太陽(yáng)能路燈聯(lián)網(wǎng)監控節能系統方案

1.1 引言

在人類(lèi)文明的歷史長(cháng)河中，人類(lèi)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(lèi)文明的進(jìn)步步伐。從原始社會(huì )開(kāi)始，由地球在長(cháng)達50萬(wàn)年的歷史中積累下來(lái)的化石礦物能源，即常規能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類(lèi)所用能源的基礎。但是常規能源的儲量正隨著(zhù)人類(lèi)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(kāi)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(cháng)率約為2%，近35年來(lái)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(kāi)發(fā)新的能源。

常規能源的大量利用對人類(lèi)生存環(huán)境也有著(zhù)日趨嚴重的破壞作用。到20世紀末人們開(kāi)始意識到：由于每年燃燒常規能源所產(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(guò)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，沿海低洼地區將被淹沒(méi)，這將嚴重影響到許多國家的經(jīng)濟、社會(huì )和政治結構。此外，大量燃燒礦物燃料，會(huì )在大范圍內形成酸雨，將嚴重損害森林和農田，目前全球已有數以千計的湖泊酸性度不斷提高，并已接近魚(yú)類(lèi)無(wú)法生存的地步；酸雨還損壞石造建筑、破壞古跡、腐蝕金屬結構，甚至進(jìn)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(lèi)健康。因此，人類(lèi)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(kāi)發(fā)和使用新能源(可再生能源和無(wú)污染綠色能源)已是人類(lèi)目前迫切需要解決的重要問(wèn)題。雖然目前人類(lèi)可利用的新能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地熱能、水能、海洋能等能源形式都是可以滿(mǎn)足要求的。但從能源的穩定性、可持久性、數量、設備成本、利用條件等諸多因素考慮，太陽(yáng)能將成為最為理想的可再生能源和無(wú)污染能源。

太陽(yáng)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(diǎn)，如安全可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染，能量隨處可得、不受地域限制、無(wú)需消耗燃料、無(wú)機械轉動(dòng)部件、故障率低、維護簡(jiǎn)便、可以無(wú)人值守、建站周期短、規模大小隨意、無(wú)需架設輸電線(xiàn)路、可以方便地與建筑物相結合等，因此，無(wú)論從近期還是遠期，無(wú)論從能源環(huán)境的角度還是從邊遠地區和特殊應用領(lǐng)域需求的角度來(lái)考慮，太陽(yáng)能電池發(fā)電都極具吸引力。目前，太陽(yáng)能電池發(fā)電系統大規模應用的唯一障礙是其成本高，預計到21世紀中葉，太陽(yáng)能電池發(fā)電的成本將會(huì )下降到同常規能源發(fā)電相當。屆時(shí)，太陽(yáng)能電池發(fā)電將成為人類(lèi)電力的重要來(lái)源之一。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

太陽(yáng)能路燈是一種利用太陽(yáng)能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開(kāi)溝埋線(xiàn)，不消耗常規電能，只要陽(yáng)光充足就可以就地安裝等特點(diǎn)，因此受到人們的廣泛關(guān)注，又因其不污染環(huán)境，而被稱(chēng)為綠色環(huán)保產(chǎn)品。太陽(yáng)能路燈即可用于城鎮公園、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、缺乏常規燃料，難以用常規能源發(fā)電，但太陽(yáng)能資源豐富的地區，以解決這些地區人們的家用照明問(wèn)題。

太陽(yáng)能燈是光電轉換技術(shù)的一種應用產(chǎn)品，具有節能、環(huán)保、安全、無(wú)需布線(xiàn)、安裝簡(jiǎn)便、自動(dòng)控制、可根據需要隨時(shí)變換插放的位置等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能燈具的主要類(lèi)型有太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能草坪燈、太陽(yáng)能景觀(guān)燈、太陽(yáng)能信號燈。

在太陽(yáng)能路燈實(shí)際應用中，很多地方的太陽(yáng)能路燈不能滿(mǎn)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(yáng)能路燈在工作時(shí)能夠根據行人情況對自身功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整,在滿(mǎn)足正常工作的同時(shí)能夠節省更多的電力,保證系統的長(cháng)時(shí)間工作；此外，現有的太陽(yáng)能路燈無(wú)法實(shí)現對自身工作狀態(tài)和外圍電路參數的檢測和故障診斷，無(wú)法組成遠程監控網(wǎng)絡(luò )，因而需要一個(gè)遠程無(wú)線(xiàn)監控系統對太陽(yáng)能路燈電路參數進(jìn)行檢測，并對出現的故障實(shí)現診斷和報警功能，實(shí)現路燈的智能化管理

二、需求分析

2.1 功能要求

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

2、太陽(yáng)能電池能自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光，實(shí)現太陽(yáng)能利用的最大化；

3、天黑時(shí)候路燈能夠自動(dòng)亮燈，并且能夠根據有人經(jīng)過(guò)和沒(méi)人經(jīng)過(guò)的情況動(dòng)態(tài)調整路燈功率，實(shí)現節能效果；晚上十二點(diǎn)后，由于行人稀少，路燈將處于半激活狀態(tài)，當有人經(jīng)過(guò)時(shí)才亮燈，沒(méi)人經(jīng)過(guò)則不亮燈，在保證給少量行人照明的同時(shí)實(shí)現節能；到了早上再次進(jìn)入正常發(fā)光模式，直到天亮的時(shí)候熄滅，進(jìn)入蓄能階段。

4、系統具有自動(dòng)監測功能，能夠對路燈及其外圍電路的運作進(jìn)行監測，一旦有異常情況出現，從機通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)到主機，主機匯總后通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)給監控中心通知技術(shù)人員進(jìn)行維修，保證檢修的快速性。

2.2 性能要求

1、ADC轉換精度為10位；

2、無(wú)線(xiàn)傳輸有效距離100m（可根據實(shí)際需要選用不同的無(wú)線(xiàn)模塊實(shí)現遠距離傳輸數據）；

3、GSM超遠傳輸距離，只要有信號的地方就可以收到數據；

4、一個(gè)監控中心可監測多個(gè)主機，一個(gè)主機可監測多個(gè)從機。

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

系統機構框圖

系統由監控中心、主機和從機三大部分組成，監控中心通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )實(shí)現與主機的遠程通訊，而主機與從機距離較近，故采用2.4GHz無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通訊。

監控中心硬件結構框圖

監控中心主要負責各主機匯總情況分析、顯示，同時(shí)可通過(guò)現場(chǎng)或者發(fā)短信的方式通知工作人員路燈的損壞情況，此外還可以對系統參數進(jìn)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(pán)、聲光報警、位置檢測電阻、電機模塊、液晶顯示器、電源管理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302、后備電源、太陽(yáng)能電池和蓄電池組成。

主機硬件結構框圖

主機負責收集從機和自身監控數據，是監控中心和從機通訊的橋梁，主要由AVR單片機、GSM模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、光傳感器、人體紅外感應模塊、位置檢測電阻、電機模塊、電源管理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302、后備電源、太陽(yáng)能電池和蓄電池組成。