智能太阳能路灯控制器设计毕业设计论文.docx

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智能太阳能路灯控制器设计毕业设计论文

本科毕业论文（设计）

论文（设计）题目：

智能太阳能路灯控制器设计

学院：

机械工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

机电093

学号：

0908030297

学生姓名：

丁仲强

指导教师：

李雪梅

2013年6月11日

贵州大学本科毕业设计

诚信责任书

本人郑重声明：

本人所呈交的课程论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

课程论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日期：

智能太阳能路灯控制器设计

摘要

随着社会的发展和人口的增长，人类面临这更加严峻的环境和能源危机，世界各国相继制定了各自的发展战略，于是，对于太阳路灯的研究也越来越受到关注。

本文是介绍的是一种智能的太阳能路灯的控制器，具有自动识别行人并控制LED点数与自动追踪太阳方位的功能的智能控制系统，本设计同样具有一般太阳能路灯控制器的常规功能（过充保护、过放保护与双模供电）。

采用节能的大功率LED作为发光器件与高效率的单片机作为处理器，采用光电技术提高系统的灵敏度。

该系统主要由行人检测与太阳位置跟踪两个方面构成。

行人检测方面采用两个热释电红外传感器，通过双限电压比较放大电路对信号的降噪与放大，将处理后的信号交由单片机处理，判断行人所在区域是否为工作区域。

而太阳位置追踪装置，则是采用一块硅光电池作为光强检测与一块四象限光电探头作为太阳位置检测。

光强信号与位置信号分别通过I/V变换电路与放大电路进行信号的处理与放大，以得到A/D转换器可以识别与分辨的电压信号，A/D转换器将模拟量的电压信号转换为相应的数字量信号，以供单片机比较与计算，进而对太阳的位置进行跟踪，保证太阳能电池的主光轴与光线平行。

该系统采用的行人检测装置及LED点数控制，很好的节省了蓄电池的能源，降低了蓄电池的损耗，降低了蓄电池更换频率。

并且选用精度较高的四象限光电探头与步进电动机配合的太阳位置跟踪装置，能够提供足够的精度，以实现实时跟踪。

关键字：

太阳能；大功率LED；控制器；路灯

Designofintelligentcontrollerofsolarstreetlamp

Abstract

Withthedevelopmentofsocietyandpopulationgrowth,Mankindisfacingthemoreseriousenvironmentalandenergycrisis.Manycountrieshaveformulatedthedevelopmentstrategy,so,theresearchforthesolarstreetlampispaidmoreandmoreattention.Thispaperintroducesthecontrollerforcontrolofsolarstreetlamp,thisintelligentcontrolsystemwithautomaticrecognitionofpedestriansandcontrolstheLEDpoints,Italsohasthefunctionofautomatictrackingsolarorientation.thisdesignhasthefunctionofthegeneralsolarstreetlampcontroller,like:

overchargeprotection,overdischargeprotectionanddualmodepowersupply。

It’susedenergy-savinghigh-powerLEDaslightemittingdevicesandefficientmicrocontrollerastheprocessor.Andit’salsousedthephotoelectrictechnologytoimprovethesensitivityofthesystem.Thesystemismainlycomposedofpedestriandetectionandpositionofthesuntracking.

Pedestriandetectionusingtwopyroelectricinfraredsensor,dual-thresholdvoltageamplifiercircuittoreducenoiseandamplificationsignal,thenthesignalwillbeprocessedbythemicrocontrolleranddeterminewhetherthepedestrianareaintheworkarea.

Thepositionofthesuntrackingdeviceusesasiliconphotovoltaiccellsasthelightintensitydetectionandafour-quadrantphotoelectricprobeasthedetectionofthepositionofthesun.Thelightintensitysignalandthepositionsignal,respectively,throughtheI/Vconvertingcircuitandamplifyingcircuittotheprocessingandamplification,thevoltagesignalcanbeidentifiedanddistinguishedbytheA/Dconverter.A/Dconverterchangestheanalogvoltagesignaltobecorrespondingdigitalsignalforthemicrocontrollercomparesandcomputation,therebytrackingthepositionofthesun,toensurethatthemainopticalaxisofthesolarcellparalleltothelight.

ThesystemusesthepedestriandetectiondeviceandtheLEDpointcontrol,It’sgoodusedthebatteryenergyandreducedbatteryconsumptionandthefrequencyofbatteryreplacement.Thepositionofthesuntrackingdeviceuseshigh-precisionfour-quadrantphotoelectricprobeandsteppermotortoprovidesufficientaccuracyinordertoachievereal-timetracking.

Keyword：

SolarEnergy；HighpowerLED；controller；Roadlamp

前言

20世纪末二十一世纪初，各国意识到基于煤炭、石油等不可再生能源的能源危机，开始着手寻求新型能源，各类能源相继被应用于各个领域，尤其是太阳能与风力，虽然这些能源转换的效率并不高，但是其储备量大，清洁，可再生，继而被应用于各个场所，应用于各类发电，并且太阳能在在为人造卫星提供能源方面利用的比较广。

太阳能是太阳内部或是太阳表面的黑子连续不断的核聚变产生的能量，并且地球上的能量无不是间接或者是直接来自太阳能，植物通过光合作用，将太阳能转换为化学能从而存储起来，而人类常用的煤碳，石油与天然气等化石能源也是由远古时代的植物经过化学演变而成。

此外，水势能与风能也是由太阳能产生的。

太阳能的存储量非常丰富，但是又因为其密度过小且分散，不同纬度的太阳能密度不同。

地球轨道上平均太阳能辐射强度为1.369W/m2,赤道的周长则为40000KM，从而可以计算出地球所接收的太阳能达173000TW。

在海平面的标准太阳能辐射强度峰值为1KW/m2，地球表面的每一点24H内的平均太阳能辐射强度为0.2KW/m2，相当于102000TW。

太阳能总量是地球人类所利用能源的很多倍，但是因其缺点，现阶段因技术，无法得到很好的利用。

尽管太阳辐射到大气层的能量仅为其总能量的22亿分之1，但是也有173000TW，一秒钟辐射到地球表面的能量相当于500万吨煤炭。

这样大的能源储备，对于太阳能的应用有着非常好的前景。

对于太阳能路灯来说，还是有这相当广阔的前景，现阶段，对于太阳能能路灯的研究则是在其如何提高其能源的利用率与如何提高其的太阳能转换效率。

对于前者来说，采用现阶段高效节能的发光器件大功率LED，并且视情况确定点亮LED的点数，根据行人的多少来控制点亮LED点数，或者是根据行人距离路灯的距离，通过一定的计算保证标准的光照明度的前提下，控制LED点数；对于后者来说，提高太阳能能量转换效率有两种方法，一是对太阳能转换器件（太阳能电池）的研究，这类需要在一定的科学水平上，现阶段受限制于光伏技术水平。

二是通过追踪装置，来提高太阳能的转换效率，这是可以运用现有的技术来克服太阳光线与太阳能接受装置的光轴不平行的困难。

太阳能控制器则是针对与太阳能路灯的改进而产生的一类产品，对太阳能路灯赋予更加明显的优势。

一、太阳能路灯控制器的介绍

太阳能控制器应用于太阳能光伏系统中，它全称太阳能充放电控制器，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统中非常重要的组件。

它能够起到保障整个太阳能光伏系统高效，安全的运作的作用。

而太阳能路灯控制器则是应用与太阳能路灯的一类太阳能控制器，协调太阳能电池板、蓄电池以及LED的工作。

1.1太阳能路灯的发展趋势

太阳能路灯是以太阳光为能源，白天太阳电池板给蓄电池充电，夜晚，蓄电池驱动LED照明。

太阳能路灯现阶段的造价要比传统的路灯造价高上20%以上，但是太阳能路灯的日后的总费用可以和传统路灯的费用拉平，太阳能路灯之所以不能够普及还存在以下两点困难：

一、蓄电池需要定期更换；二、太阳能路灯的结构与传统的太阳能路灯不同，一般的电工不会修理，维修困难。

但是相对于传统路灯来说，太阳能路灯无需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，安全节能无污染，无需人工操作工作稳定可靠，节省电费。

就是因为太阳能路灯有上述的优点，目前也得到了一定范围内的推广，目前已经初步应用于校园、家庭等。

但是也因为太阳光的密度比较分散，所以太阳能路灯在原有的基础上，添加风能组成新型的路灯，利用风能与太阳光能互补，这样就可以减小蓄电池的容量，并且可以在一定程度上可以解决连续阴雨天气对太阳能路灯的影响。

还有一种方式就是，太阳能路灯采用双模供电（市电—蓄电池）的方式进行供电，若是采取这样的解决方式，太阳能路灯的铺设费用就急剧增加。

但是，这样可以做为一种改进传统路灯的方法，利用原有的管线设备，增加太阳能路灯的基础器件进行改进，以降低路灯损耗。

太阳能路灯发展到现在，太阳能的利用并不高，所以太阳能路灯争先开始研制太阳能路灯控制器，以达到节省能源等作用。