【正文】 而普通的路燈通常是徹夜通亮，這樣太浪費電能了。同時采用LED等作為照明裝置，不管是從光效，實際功率，使用壽命，還有照明效果和環(huán)保方面都顯示出了比高壓鈉燈的優(yōu)勢，未來的發(fā)展前景非常的好。同時，晚上在LED進行工作時在沒有行人或車輛時路燈處于低能耗狀態(tài)，當有行人或車輛時路燈就會恢復正常的工作狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了低能耗的要求。大概的工作原理就如圖1太陽能LED工作原理圖[2]圖1 太陽能LED燈工作原理圖 系統(tǒng)設計方案該系統(tǒng)保護兩個大的部分：一是太陽能電池對蓄電池的充電，在蓄電池充電過程需要有過充電路的保護以免損壞蓄電池，在蓄電池對LED燈供電時需要有過放電路來保護蓄電池；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，晚上點亮。 關鍵技術紅外成像中的信號處理，紅外成像系統(tǒng)為獲取景物圖像，首先將景物進行空間分解，然后依次將這些單元空間的景物溫度轉化為相應的時序視頻信號。紅外成像系統(tǒng)與普通的電視攝像系統(tǒng)在信號處理上有許多共同之處，如放大、濾波、全電視信號的合成等。此外，還要仔細屏蔽，以消除干擾信號。當信號振幅變化范圍很寬又不可能使用增益轉換開關時，可以使用對數(shù)增益前置放大器，以保證弱信號獲得高增益，強信號得到低增益。但是，采用交流耦合時也存在問題，造成圖像有缺陷，為了減小缺陷，需要采用直流恢復技術，圖就是一種直流恢復方案，在系統(tǒng)中設置一個熱參考源，在掃描周期的無效部分，探測器掃描熱參考源。當探測器掃到這個參考熱源時，熱成像系統(tǒng)接收到參考源的輻射產(chǎn)生一溫度信號，用這個信號作為鉗位信號，將溫度信號通道的信號鉗位在零電平上。這樣，經(jīng)過鉗位及環(huán)境溫度補償后的溫度信號就具有了絕對意義。[4] 圖2 一種直流恢復方案多路轉換技術，當使用多元探測器時，通常要采用多路轉換技術把多個信號通道改成單個信號通道。取樣保持方式是將前置放大器的輸出信號送到一個電子開關，電子開關按順序對每個單元取樣并周期地重復這個過程，再將多路通道的輸入信號按時間順序輸出給單通道，這種電子開關要實現(xiàn)高速、低噪聲是比較困難的。[5]各CCD單元的電荷量正比于對應的探測器取樣信號，然后由一速度較快的時鐘脈沖將CCD各單元中的電荷移出，經(jīng)過輸出電路便形成了一組串行的與取樣信號對應的視頻信號，從而完成了由多路傳輸?shù)絾温穫鬏數(shù)霓D換。通頻帶由高端頻率fH及低端頻率fL決定。前述交流耦合產(chǎn)生圖像缺陷的原因在于有限的時間常數(shù)限定了通頻帶低端截止頻率fL,造成低頻信號衰減，平頂下降，因此需相應地選擇fL，通常的方法是根據(jù)實際需要給定允許的下跌量，計算出fL后考慮1/f噪聲的影響，最終確定fL。紅外圖像增強，為了提高圖像質量，常常利用計算機對紅外圖像進行數(shù)字化處理。應用計算機 對圖像進行處理時，可抑制噪聲、補償不均勻性，從而提高圖像質量及溫度觀測的精度。響應度的差異可由對輸入到對計算機中的圖像逐像素地作響應度修正來補償。圖像增強的方法可分為時間域處理、空間域處理和變換域處理三大類。2 相關原理、技術介紹及元件的選擇 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，通常太陽能LED照明系統(tǒng)是獨立電力系統(tǒng)運行的，儲能部件成為系統(tǒng)性能好壞的關鍵問題。尋找理想的蓄電池成為太陽能LED照明系統(tǒng)設計的重要內容。而隨著電儲能技術的發(fā)展，越來越多的儲能方式，如超導儲能、超級電容儲能、燃料電池等。[7] 鉛酸蓄電池的選擇在光伏系統(tǒng)中，特別是獨立式的光伏系統(tǒng)，選擇合適的蓄電池十分重要。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。每種蓄電池都有它的長處，但同時又有其局限性，即使是同樣電化學反應體系的蓄電池，也會因結構設計和工藝的變革而使其性能截然不同。太陽能光伏系統(tǒng)對蓄電池的基本要求可以歸納如下：自放電率??；使用壽命長；免維護；充電效率高；溫度范圍寬；深放電性能好；性價比高等。2) 電池的生產(chǎn)工藝成熟可靠，電池的均勻性較好。3) 電池無記憶效應，既可以隨時充電，也可以隨時放電，使維護工作比較簡單，耐用性比較好，使用壽命比較長。5) 價格便宜，這是任何一種蓄電池都無法比擬的。 路燈的選擇作為照明光源，人們一般只注意到光源的初始成本而忽視了光源的效率、壽命、維修或更換費用。LED照明是一種節(jié)能環(huán)保照明。LED路燈由LED模組、驅動電源、散熱裝置、光學系統(tǒng)及外殼等組成。2) 壽命長，高壓鈉燈的壽命一般再20000h左右，而LED的壽命一般為57000h，有的高達70000h，最低也有30000h。4) 快速啟動，高壓鈉燈等從接通電源到穩(wěn)定光輸出需要幾十秒甚至幾十分鐘的時間，因故熄滅后熱啟動時間長達36min。5) 便于光學設計，LED體積較小，而且在半平面上定向發(fā)光，在進行燈具設計時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行光學設計，獲得理想的配光，實現(xiàn)較高的燈具效率。LED是一種固態(tài)光源，不含玻璃、燈絲等易損壞部件，通過合理設計，在結構上可以做得非常牢固。在傳統(tǒng)高壓鈉燈等氣體放電光源中，目前尚未找到可以替代汞的元素。表1就是LED燈具與高壓鈉燈的具體的比較。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行紅外檢測。因此，對物體輻射功率的探測，實際上就形成了對物體表面溫度的探測。通過紅外探測將物體輻射的功率信號轉換為電信號后，成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，經(jīng)電子系統(tǒng)處理傳至顯示屏上，得到與物體表面熱分布相應的熱像圖。[10] 紅外成像系統(tǒng)的工作原理光學系統(tǒng)將景物發(fā)射的紅外輻射收集起來，經(jīng)過光學濾鏡后，將景物的輻射能量分布匯聚到位于光學系統(tǒng)焦平面的探測器光敏面上。掃描器位于聚焦光學系統(tǒng)和探測器之間。當掃描器以電視光柵形式將探測器掃過景物時，探測器逐點接收景物的輻射并轉換成相應的電信號。圖3給出了最簡單的光機掃描型紅外成像系統(tǒng)的工作原理。熱像儀的紅外光學系統(tǒng)把來自目標景物的紅外輻射聚焦于紅外探測器上，探測器與相應單元共同作用，把二維分布的紅外輻射轉換為按時序排列的一維視頻信號，經(jīng)過后續(xù)處理，變成可見光圖像顯示出來。[11]圖3所示的紅外成像系統(tǒng)就是光機掃描型的，借助光機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，在光機掃描成像系統(tǒng)中，探測器把背景輻射從目標信號中消除，從而獲得對比度良好的紅外圖像。在未來有很大的發(fā)展前景。凝視型紅外成像系統(tǒng)就屬于這種類型。熱釋電紅外成像系統(tǒng)也屬于非掃描型紅外成像系統(tǒng)。從圖4所示的紅外成像系統(tǒng)框圖中可以看出，整個系統(tǒng)包括四個組成部分：光學系統(tǒng)、紅外探測器及制冷器、電子信號處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。3 硬件分析與設計 蓄電池的控制系統(tǒng)在獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，必須配備蓄電池，將太陽電池產(chǎn)生的電量收集并儲存，在需要對負載供電時調控蓄電池的放電，還需要對負載的供電進行控制，因此控制系統(tǒng)是獨立式太陽能系統(tǒng)的核心控制部件。過充電會使蓄電池大量出氣，造成水分散失和活性物質脫落；過放電則容易加速柵板的腐蝕和不可逆硫酸化?？刂破鞯淖罨竟δ苁峭ㄟ^監(jiān)測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)檢測參量來決定繼續(xù)充、放電或終止充、放電的指令，避免蓄電池過度充放電。1) 高壓斷開和恢復功能：控制器應具有輸入高壓斷開和恢復連接的功能。3) 低壓斷開和恢復功能：這種功能可防止蓄電池過放電。當電壓升到安全運行范圍時，負載將自動重新接入或要求手動重新接入。5) 溫度補償功能：當蓄電池溫度低于25℃時，蓄電池的充滿電壓應適當提高；相反，高于該溫度蓄電池的充滿電壓的門限應適當降低。由于蓄電池電壓控制點是隨溫度而變化的，所以太陽能LED路燈的控制器應該有一個受溫度控制的基準電壓，對于單節(jié)鉛酸蓄電池是3~7mV/℃，通常選用4mV/℃。表2 蓄電池充、放電保護標稱電壓防過充電壓防過放電壓6V177。12V177。24V177。 充放電電路充放電控制電路主要是對蓄電池進行保護，由于太陽能對蓄電池充電如果沒有控制電路就會對蓄電池過充電這樣就會造成蓄電池壽命縮短甚至損壞蓄電池，同時蓄電池也不能過分供電，所以就要設計過充和過放電路來保護蓄電池，延長蓄電池的壽命。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。并聯(lián)型充放電控制器充電回路中的開關器件T1并聯(lián)在太陽能電池方陣的輸出端，當蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時，開關器件T1導通，同時二極管VD1截止，則太陽能電池方陣的輸出電流直接通過T1短路泄放，不再對蓄電池進行充電，從而保證蓄電池不會出現(xiàn)過充電，起到“過充電保護”作用。圖5 并聯(lián)型充放電控制框圖VD1為“防反充電二極管”，這樣當太陽能電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時，VD1才能導通，反之VD1截止，從而保證夜間不會出現(xiàn)蓄電池向太陽能電池方陣反向充電，起到“反向充電保護”作用。當負載電流大于額定電流出現(xiàn)過載或負載短路時，T2關斷，起到“輸出過載保護”和“輸出短路保護”作用。VD2為“防反接二極管”。檢測控制電路隨時對蓄電池電壓進行檢測，當電壓大于“充滿切離電壓”時使T1導通進行“過充電保護”，當電壓小于“過放電壓”時使T2關斷進行“過放電保護”。串聯(lián)型過充放電控制器和并聯(lián)過放電控制器的電路結構相似，唯一區(qū)別在于開關器件T1的接法不同，并聯(lián)型中T1并聯(lián)在太陽能電池方陣輸出端，而串聯(lián)型中T1是串聯(lián)在充電回路中。這種方法必須使太陽能電池組件工作點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。由于太陽電池組件在光照不佳時產(chǎn)生的電壓可能會低于蓄電池的電壓，無法為蓄電池充電，該充電方法只能在太陽能輻射充足時給蓄電池充滿電。圖6 串聯(lián)型充放電控制框圖 控制器的硬件結構控制器是太陽能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。所以設計功能完備、結構簡單的智能太陽能LED路燈控制器是非常重要的。[14]控制器不僅擔負對整個太陽能LED路燈的狀態(tài)控制，還要保證系統(tǒng)的安全運行。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)境溫度檢測與充放電控制電路、太陽能電池電壓檢測與分組切換電路、負載電流檢測與輸出控制電路、狀態(tài)顯示電路、數(shù)據(jù)上傳接口電路和鍵盤輸入電路構成。該系統(tǒng)采用PWM方式驅動充電電路，以實現(xiàn)蓄電池的最優(yōu)充放電。負載電流檢測電路用于過流保護及負載功率檢測。數(shù)