風光互補LED智能節(jié)能照明系統(tǒng)設(shè)計

李莎莎　拉生成　賈紅瑞

【摘要】本文闡述了一套基于單片機STC15F2K60S2的熱紅外傳感器、光敏電阻器以及智能化控制LED照明的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提高用電效率、節(jié)約電能并且環(huán)保，有很高的使用價值，并且還具有“有人光線強則燈不亮，有人光線弱則燈亮，無人光線強則燈不亮，無人光線弱則燈不亮”的功能。

【關(guān)鍵詞】風光互補發(fā)電系統(tǒng)；LED；單片機；智能節(jié)能照明控制器

風光互補是新能源綜合開發(fā)利用，LED燈是新的節(jié)能技術(shù)，風光互補LED 燈是兩者結(jié)合的經(jīng)典之作。風能和太陽能都是最普遍的儲量大且清潔的可再生能源，在時間上和季節(jié)上互補性很強：這種互補性使風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，使其優(yōu)于單一的風電或光電。LED被認為是綠色的第四代光源，是一種固體冷光源，具有高效、壽命長、安全環(huán)保、體積小、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點，目前已有廣泛的應(yīng)用。

本作品控制器要根據(jù)太陽能電池、風力發(fā)電機、單片機、傳感器、蓄電池、風光互補控制器、光源等部件特性和環(huán)境光線的變化進行智能充放電控制；還可根據(jù)季節(jié)、環(huán)境、光線變化等因素決定定時點亮等不同智能工作模式。

1.設(shè)計方案

1.1 風光互補發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

風光互補發(fā)電系統(tǒng)[1]是一種將風能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是由風力發(fā)電機與太陽能電池組成的聯(lián)合供電系統(tǒng)。風光互補供電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏板、控制器、蓄電池、逆變器、交流（直流）負載等部分組成。利用太陽能組件、風力發(fā)電組件發(fā)出電能，通過蓄電池組儲存，通過逆變器將蓄電池中儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，?jīng)由輸電線路為用戶供電。

2.智能照明控制方案設(shè)計

2.1總體設(shè)計

當紅外傳感器所形成的電信號和光敏電阻器接受到的信號同時滿足時，單片機才工作。

在本設(shè)計中，完整的光線感應(yīng)裝置包含有檢測光強度的光敏電阻器，對整個系統(tǒng)進行控制的單片機STC15F2K60S2，以及對輸出的小功率信進行號進行放大的高頻放大電路和避免外界強電干擾的電路電壓隔離部分。首先光敏電阻器將對日光的強度做出感應(yīng)，當外界環(huán)境的光強度變大時光敏電阻器的阻值變小，當外界光強度減弱時，光敏電阻器[2]的阻值變大。光敏電阻器將這種隨著外界光強度改變做出相應(yīng)變化的檢測結(jié)果即信號反饋給單片機STC15F2K60S2，由單片機STC15F2K60S2做出相應(yīng)的判斷，并將判斷的結(jié)果輸出.因為由單片機輸出的信號功率是很小的，無法利用這種電流去驅(qū)動照明設(shè)備的開關(guān)或者控制設(shè)備.模塊在環(huán)境光線亮度達不到設(shè)定閾值時D0端輸出高電平，當外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定值時D0端輸出低電平，D0輸出端可以與單片機直接相連通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的光線亮度改變；D0輸出端可以直接驅(qū)動本店繼電器模塊，由此可以組成一個光控開關(guān)。所以要在單片機STC15F2K60S2后接一個高頻放大電路，使其對該小功率信號進行有效的放大。經(jīng)過放大電路放大的電流信號就可以作用于控制照明設(shè)備的開關(guān)或者控制設(shè)備了。因為該光感應(yīng)器的內(nèi)部是實現(xiàn)弱電對外界環(huán)境中強電的控制，所以為了保護單片機使其能夠正常的工作，在光感應(yīng)器的內(nèi)部還需要配備有電路電壓的隔離部分，這樣就可以有效的隔離外界強典對設(shè)備內(nèi)部弱電的干擾，達到保護單片機的目的。整個設(shè)備可以隨著室內(nèi)光強度的改變調(diào)整照明設(shè)備的亮度，使得室內(nèi)的光強度最適合，免去了人們手動調(diào)節(jié)照明設(shè)備的麻煩，也更好地自動節(jié)約了電能。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1檢測環(huán)節(jié)

3.1.1被動式熱釋電紅外探測器

熱紅外感應(yīng)器是一個是熱釋電紅外傳感器（PIR），它能將波長為8-12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒛軐ψ匀唤缰械陌坠庑盘柧哂幸种谱饔?，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號。本文利用的紅外感應(yīng)器是靈敏型光敏電阻傳感器，比較器輸出，信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強并電流達到100mA。配可調(diào)電位器可調(diào)節(jié)檢測光線亮度工作電壓3.3V-5V，輸出形式：數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）。

3.1.2環(huán)境亮度傳感模塊

光敏電阻器工作原理[3]是利用投光器將光線通過透鏡聚焦，光線經(jīng)過傳輸?shù)竭_受光器的透鏡，最后被接收感應(yīng)器所接收，感應(yīng)器將收到的光線信號轉(zhuǎn)換成電信號，而這種被光線感應(yīng)器轉(zhuǎn)換來的電信號可以有多種應(yīng)用方式?；緦崿F(xiàn)原理是對投光器和受光器之間的光線進行阻擋，在這個過程中會產(chǎn)生一定的信息，這種信息就以信號的形式反應(yīng)出來，對該信息加以合理利用就可以完成設(shè)定的要求使設(shè)備可以自動調(diào)節(jié)光亮強度即實現(xiàn)自動化控制照明設(shè)備。光線感應(yīng)器就利用光敏電阻器根據(jù)這種外界環(huán)境的光強度的變化輸出微弱的電信號，通過簡單的放大電路進行處理，處理的結(jié)果送至開關(guān)和控制設(shè)備就可以實現(xiàn)對光的控制了。在本文中主要利用光感應(yīng)器在總開關(guān)打開的情況下根據(jù)環(huán)境的光強度自動調(diào)節(jié)光亮，當光強達到一定程度時就會自動關(guān)閉開關(guān)。

3.2控制環(huán)節(jié)

STC15F2K60S2單片機是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/高可靠/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，采用STC第八代加密技術(shù)，加密性超強，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成高精度R/C時鐘，±1%溫飄，常溫下溫飄5‰，5MHz～35MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振。3路PWM/PCA，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（30萬次/秒），針對電機控制，強干擾場合。

在光感應(yīng)器里另一個重要的器件就是單片機STC15F2K60S2，其對該光線感應(yīng)器的正常工作進行指導并有效地控制，在單片機STC15F2K60S2里主要包含有電源電路、復位電路和晶體振蕩電路等設(shè)備。

參考文獻

[1]黃鑫.風光互補發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J].科技論壇，98.

[2]安毓英，曾曉東，馮喆珺.光電探測與信號處理[M].北京：科學出版社，2010.

[3]田裕鵬，姚恩濤，李開寧.傳感器原理[M].北京：科學出版社，2007.