风光互补LED智能节能照明系统设计

李莎莎　拉生成　贾红瑞

【摘要】本文阐述了一套基于单片机STC15F2K60S2的热红外传感器、光敏电阻器以及智能化控制LED照明的风光互补发电系统，该系统可提高用电效率、节约电能并且环保，有很高的使用价值，并且还具有“有人光线强则灯不亮，有人光线弱则灯亮，无人光线强则灯不亮，无人光线弱则灯不亮”的功能。

【关键词】风光互补发电系统；LED；单片机；智能节能照明控制器

风光互补是新能源综合开发利用，LED灯是新的节能技术，风光互补LED 灯是两者结合的经典之作。风能和太阳能都是最普遍的储量大且清洁的可再生能源，在时间上和季节上互补性很强：这种互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，使其优于单一的风电或光电。LED被认为是绿色的第四代光源，是一种固体冷光源，具有高效、寿命长、安全环保、体积小、响应速度快等诸多优点，目前已有广泛的应用。

本作品控制器要根据太阳能电池、风力發电机、单片机、传感器、蓄电池、风光互补控制器、光源等部件特性和环境光线的变化进行智能充放电控制；还可根据季节、环境、光线变化等因素决定定时点亮等不同智能工作模式。

1.设计方案

1.1 风光互补发电系统的构成

风光互补发电系统[1]是一种将风能和太阳能转化为电能的装置，是由风力发电机与太阳能电池组成的联合供电系统。风光互补供电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏板、控制器、蓄电池、逆变器、交流（直流）负载等部分组成。利用太阳能组件、风力发电组件发出电能，通过蓄电池组储存，通过逆变器将蓄电池中储存的直流电转变为交流电，经由输电线路为用户供电。

2.智能照明控制方案设计

2.1总体设计

当红外传感器所形成的电信号和光敏电阻器接受到的信号同时满足时，单片机才工作。

在本设计中，完整的光线感应装置包含有检测光强度的光敏电阻器，对整个系统进行控制的单片机STC15F2K60S2，以及对输出的小功率信进行号进行放大的高频放大电路和避免外界强电干扰的电路电压隔离部分。首先光敏电阻器将对日光的强度做出感应，当外界环境的光强度变大时光敏电阻器的阻值变小，当外界光强度减弱时，光敏电阻器[2]的阻值变大。光敏电阻器将这种随着外界光强度改变做出相应变化的检测结果即信号反馈给单片机STC15F2K60S2，由单片机STC15F2K60S2做出相应的判断，并将判断的结果输出.因为由单片机输出的信号功率是很小的，无法利用这种电流去驱动照明设备的开关或者控制设备.模块在环境光线亮度达不到设定阈值时D0端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定值时D0端输出低电平，D0输出端可以与单片机直接相连通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变；D0输出端可以直接驱动本店继电器模块，由此可以组成一个光控开关。所以要在单片机STC15F2K60S2后接一个高频放大电路，使其对该小功率信号进行有效的放大。经过放大电路放大的电流信号就可以作用于控制照明设备的开关或者控制设备了。因为该光感应器的内部是实现弱电对外界环境中强电的控制，所以为了保护单片机使其能够正常的工作，在光感应器的内部还需要配备有电路电压的隔离部分，这样就可以有效的隔离外界强典对设备内部弱电的干扰，达到保护单片机的目的。整个设备可以随着室内光强度的改变调整照明设备的亮度，使得室内的光强度最适合，免去了人们手动调节照明设备的麻烦，也更好地自动节约了电能。

3.系统硬件设计

3.1检测环节

3.1.1被动式热释电红外探测器

热红外感应器是一个是热释电红外传感器（PIR），它能将波长为8-12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号。本文利用的红外感应器是灵敏型光敏电阻传感器，比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强并电流达到100mA。配可调电位器可调节检测光线亮度工作电压3.3V-5V，输出形式：数字开关量输出（0和1）。

3.1.2环境亮度传感模块

光敏电阻器工作原理[3]是利用投光器将光线通过透镜聚焦，光线经过传输到达受光器的透镜，最后被接收感应器所接收，感应器将收到的光线信号转换成电信号，而这种被光线感应器转换来的电信号可以有多种应用方式。基本实现原理是对投光器和受光器之间的光线进行阻挡，在这个过程中会产生一定的信息，这种信息就以信号的形式反应出来，对该信息加以合理利用就可以完成设定的要求使设备可以自动调节光亮强度即实现自动化控制照明设备。光线感应器就利用光敏电阻器根据这种外界环境的光强度的变化输出微弱的电信号，通过简单的放大电路进行处理，处理的结果送至开关和控制设备就可以实现对光的控制了。在本文中主要利用光感应器在总开关打开的情况下根据环境的光强度自动调节光亮，当光强达到一定程度时就会自动关闭开关。

3.2控制环节

STC15F2K60S2单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用STC第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，±1%温飘，常温下温飘5‰，5MHz～35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振。3路PWM/PCA，8路高速10位A/D转换（30万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。

在光感应器里另一个重要的器件就是单片机STC15F2K60S2，其对该光线感应器的正常工作进行指导并有效地控制，在单片机STC15F2K60S2里主要包含有电源电路、复位电路和晶体振荡电路等设备。

参考文献

[1]黄鑫.风光互补发电系统的发展与应用[J].科技论坛，98.

[2]安毓英，曾晓东，冯喆珺.光电探测与信号处理[M].北京：科学出版社，2010.

[3]田裕鹏，姚恩涛，李开宁.传感器原理[M].北京：科学出版社，2007.