科技学院太阳能智能照明系统.docx

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科技学院太阳能智能照明系统

浙江科技学院

本科毕业论文

（2014届）

题目太阳能智能照明系统

学院理学院

专业应用物理

班级101

学号110102027

学生姓名饶旭

指导教师熊必涛

完成日期2014年5月19日

太阳能智能照明系统

学生姓名：

饶旭指导教师：

熊必涛

浙江科技学院理学院

摘要

随着社会的不断进步，人类的文化、社会的科技都随此也不断进步。

对于当今的社会而言，科技一词是非常抢眼的，各种高新科技都层出不穷，逐渐地都显露出来了。

其中，太阳能智能照明也出现在了其中。

本文就对太阳能智能照明系统进行了相关的设计。

主要介绍了太阳能系统的发展及前景，其中，为了体现出此系统的智能性，特别制作了一个智能化的系统，它包括太阳能发电、智能语音模块、光敏控制模块、时间控制模块。

其中，智能语音模块是一个很智能化的模块，它可以同过人声的识别，来使用电器进行开和关，非常人性化；光敏控制模块非常简便，它就只需要在用电器之前接上一个光敏元件，就可以达到白天自动关闭，晚上自动打开的功能；时间控制模块，就是一种可以人为的控制用电器的开关，用户只需设定好时间，就可以让用电器在规定的时间开和关，而且还会循环下去的，只需设置一次即可。

这三个功能组合起来，就构成了完整的太阳能智能照明系统。

关键词：

太阳能语音控制光敏控制时间控制

TheDesignandApplicationofSmartSolarLightingSystem

Student:

RaoXuAdvisor:

XiongBitao

SchoolofScience,ZhejiangUniversityofScienceandTechnology

Abstract

Withthedevelopmentofthesociety,thehumancultureandthesocialscienceandtechnologywillalsocontinuetoprogresswithit.Fortoday’ssociety,theworldoftechnologyisveryeye-catching,differentkindsofhigh-technologycomeoutandarerevealedslowly.Amongthem,theintelligentsolarlightingisoneofthem.

Inthisarticle,somerelatedintroductionwillbemadetotheSystem.Themainoftheintroductionisthesolar’sdevelopmentandoutlook.Also,inordertoreflectthesystem’sintelligence,anintelligentsystemisbeingmadeespecially.Itincludesasolarpower,anintelligentvoicemodule,anelectricalappliancesandatimecontrolmodule.Amongthem,intelligentvoicemoduleisaveryintelligentmodule.Thevoicecommandcanbeidentifiedbythevoicemoduletomakeelectricalappliancesonoroff.Anditisveryhumane.Theelectricalappliancesareveryconvenienttouse.Itonlyneedstoplugaphotosensitiveelementbeforetheelectricalappliancetocontrolitonduringthedayoroffatnight.Thetimecontrolmodulecancontrolelectricalappliancesonoroffhumane.Theuseronlyneedstosettime,electricalappliancescanswitchonoroffatthepredeterminedtime.Alsoitjustneedstobesetonce,itwillcycletowork.Thesethreefunctionsformacompleteintelligentsolarlightingsystem.

Keyword:

solar;voicecontrol;Photosensitivecontrol;timecontrol

目录

中文摘要.....................................................................2

英文摘要.....................................................................3

目录.........................................................................4

第一章绪论..................................................................6

1.1太阳能的发展背景....................................................6

1.2智能照明背景........................................................7

1.3研究的目的..........................................................7

1.4研究思路简述........................................................8

1.5本文的概述..........................................................8

第二章太阳能供电模块........................................................9

2.1太阳能供电模块的整体结构............................................9

2.2太阳能电池板........................................................9

2.3太阳能控制器........................................................10

2.4蓄电池..............................................................11

第三章蓄电模块......................................................12

3.1语音模块的整体结构..................................................12

3.2语音模块规划........................................................12

3.3语音芯片LD3320....................................................13

3.4继电器..............................................................14

第四章光敏控制模块..........................................................16

4.1光敏控制器的构成与特点..............................................16

4.2光敏控制器的工作原理................................................16

第五章时间控制模块..........................................................17

5.1时间控制器的构成及特点..............................................17

5.2时间控制器的使用方法................................................17

第六章系统安装及调试........................................................19

6.1系统各个组件的调试..................................................19

6.2系统的安装..........................................................20

6.3运行情况.............................................................20

6.4小结.................................................................20

第七章总结及展望...........................................................21

7.1总结.................................................................21

7.2展望.................................................................21

致谢.........................................................................22

参考文献.....................................................................23

第一章绪论

1.1太阳能的发展背景

在当今的世界，各种不可再生能源都不断被消耗着，能源都在慢慢的减少。

其中，石油能源消耗当属最多，石油应用太过广泛了：

各种类型汽车都要以汽油或者天然气作为能源来发动、各种重工业大型机器也要靠它来运行、以石油制作的衍生物也都运用到我们生活的不同地方等等。

同时，这种污染也非常的大，对环境都会造成不同程度的伤害。

为了减少对环境的污染，太阳能、潮汐能、水能、风能、生物能等等，这些可再生能源都慢慢的被世人所重视起来了，它们不仅可再生，而且很清洁无污染。

最近来看，太阳能光伏发电越来越受大家所重视了，它可以在任何有太阳光的地方来通过储存电能，并且对环境不能造成任何污染，非常清洁的。

因此，太阳能发电的优势就慢慢显现出来了，陆续的出现很多有关太阳能的东西了。

研究表明，我国陆地每年接受的太阳辐射相当于49000亿吨标准煤燃烧所产生的能量，相当于近万个三峡工程发电量的总和[2]。

现在对可再生能源都进行了不同的研究，像太阳能、风能、潮汐能、生物能等等这些可再生能源都体现出了很大的能源优势，发展前景都非常的好，是那些不可再生能源不可比拟的。

对于本文论题而言，太阳能光伏的有点非常明显，如下：

①收集容易，只要有太阳光的地方就可以收集，非常广泛的；②地域应用非常广泛，适用于很多地区的用户；③安全性很高的，没什么危险性；④经济实惠，不需要消费太多；⑤应用寿命长，不需要太多维护等。

因此，太阳能可以说是世界各国都着力发展的可再生能源[3]。

随着时代科技的不断进步，科技也都发展十分迅速，其中光伏太阳能发电就是发展很迅速的其中之一。

2006、2007年欧洲的并网光伏系统比例达到95%以上，世界平均达到80%以上[3]。

中国打算从2009年至2020年将发电量从0.14GW增长超过1.8GW。

为了达到这个目标，中国政府从法律、政策和经济措施上，落实了许多设备[4]。

国家希望2020年，再生能源发电能占到总发点的15%[5]。

这样看来，太阳能光伏发电所占的比重越来越高了，对于这项能源需求也越来越大了。

有关显示表明:

2020年世界光伏发电累计装机容量将达到200GWP,其中美、日、欧安装总量超过世界总量的50%[6]。

为什么光伏发电的需求量和占有量会有这个预估呢，那是因为光伏发电的应用太广泛的，污染又少，初期成本会高点儿，但是随着科技的进步和技术的革新，成本也会慢慢的下降的。

因此，光伏太阳能发电会越来越被大家所喜爱的。

这里，也有一项重要的突破：

美国特拉华大学，经过研究，可将太阳能转化率达到42.8%，相当高的转化率[7]。

由此可见，这样的转化率就目前来说，是相当高的，减少了很少不必要的浪费。

通过上面的数据显示，明显可以看出，光伏太阳能的优势是有多大，可以想象，在不远的将来，它可以取代煤炭、石油等这些不可再生的能源。

对于我们国家来说，太阳能光伏发电这块，我们这边起步就比较晚，初期就缺少相应的技术资源。

为了弥补这一缺失，在1983年至1987年这五年之间，我国从加拿大及美国前后引进了七条生产太阳能电池的先进生产线[8]。

光伏太阳能发展实在是太迅速了，到2012年年底，全球的所有太阳能发电的总和有大概1亿200万千瓦，中国作为后来在这个领域慢慢发展起来的国家，也占了8%的，不错的比重。

太阳能在国内发展越来越快了，它正在被广泛的利用。

1.2智能照明的背景

从太阳能的诸多优点来说，太阳能发电无疑对人类未来的发展有很中要的作用，它可以在很大程度上解决人类对能源的需求。

对于能源的问题，太阳能是解决了。

同时，如何更好的利用太阳能也是个问题。

对于一般的家庭来说，家庭照明都是用手动来进行开和关的。

有时候，半夜起床的时候，可能为了找电灯的开关而黑灯瞎火的摸半天，有时候还可能因为不小心将自己绊倒，特别麻烦。

如果能让家庭的所有灯都进行智能化的语音控制，就不会出现这么多的麻烦了。

在任何时候，都可以通过特定的语音来控制灯的开关，很简便。

对于以前的路灯来说，一般都是通过人为来进行开和关的，这必须要耗费人员和财力来解决这些问题，但是，如果在所有路灯上都装上一个光敏控制器，就不会出现这些麻烦了。

它可以使路灯在白天自己灭掉，到了晚上就会自动打开了。

由于这个控制器的成本比较小，这既节省资金，又省了人员的耗费。

对于有庭院的家庭来说，院子都是要装灯的。

这些灯每天都要自己动手去打开，一开始还不怎么样，但是长时间这样也会觉得麻烦。

但是，装个时间控制器的话，就会解除这些麻烦，它会按照设定的时间进行电路的开和关，只需设置一次，此后都会循环下去，非常方便。

智能照明会发展的越来越快，会让更多的家庭感受到高速发展的科技所带来的便利。

1.3研究的目的

当今的社会是一个高科技飞速发展的社会，各种高端的科技都层出不穷。

伴随着太阳能的广泛利用，各种不同控制类型的控制器都慢慢被研究出来了。

因此，触控、声控、光控、时间控制、语音控制等等，各种高端控制技术都被加入到了各种电器之中。

其中，语音控制的应用前景比较好，这种技术都慢慢的被开发出来了，相当不错。

本次我的研究目的：

以太阳能为能源，通过一块太阳能电池板来接收太阳能，然后再将这些能源输送到一块蓄电池内，蓄电池就可以当作间接能源来供给整个电路的使用。

电路中还会插入3个控制类型：

语音控制模块（通过语音识别控制开和关）、光敏控制（通过光强的影响来简介控制开和关）、时间控制（通过设定时间来控制开和关），就这样完成整个太阳能智能照明系统。

时代在进步，科技也在进步，人类的思想更加在进步。

以前人类的生活都是有了房子，房子有了灯，有了电视就都差不多了，不会在有更多奢求了。

但是，对于现在这个高速发展的科技时代，智能化、自动化等技术都慢慢的发展起来了。

它们不仅可以运用到技术生产上面，对于普通的家庭来说，也可以利用这些技术，让它出现在我们的日常生活和工作上，可以让我们的生活更具便利性和科技性。

由此，智能型家居都慢慢出现在大家的视野中了。

它可以让大家在家中就可以享受到最先进的科技，感受更多的便利，不再让大家的生活感到一成不变了。

对于目前的电子市场来说，科技在进步，技术也在进步，成本就慢慢下降了，智能家居将会有更广阔的市场[9]。

1.4研究思路简述

首先，要了解太阳能发电的原理，了解太阳能电池的工作原理。

然后，弄清楚太阳能发电后，如何储存电能和将电能利用到日常生活中的。

其次，我的课题主要体现的是智能化，这样就要提到它所具有的三个功能：

第一，语音控制，要弄清语音模块是如何工作，如何调节的；第二，光敏控制，搞清光敏工作的原理及它的用途；第三，时间控制，解析时间控制的具体原理及操作。

这三样功能在加上光伏太阳能发电的工作电路，组合在一起，就组成了我的太阳能智能照明系统了。

1.5论文概述

为了让大家清晰了解本论文，对于本文的内容作了以下的简单概述：

第一章，对太阳能和照明行业的背景进行了一些介绍，同时也介绍了研究的目的。

第二章，对于光伏太阳能是如何发电，对其原理作了一定的介绍，其中也包括太阳能发电的整个发电结构以及发电的性能；

第三章，对智能语音模块的构造及如何工作做了介绍；

第四章，对光敏控制模块的构造、优点及工作原理做了介绍；

第五章，对时间控制模块的构造、特点及使用方法做了介绍；

第六章，对整个系统的各个组件调试、安装及运行做了必要工作；

第七章，对本文做了总结以及对本行业的展望。

第二章太阳能供电系统

2.1太阳能供电系统的整体结构

图2.1太阳能供电系统结构示意图

上图2.1，所显示的是一套简易的完整的太阳能供电小系统。

它是由太阳能电池板作为吸收太阳能的光源的器件，太阳能电池板吸收完太阳能之后，太阳能是不能被直接利用的，它需要通过一个太阳能控制器组件来进行中间调和。

太阳能控制器可以把吸收进来的太阳能储存进铅蓄电池内。

之后，铅蓄电池内所储存的电能就可以使用了。

使用铅蓄电池内的电能，也要经过太阳能控制器，它可以达到控制的效果。

这样，就组成了一个简单的太阳能供电系统了。

2.2太阳能电池板

下图2.2为常见的太阳能电池的内部结构。

太阳能电池的核心就是其中的P-N结，P-N在其中起到的很中要的作用。

太阳能电池发电的基本工作原理就是光生伏特效应，即把所照射的太阳能转化为伏特电能。

光生伏特效应：

当太阳光照射到p-n结上时，能量大于半导体禁带宽度Eg的光子能把价带中的电子激发到导带上，从而形成了电子-空穴对，既光生载流子。

这些光生载流子在p-n结内建电场作用下迅速分离，电子集中到电池的n型一端，空穴则集中到电池的p型一端。

进而在二极管的两端分别形成了正负电荷积累，并产生了光生电动势[10]。

在产生光生电动势之后，再接上正负极，就可以利用这些光生能源了。

常见的太阳能电池有：

单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、多元化合物太阳能电池等，慢慢的发展，种类也慢慢的多了起来。

我的毕业设计所采用的是单晶硅太阳能电池，它所工作的最大的功率为10W，开路电压为21.5V，最佳的工作电压为17.5V，短路时的电流为0.65A，最佳情况的工作电流为0.57A。

图2.2太阳能电池内部结构

2.3太阳能控制器

图2.3太阳能电池的伏安特性曲线

大家都知道，我们日常生活的用电都是稳定的电压和电流。

如果没用稳定的电压和电流，用电器是无法正常的工作的。

对于太阳能电池板，由上图2.3可以看出：

它所吸收的太阳能，然后转化成的光生伏特电压就不是稳定的，它是随着太阳光的强度的变化所变化的。

因此，这样的电能是不能被直接使用的。

为了能把太阳能利用到日常生活中，我们就需要一个中间控制器，来调和这样的太阳能，它就是太阳能控制器。

它可以把将所吸收的太阳能固定到一个参数上面，即使太阳能电池所产生的电压是个不稳定的。

这样，就可以把这些能量通过控制器输送到铅蓄电池，然后就能供我们正常使用了。

2.4蓄电池

本次试验所采用的储存电能的设备是常见的铅蓄电池。

一个完整的铅蓄电池是由正极、负极、电解质以及容器所构成的。

其中，正极是由填满的二氧化铅的铅板做成的，负极是由填满海绵状铅的铅板做成的，电解质是稀硫酸（稀释程度为1.28%）。

蓄电池的工作原理就是充放电。

它在充电的时候，就是在其内产生化学反应，将其中的电能转化为化学能；放电的时候，也要产生化学反应，反过来将化学能转化为电能。

这样多次的反复充放电，就给铅蓄电池了另一个名字：

二次电池。

由于多次进行化学反应，在铅蓄电池使用到一定时间之后，需要给它加入一定量的蒸馏水，从而让其内的电解质溶液稀硫酸回到起初的稀释浓度。

铅蓄电池的化学反应方程式如下：

正极反应：

负极反应：

总反应：

其中，向右反应为放电，向左反应为充电[11]。

第三章智能语音控制系统

本文所研究的是太阳能智能照明，所以智能化是非常重要的。

此章节，主要就讲的是它之中非常重要的智能语音模块。

3.1语音模块的整体结构

图3.1语音模块原理框图

上图为智能语音模块的工作原理框图。

语音模块包括主控芯片和语音芯片。

其中，主控芯片是STC10L08XE单片机，它是由STC公司制造的；语音芯片是非特定人生识别语音芯片LD3320，它是由ICRoute公司制造的[12]。

首先，通过语音模块上的麦克风接收外来语音，并且将这些语音转换为电信号，然后这些电信通过电路的模数转换、降低噪音等处理，从而得到数字信号，数字信号再传递给语音芯片LD3320，且进行再处理，然后这些信号再与库里面的已有信号作对比，然后再输出。

输出的信号在传达到主控芯片，主控芯片通过相应的I/O口输出，这时候I/O口就可以通过继电器传达相应线路的指示，从而达到语音控制的效果。

3.2语音芯片LD3320

LD3320语音芯片是一种非特定人的语音识别芯片。

此语音芯片上有比较高精度的A/D、D/A借口，这项功能实用性非常好，可以很轻松的识别人声，来输出相应指令。

对于人声识别，它不是那些传统的只能识别固定人声的，它可以适应动态语音，也就是说，语音可以自己随意设定，只要不超出一定范围就能识别[12]。

关于动态人声识别，只需要编辑你想说的话为拼音类型，例如，你想说“打开一号灯”，就只需在内置ini文件内相应指令上加入“dakaiyihaodeng”即可，这样语音芯片就能轻松识别你所读出的指令，达到控制效果。

下面举个例子，例如：

如果系统设定开始要收到“xiaojie”的语音，才可以进行下面指令，但是，如