李莎莎　拉生成　賈紅瑞

【摘要】本文闡述了一套基于單片機(jī)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(fēng)光互補(bǔ)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(jià)值，并且還具有“有人光線強(qiáng)則燈不亮，有人光線弱則燈亮，無人光線強(qiáng)則燈不亮，無人光線弱則燈不亮”的功能。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；LED；單片機(jī)；智能節(jié)能照明控制器

風(fēng)光互補(bǔ)是新能源綜合開發(fā)利用，LED燈是新的節(jié)能技術(shù)，風(fēng)光互補(bǔ)LED 燈是兩者結(jié)合的經(jīng)典之作。風(fēng)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(shí)間上和季節(jié)上互補(bǔ)性很強(qiáng)：這種互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)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(fēng)電或光電。LED被認(rèn)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(diǎn)，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(fēng)力發(fā)電機(jī)、單片機(jī)、傳感器、蓄電池、風(fēng)光互補(bǔ)控制器、光源等部件特性和環(huán)境光線的變化進(jìn)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(shí)點(diǎn)亮等不同智能工作模式。

1.設(shè)計(jì)方案

1.1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)[1]是一種將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)與太陽能電池組成的聯(lián)合供電系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏板、控制器、蓄電池、逆變器、交流（直流）負(fù)載等部分組成。利用太陽能組件、風(fēng)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(jì)

2.1總體設(shè)計(jì)

當(dāng)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(shí)滿足時(shí)，單片機(jī)才工作。

在本設(shè)計(jì)中，完整的光線感應(yīng)裝置包含有檢測光強(qiáng)度的光敏電阻器，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制的單片機(jī)STC15F2K60S2，以及對輸出的小功率信進(jìn)行號進(jìn)行放大的高頻放大電路和避免外界強(qiáng)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(qiáng)度做出感應(yīng)，當(dāng)外界環(huán)境的光強(qiáng)度變大時(shí)光敏電阻器的阻值變小，當(dāng)外界光強(qiáng)度減弱時(shí)，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(qiáng)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(jī)STC15F2K60S2，由單片機(jī)STC15F2K60S2做出相應(yīng)的判斷，并將判斷的結(jié)果輸出.因?yàn)橛蓡纹瑱C(jī)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(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)D0端輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定值時(shí)D0端輸出低電平，D0輸出端可以與單片機(jī)直接相連通過單片機(jī)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(gè)光控開關(guān)。所以要在單片機(jī)STC15F2K60S2后接一個(gè)高頻放大電路，使其對該小功率信號進(jìn)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?yàn)樵摴飧袘?yīng)器的內(nèi)部是實(shí)現(xiàn)弱電對外界環(huán)境中強(qiáng)電的控制，所以為了保護(hù)單片機(jī)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(qiáng)典對設(shè)備內(nèi)部弱電的干擾，達(dá)到保護(hù)單片機(jī)的目的。整個(gè)設(shè)備可以隨著室內(nèi)光強(qiáng)度的改變調(diào)整照明設(shè)備的亮度，使得室內(nèi)的光強(qiáng)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(jì)

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(gè)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?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)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(qiáng)并電流達(dá)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_(dá)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?shí)現(xiàn)原理是對投光器和受光器之間的光線進(jìn)行阻擋，在這個(gè)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(qiáng)度即實(shí)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(qiáng)度的變化輸出微弱的電信號，通過簡單的放大電路進(jìn)行處理，處理的結(jié)果送至開關(guān)和控制設(shè)備就可以實(shí)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(qiáng)度自動調(diào)節(jié)光亮，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)就會自動關(guān)閉開關(guān)。

3.2控制環(huán)節(jié)

STC15F2K60S2單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/高可靠/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，采用STC第八代加密技術(shù)，加密性超強(qiáng)，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(shí)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(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。

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

參考文獻(xiàn)

[1]黃鑫.風(fēng)光互補(bǔ)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(xué)出版社，2010.

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