiàn)的。 充電處理程序 根據(jù)美國科學(xué)家馬斯提出的蓄電池可接受的充電曲線，曲線函數(shù)為 i=IOe∞ ，其中 i為任意時刻 t時蓄電池可以接受的充電電流，這條曲線表明在充電過程中，實(shí)際充電電流超過這條電流接受曲線的部分并不能轉(zhuǎn)化為蓄電池的化學(xué)能存儲起來，而只會促進(jìn)電解水的反應(yīng)，產(chǎn)生氣體和溫升，并不能提高充電效率，相反低于此電流接受曲線的充電將延 長充電時間。 4) 白天處理子程序：主要完成對蓄電池容量 的監(jiān)控，根據(jù)容量判斷應(yīng)該采取的測量到的頻率來判斷是充電還是空閑狀態(tài)。 2) 根據(jù)判斷來分別啟動相應(yīng)的代碼段，是白天則啟動白天處理子程序夜晚則啟動夜晚處理子程序。 控制器的軟件流程圖如圖 12 所示，主程序主要完成對 I/O、定時器和 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。以下是這兩部分的軟件設(shè)計(jì)的流程圖。硬件電路是軟件程序的工作的基礎(chǔ)，而軟件程序能使硬件電路的功能得到充分的發(fā)揮，并實(shí)現(xiàn)一些硬件電路所不能實(shí)現(xiàn)的功能。被充電電池為 12V65Ah 全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池；太陽電池用一塊 40W 硅 太陽電池組件，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，防止硅太陽電池在太陽光較弱時成為耗電器。電位器 RP1 和 RP2 起調(diào)節(jié)設(shè)定過充、過放電壓的作用。雙電壓比較器 LM393 兩個反相輸進(jìn)端②腳和⑥腳連接在一起，并由穩(wěn)壓管 ZD1 提供 的基 準(zhǔn)電壓做比較電壓，兩個輸出端紅外成像系統(tǒng) 信號處理 可調(diào)電阻 LED 燈 基于太陽能的低能耗智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 ①腳和⑦腳分別接反饋電阻，將部分輸出信號反饋到同相輸進(jìn)端③腳和⑤腳，這樣就把雙電壓比較器變成了雙遲滯電壓比較器，可使電路在比較電壓的臨界點(diǎn)四周不會產(chǎn)生振蕩?？蛇m用于不同型號的光敏電阻及在一定的條件下亮燈。它在天黑時自動開燈，天亮?xí)r自動熄滅。驅(qū)動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。驅(qū)動電