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[導讀] 一、項目概述 1.1 引言 在人類文明的歷史長河中,人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和發(fā)展所需的各種能源,能源的利用水平折射出人類文明的進步步伐。從原始社會開始,由地球在長達

一、項目概述

1.1 引言

在人類文明的歷史長河中,人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和發(fā)展所需的各種能源,能源的利用水平折射出人類文明的進步步伐。從原始社會開始,由地球在長達50萬年的歷史中積累下來的化石礦物能源,即常規(guī)能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類所用能源的基礎。但是常規(guī)能源的儲量正隨著人類文明的高度發(fā)展而迅速枯竭。從資源的角度看,地球的礦物能源儲量是有限的,按目前消耗的速度計,石油還可供開采40年左右,天然氣約60年,煤可望達200年。全球能源消耗的年增長率約為2%,近35年來世界能源消費量已經(jīng)翻了一番。人們預計,到2025年全球能源消耗還將再增加一倍。這些都提醒人們注意到必須開發(fā)新的能源。

常規(guī)能源的大量利用對人類生存環(huán)境也有著日趨嚴重的破壞作用。到20世紀末人們開始意識到:由于每年燃燒常規(guī)能源所產(chǎn)生的CO2排放量約210億噸左右,已經(jīng)使地球嚴重污染,而且目前CO2的年排放量還在呈上升趨勢。CO2造成了地球的溫室效應,使全球氣候變暖。經(jīng)過較為準確的推算,如果全球變暖1.5~4.5℃,最嚴重的后果是海平面將上升25~145cm,沿海低洼地區(qū)將被淹沒,這將嚴重影響到許多國家的經(jīng)濟、社會和政治結(jié)構(gòu)。此外,大量燃燒礦物燃料,會在大范圍內(nèi)形成酸雨,將嚴重損害森林和農(nóng)田,目前全球已有數(shù)以千計的湖泊酸性度不斷提高,并已接近魚類無法生存的地步;酸雨還損壞石造建筑、破壞古跡、腐蝕金屬結(jié)構(gòu),甚至進入飲用水源,釋放出潛在的毒性金屬(如鎘、鉛、汞、鋅、銅等),威脅人類健康。因此,人類文明的高度發(fā)展與生存環(huán)境的極度惡化,形成了強烈的反差。

針對以上情況開發(fā)和使用新能源(可再生能源和無污染綠色能源)已是人類目前迫切需要解決的重要問題。雖然目前人類可利用的新能源,如太陽能、風能、地熱能、水能、海洋能等能源形式都是可以滿足要求的。但從能源的穩(wěn)定性、可持久性、數(shù)量、設備成本、利用條件等諸多因素考慮,太陽能將成為最為理想的可再生能源和無污染能源。

太陽能電池發(fā)電與火力、水力、柴油發(fā)電比較具有許多優(yōu)點,如安全可靠、無噪聲、無污染,能量隨處可得、不受地域限制、無需消耗燃料、無機械轉(zhuǎn)動部件、故障率低、維護簡便、可以無人值守、建站周期短、規(guī)模大小隨意、無需架設輸電線路、可以方便地與建筑物相結(jié)合等,因此,無論從近期還是遠期,無論從能源環(huán)境的角度還是從邊遠地區(qū)和特殊應用領域需求的角度來考慮,太陽能電池發(fā)電都極具吸引力。目前,太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模應用的唯一障礙是其成本高,預計到21世紀中葉,太陽能電池發(fā)電的成本將會下降到同常規(guī)能源發(fā)電相當。屆時,太陽能電池發(fā)電將成為人類電力的重要來源之一。

1.2 項目背景/選題動機

太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈,因其具有不受供電影響,不用開溝埋線,不消耗常規(guī)電能,只要陽光充足就可以就地安裝等特點,因此受到人們的廣泛關(guān)注,又因其不污染環(huán)境,而被稱為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽能路燈即可用于城鎮(zhèn)公園、道路、草坪的照明,又可用于人口分布密度較小,交通不便經(jīng)濟不發(fā)達、缺乏常規(guī)燃料,難以用常規(guī)能源發(fā)電,但太陽能資源豐富的地區(qū),以解決這些地區(qū)人們的家用照明問題。

太陽能燈是光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的一種應用產(chǎn)品,具有節(jié)能、環(huán)保、安全、無需布線、安裝簡便、自動控制、可根據(jù)需要隨時變換插放的位置等優(yōu)點。太陽能燈具的主要類型有太陽能庭院燈、太陽能路燈、太陽能草坪燈、太陽能景觀燈、太陽能信號燈。  

在太陽能路燈實際應用中,很多地方的太陽能路燈不能滿足正常照明需要,尤其在陰雨天更為突出,因此,這就要求太陽能路燈在工作時能夠根據(jù)行人情況對自身功率進行動態(tài)調(diào)整,在滿足正常工作的同時能夠節(jié)省更多的電力,保證系統(tǒng)的長時間工作;此外,現(xiàn)有的太陽能路燈無法實現(xiàn)對自身工作狀態(tài)和外圍電路參數(shù)的檢測和故障診斷,無法組成遠程監(jiān)控網(wǎng)絡,因而需要一個遠程無線監(jiān)控系統(tǒng)對太陽能路燈電路參數(shù)進行檢測,并對出現(xiàn)的故障實現(xiàn)診斷和報警功能,實現(xiàn)路燈的智能化管理

二、需求分析

2.1 功能要求

1、系統(tǒng)全部采用太陽能電池和蓄電池供電,綠色環(huán)保無污染;

2、太陽能電池能自動跟蹤太陽光,實現(xiàn)太陽能利用的最大化;

3、天黑時候路燈能夠自動亮燈,并且能夠根據(jù)有人經(jīng)過和沒人經(jīng)過的情況動態(tài)調(diào)整路燈功率,實現(xiàn)節(jié)能效果;晚上十二點后,由于行人稀少,路燈將處于半激活狀態(tài),當有人經(jīng)過時才亮燈,沒人經(jīng)過則不亮燈,在保證給少量行人照明的同時實現(xiàn)節(jié)能;到了早上再次進入正常發(fā)光模式,直到天亮的時候熄滅,進入蓄能階段。

4、系統(tǒng)具有自動監(jiān)測功能,能夠?qū)β窡艏捌渫鈬娐返倪\作進行監(jiān)測,一旦有異常情況出現(xiàn),從機通過無線網(wǎng)絡發(fā)到主機,主機匯總后通過GSM網(wǎng)絡發(fā)給監(jiān)控中心通知技術(shù)人員進行維修,保證檢修的快速性。

2.2 性能要求

1、ADC轉(zhuǎn)換精度為10位;

2、無線傳輸有效距離100m(可根據(jù)實際需要選用不同的無線模塊實現(xiàn)遠距離傳輸數(shù)據(jù));

3、GSM超遠傳輸距離,只要有信號的地方就可以收到數(shù)據(jù);

4、一個監(jiān)控中心可監(jiān)測多個主機,一個主機可監(jiān)測多個從機。

三、方案設計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

系統(tǒng)機構(gòu)框圖

系統(tǒng)由監(jiān)控中心、主機和從機三大部分組成,監(jiān)控中心通過GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)與主機的遠程通訊,而主機與從機距離較近,故采用2.4GHz無線網(wǎng)絡進行通訊。

監(jiān)控中心硬件結(jié)構(gòu)框圖

監(jiān)控中心主要負責各主機匯總情況分析、顯示,同時可通過現(xiàn)場或者發(fā)短信的方式通知工作人員路燈的損壞情況,此外還可以對系統(tǒng)參數(shù)進行設置,其主要由AVR單片機、GSM模塊、光傳感器、人體紅外感應模塊、矩陣鍵盤、聲光報警、位置檢測電阻、電機模塊、液晶顯示器、電源管理、實時時鐘電路DS1302、后備電源、太陽能電池和蓄電池組成。

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