基于風光互補智能照明系統設計

摘 要：可再生能源是國民經濟發展和人民生活必須的重要物質基礎，是推動人類社會發展的極大助力。本文主要對風光互補智能照明系統進行研究，重點研究風能和太陽能為照明系統提供源源不斷穩定的電能，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實時顯示，當環境溫度超過預先設定閾值，繼電器模塊智能控制風扇轉動。從而實現二十四小時智能化控制LED照明。

關鍵詞：風光互補；智能；LED照明

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：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

當代社會風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、環境污染日益嚴重的今天，充分利用取之不盡太陽能是世界各國政府可持續發展的能源戰略決策。因此本設計將采集風能和太陽能的能量轉換成電能存儲起來，為體育館各個設備提供持續不斷的電能的系統，極大的節約能源，保護環境，實現人類與大自然和諧相處的愿望。

1 系統硬件構成

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

1.1 單片機核心電路

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

1.2 光照檢測電路

本系統中光照檢測電路采用光敏電阻對光照閾值進行判斷處理。光敏電阻模塊對環境光強最敏感，一般用來檢測周圍環境的亮度和光強。模塊在無光條件或者光強達不到設定閾值時，D0口輸出高電平，當外界環境光強超過設定閾值時，模塊D0輸出低電平。

1.3 LED燈照明電路

本系統中照明電路采用16個高亮白發白LED燈，通過三極管S9012來控制燈的亮滅。

1.4 開關選擇電路

本系統中開關選擇電路主要是將路燈控制分為手動模式和自動模式，手動模式下可以自由的開燈或者關燈，自動模式下通過光敏電阻根據光照強度自動控制燈的開和關。

1.5 太陽能電池板/風能發電機充電電路、鋰電池充電電路、升壓電路

本系統中選擇5-12V的太陽能電池板和5V的風能發電機作為發電元件，發電后經過L7805CV芯片穩壓后，將發電后的電壓穩在5V，然后，在經過TP4056模塊給鋰電池進行充放電，同時因為鋰電池的電壓為3.7V-4.2V，而本設計的單片機、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來給設備供電。

1.6 1602液晶顯示電路

單片機從傳感器采集到的信號進行處理，實時監測熱敏電阻數值的變化。當超過預先設定的閾值時，驅動風扇轉動。低于預先設定的閾值時，風扇不轉動。實現智能化。

2 理論設計計算

2.1 風力發電輸出功率統計方法

大量實驗表明，風力發電機的輸出功率與風速間的關系為：

Pw=cp（Ttsr）πR2V3/2

式中P為空氣密度；R為風力機半徑；cp（Ttsr）為風機的風能利用系數；Ttsr為葉尖速比；V為風速；Pw為風力發電機的輸出功率；風能利用系數為葉尖速比的函數。

在工程的實際應用中，風電場的出力過程一般是根據風機與風速相關的功率曲線，利用測風塔與風機輪毅同高度的實測平均風速查出對應該風速的風機功率，進而得出一年中每個時間段內的風電場出力，從中選取每個月典型日風電場輸出功率進行分析研究。例如，選取某地區典型日的風電場出力曲線（如圖2所示就可以看出，該地區夏季白天風小，夜里風比較大，且風的隨機波動性較強，甚至在很短的時間內風速還有無規律的脈動變化，這種能量的不穩定性給風能的使用帶來了困難。

3 原理圖設計

本設計使用的STC89C52RC單片機外圍電路如圖3所示，有效的降低風能不穩定，實現了將采集到的風能和太陽能的能量給蓄電池供電，通過升壓模塊，為體育館各個設備提供電能，通過設置開關S1來控制體育館燈的亮滅。通過打開自動擋開關S2，感應光線強弱來實現夜晚體育館自動亮滅。通過觀察1602液晶屏幕上顯示數據，當運動員人體溫度超過熱敏傳感器事先設定的閾值時，繼電器模塊驅動體育館風扇轉動。低于設定的閾值時，風扇自動停止。

4 結 論

太陽光的密度比較分散，所以體育館LED照明在原有的基礎上，添加風能組成新型的照明系統，利用風能與太陽光能互補，不僅可以節約能源，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陰雨天氣對太陽能路燈的影響。

本文主要以單片機為控制對象，實現了將光伏板以及風能發電機的不穩定輸出轉換成可用于充電的穩定電壓。為體育館各個照明設備提供電能，通過設置開關來控制體育館燈的亮滅。通過打開自動擋開關，感應光線強弱來實現夜晚體育館自動亮滅。通過1602實時監測運動員人體溫度，當超過熱敏傳感器事先設定的閾值時，繼電器模塊驅動體育館風扇轉動。達到為降溫的作用。

該系統具有集成度和系統穩定度高、設計周期短、可擴展性強的特點。

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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：電子科學與技術。