摘 要：可再生能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活必須的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的極大助力。本文主要對風(fēng)光互補(bǔ)智能照明系統(tǒng)進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究風(fēng)能和太陽能為照明系統(tǒng)提供源源不斷穩(wěn)定的電能，在白天和黑夜情況下智能控制LED的亮滅，檢測周圍溫度通過LCD1602實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)先設(shè)定閾值，繼電器模塊智能控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)智能化控制LED照明。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)；智能；LED照明

中圖分類號：TM923.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：2096-4706（2018）01-0058-03

Design of Intelligent Lighting System Based on Wind and Light Complementation

ZHAO Bo，HAN Song，LI Zhiyuan，CHEN Xugen，LI Xianrui

（School of Mathematics and Physics，Xuzhou University of Technology，Xuzhou 221000，China）

Abstract：Renewable energy is an important material basis for the development of the national economy and the people's life，and is a great help to promote the development of human society.This paper focuses on the wind and light complementary research of intelligent lighting system，focus on wind and solar lighting system to provide everfount stable power，intelligent control of LED light in the day and night condition，ambient temperature is detected through the LCD1602 display，when the ambient temperature exceeds the pre set threshold，the relay module is intelligent control of the fan rotation. Thus，the twenty-four hour intelligent control LED lighting is realized.

Keywords：wind and light complementation；intelligence；LED lighting

0 引 言

當(dāng)代社會(huì)風(fēng)能和太陽輻射能源是取之不盡、用之不竭的，是人類能夠自由利用的能源之一。在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，充分利用取之不盡太陽能是世界各國政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策。因此本設(shè)計(jì)將采集風(fēng)能和太陽能的能量轉(zhuǎn)換成電能存儲(chǔ)起來，為體育館各個(gè)設(shè)備提供持續(xù)不斷的電能的系統(tǒng)，極大的節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人類與大自然和諧相處的愿望。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由單片機(jī)核心電路、光照檢測電路、充電管理電路、升壓電路、開關(guān)電路、LED照明電路組成、1602液晶顯示電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.1 單片機(jī)核心電路

本文所選單片機(jī)控制芯片為STC89C52單片機(jī)。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

1.2 光照檢測電路

本系統(tǒng)中光照檢測電路采用光敏電阻對光照閾值進(jìn)行判斷處理。光敏電阻模塊對環(huán)境光強(qiáng)最敏感，一般用來檢測周圍環(huán)境的亮度和光強(qiáng)。模塊在無光條件或者光強(qiáng)達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，D0口輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光強(qiáng)超過設(shè)定閾值時(shí)，模塊D0輸出低電平。

1.3 LED燈照明電路

本系統(tǒng)中照明電路采用16個(gè)高亮白發(fā)白LED燈，通過三極管S9012來控制燈的亮滅。

1.4 開關(guān)選擇電路

本系統(tǒng)中開關(guān)選擇電路主要是將路燈控制分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，手動(dòng)模式下可以自由的開燈或者關(guān)燈，自動(dòng)模式下通過光敏電阻根據(jù)光照強(qiáng)度自動(dòng)控制燈的開和關(guān)。

1.5 太陽能電池板/風(fēng)能發(fā)電機(jī)充電電路、鋰電池充電電路、升壓電路

本系統(tǒng)中選擇5-12V的太陽能電池板和5V的風(fēng)能發(fā)電機(jī)作為發(fā)電元件，發(fā)電后經(jīng)過L7805CV芯片穩(wěn)壓后，將發(fā)電后的電壓穩(wěn)在5V，然后，在經(jīng)過TP4056模塊給鋰電池進(jìn)行充放電，同時(shí)因?yàn)殇囯姵氐碾妷簽?.7V-4.2V，而本設(shè)計(jì)的單片機(jī)、光敏電阻模塊和LED燈模塊均為5V供電，所以用升壓模塊將3.7V的電壓升到5V來給設(shè)備供電。

1.6 1602液晶顯示電路

單片機(jī)從傳感器采集到的信號進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測熱敏電阻數(shù)值的變化。當(dāng)超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。低于預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)智能化。

2 理論設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 風(fēng)力發(fā)電輸出功率統(tǒng)計(jì)方法

大量實(shí)驗(yàn)表明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與風(fēng)速間的關(guān)系為：

Pw=cp（Ttsr）πR2V3/2

式中P為空氣密度；R為風(fēng)力機(jī)半徑；cp（Ttsr）為風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)；Ttsr為葉尖速比；V為風(fēng)速；Pw為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率；風(fēng)能利用系數(shù)為葉尖速比的函數(shù)。

在工程的實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)電場的出力過程一般是根據(jù)風(fēng)機(jī)與風(fēng)速相關(guān)的功率曲線，利用測風(fēng)塔與風(fēng)機(jī)輪毅同高度的實(shí)測平均風(fēng)速查出對應(yīng)該風(fēng)速的風(fēng)機(jī)功率，進(jìn)而得出一年中每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的風(fēng)電場出力，從中選取每個(gè)月典型日風(fēng)電場輸出功率進(jìn)行分析研究。例如，選取某地區(qū)典型日的風(fēng)電場出力曲線（如圖2所示就可以看出，該地區(qū)夏季白天風(fēng)小，夜里風(fēng)比較大，且風(fēng)的隨機(jī)波動(dòng)性較強(qiáng)，甚至在很短的時(shí)間內(nèi)風(fēng)速還有無規(guī)律的脈動(dòng)變化，這種能量的不穩(wěn)定性給風(fēng)能的使用帶來了困難。

3 原理圖設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用的STC89C52RC單片機(jī)外圍電路如圖3所示，有效的降低風(fēng)能不穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了將采集到的風(fēng)能和太陽能的能量給蓄電池供電，通過升壓模塊，為體育館各個(gè)設(shè)備提供電能，通過設(shè)置開關(guān)S1來控制體育館燈的亮滅。通過打開自動(dòng)擋開關(guān)S2，感應(yīng)光線強(qiáng)弱來實(shí)現(xiàn)夜晚體育館自動(dòng)亮滅。通過觀察1602液晶屏幕上顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員人體溫度超過熱敏傳感器事先設(shè)定的閾值時(shí)，繼電器模塊驅(qū)動(dòng)體育館風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。低于設(shè)定的閾值時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)停止。

4 結(jié) 論

太陽光的密度比較分散，所以體育館LED照明在原有的基礎(chǔ)上，添加風(fēng)能組成新型的照明系統(tǒng)，利用風(fēng)能與太陽光能互補(bǔ)，不僅可以節(jié)約能源，還可以減小蓄電池的容量，并且可以在一定程度上可以解決連續(xù)陰雨天氣對太陽能路燈的影響。

本文主要以單片機(jī)為控制對象，實(shí)現(xiàn)了將光伏板以及風(fēng)能發(fā)電機(jī)的不穩(wěn)定輸出轉(zhuǎn)換成可用于充電的穩(wěn)定電壓。為體育館各個(gè)照明設(shè)備提供電能，通過設(shè)置開關(guān)來控制體育館燈的亮滅。通過打開自動(dòng)擋開關(guān)，感應(yīng)光線強(qiáng)弱來實(shí)現(xiàn)夜晚體育館自動(dòng)亮滅。通過1602實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)動(dòng)員人體溫度，當(dāng)超過熱敏傳感器事先設(shè)定的閾值時(shí)，繼電器模塊驅(qū)動(dòng)體育館風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。達(dá)到為降溫的作用。

該系統(tǒng)具有集成度和系統(tǒng)穩(wěn)定度高、設(shè)計(jì)周期短、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。

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作者簡介：趙柏（1995.10-），男，漢族，江蘇泗陽人，本科。研究方向：電子科學(xué)與技術(shù)。