基本信息
- 项目名称：
- 新型太阳能LED路灯智能化控制系统研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该系统是基于FREESCALE控制芯片的太阳能LED路灯智能控制系统设计的。它将太阳能作为LED路灯能量的来源，将太阳能变化转化为电压变化的同时，通过时钟芯片模块和按键模块，对路灯的亮灭状况进行全天控制。另外它还是针对太阳能转化和蓄电池充放电控制的，实现了太阳能光伏转换，蓄电池合理的充放，负载放电的多模式切换。该系统对节能减排，太阳能LED路灯控制方面有着很大的意义。
- 详细介绍：
- 该系统中蓄电池选用12V系统，采用二阶段对蓄电池进行充电，分别为恒压充电和浮充。当蓄电池电压处于10.8V~11.8V，即过放状态时，采用14.4V恒压直充方式，直到蓄电池的电流达到0.05C，充电结束，在这个过程中，蓄电池若要放电，必须充到12.6V，即过放返回放电过程；当蓄电池不处于过放状态时，采用13.8V浮充方式，即PWM充电，当蓄电池电流达到0.01C时，充电结束。采用这种充电模式的作用是提高蓄电池的使用性能，延长蓄电池的使用寿命，从而提高太阳能路灯系统运行的可靠性。 其在路灯的应用中，工作模式有纯光控、单时段和双时段等等。另外它还有监控功能，要求所有分站在每天固定时间通过无线传输方式获得每个路灯系统的状态参数，经信息处理后再通过TC35i短信模块发送信息到指定SIM卡上，通过手机，PC机或其他设备查看信息。这些信息包括： 1） 分站编号 2） 属于某分站的路灯系统子编号 3） 分站发送信息的时间 4） 路灯系统的当前状态（3种之一） 5） 系统当前电压值 6） 系统上次开启‘全亮模式’时间 7） 系统上次开启‘半亮模式’时间 8） 系统上次开启‘关闭模式’时间 9） 系统有无‘过放’ 10） 系统板上负载有无开路 11） 系统板上负载有无短路 12） 系统板上LED灯有无损坏 13） 太阳能板有无开路 14） 太阳能板有无短路 任意时刻信号命令通过一定方式由指定的SIM卡发送到指定分站，这些命令可以是查看分站某些路灯系统的状态，或者修改它们的工作参数。分站控制器获得信息后返回指定的信息或执行指定的操作。这些命令包括： 1） 查看指定的路灯系统状态信息 2） 改变指定分站所有路灯系统的工作模式 3） 改变指定路灯系统纯光控状态的LED灯开关的光照点 4） 改变非纯光控状态的亮灯时间 5） 强行让指定路灯系统处于三种工作状态的一种（用于测试与维修） 6） 改变主站系统的SIM卡号码
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 中国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。 现有的太阳能LED光伏控制器成型产品有很多，且各有特点，但续航能力均有不足，在江南等连续阴雨天多的情况下可能会出现能源不济的情况，针对这种情况，本项目提出使用PWM驱动MOSFET控制输出电流的大小，并采用独立电源的定时器件满足全时段定时定功率的输出需求，从而可以做到在光照要求较低的情况下降低路灯的光照度，以延长照明时间。 基本思路： 收集与阅读资料 确定硬件电路 根据硬件和要求编写相应的软件程序 软硬件结合调试 创新点： 蓄电池为二阶段PWM充电方式 采用TC35i模式监控 LED灯PWM控制输出功率的大小； 独立于系统外的定时器设计； 在光伏系统中添加定时控制单元，使路灯可以在夜晚2：00am-4:59am时段内降低光照强度，从而达到节约能源的目的。 关键技术： 蓄电池的二阶段PWM充电方式 TC35i通信建立监控联系 主要技术指标： 通过PWM控制MOSFET通断来实现电流及功率输出的控制； 对电流及功率的调节实现全时段精确定时输出。 负载电流：<10A;工作环境：－10℃～＋50℃。
科学性、先进性
- 现在市场上主流的控制器功能上是光控和时控相结合，蓄电池充电采用直充的方式，持续高压充电容易造成蓄电池的失水或失控。控制器之间没有在在通信，这样一来对太阳能充电和蓄电池放电的情况无法知晓，对整个系统的报修也比较麻烦，统一监控产生了很大的不便。 本方案设计的主要就是针对蓄电池充电的方式和各个路灯之间的通信。蓄电池充电采用二阶段与PWM结合的方式，路灯之间的通用采用nRF24L01模块。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 与企业合作开发，共有技术
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 作品中将使用PWM控制LED灯输出功率的大小，并设计独立于系统外的定时器，整体技术有着较高的整合创新性，同时也解决了当前通用控制系统中定时调节不灵活的缺陷，可应用于供电稳定性较低或输电系统不便布线的地区。届时可以和相关领域的企业进行合作，将研究成果进一步产品化，使其可应用于实际道路的照明系统中。 目前中国太阳能灯具的可靠性得到很大程度的提高，在能源紧张、拉闸限电的城市及用电困难的边远地区，有着很强的可推广性。近年来，国家出台了一系列利好政策扶持可再生能源的发展，包括《可再生能源促进法》、《可再生能源中长期发展规划》。2009年3月，国家财政部、住房和城乡建设部联合发布《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》及相关补贴政策，对符合条件的太阳能光电建筑应用示范项目给予20元/瓦的补贴，这对太阳能光电应用是一大利好消息。另外，迎合国家大力提倡和鼓励使用新能源的政策，开辟“节能、降耗、减排”新的天地，更为政府大力提倡“绿色能源、绿色照明”树立标志性的直观场景。
同类课题研究水平概述
- 进入21世纪以来，能源危机以及环境污染日趋严重，逐步成为制约全球社会经济可持续发展的共同难题。世界各国都在采取积极有效的措施改善环境、减少污染、探索新能源与提高能源利用效率。太阳能、风能、核能等区别与常规化石能源的新能源技术和提高能源利用效率的节能技术成为备受瞩目的热点，也是提高经济增长质量和效益，真正实现可持续发展的关键途径。世界各国纷纷加大对新能源和节能减排技术的研发力度，出台各项政策引导和支持相应产业和企业的发展。 如美国在过去10余年间，共出台了《21世纪清洁能源的能源效率与可再生能源办公室战略计划》、《国家能源政策》等10多个政策或计划来推动节能；欧盟委员会于06年10月19日公布了《能源效率行动计划》，打算最迟在2020年把欧盟的能源利用率提高20%，该计划包括了七十多项措施。据悉，这一计划包括降低机器、建筑物和交通运输造成的能耗，提高能源生产领域的效率等七十多项节能措施；2006年5月31日，日本经济产业省编制了以保障能源安全为核心的《新国家能源战略》。《新国家能源战略》中所阐述的八大战略及措施，都与节约能源、提高能源利用效率、开发利用新能源有关。同时在相关政策的引导下、鉴于节能产业巨大的市场潜力，众多知名跨国公司以及新兴企业且开始涉足节能产业，如西门子、BP、IBM等。 在“十二五”期间能源结构调整的重点任务将包括：采取有效措施加大节能力度，提高传统清洁能源利用水平；加大天然气等清洁能源的利用规模；加快推进水电和核电的开发建设，积极做好风能、太阳能、生物质能等可再生能源的转化利用；统筹规划重点能源基地和跨区能源输送通道建设，促进能源资源优化配置等。 采用太阳能作为能源的LED路灯、庭院灯、草坪灯，完全符合我国新能源领域和节能领域的战略部署，推广其实际应用，将有助于实现节能减排的战略目标，调整区域经济能源消耗结构，推动区域经济的绿色可持续发展。 现在无论是国内，还是国外对资源看的是非常之重。而太阳能是不仅是再生能源，取之不尽用之不竭，而且安全环保无污染。在这个方案中设计的控制器在太阳能应用当中是必不可少的，它对整个系统的协调是非常关键，少之则无法运行整个系统，再则这个控制器负载针对的也是低功耗，无污染的LED灯。可以把这一系统应用在路灯、庭院灯、草坪灯和民用灯。
