一、项目概述
1.1 导言
太阳能作为一种新式动力，现广泛运用于太阳能发电、太阳能光伏发电、太阳能水泵、太阳热水器、太阳能修建、太阳能枯燥、太阳灶、太阳能制冷空调，还有能够用来淡化海水，运用太阳光催化管理化境，培育动力植物，，在通讯、运送、农业、防灾、阴极维护、消费、电子产品等诸多方面。
可是，各国追求开展带来全球性动力危机，国际遍及开端注重可再生动力的开发与运用。太阳能作为一种新式清洁无污染的绿色动力，以其永不干涸、无污染等长处，正得到敏捷的推广运用。现在太阳能路灯运用广泛，可是绝大多数存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时刻、随时节不断改变等问题，一方面，传统太阳能电池板都选用固定设备，即电池板固定在某个方位，不随地球自转的改变而改变，这样严重影响光电转化功率，据测算：假如发电体系与太阳光线视点有25度差错，就会因笔直入射的辐射能下降10%左右；另一方面，传统太阳能路灯后期维护大多数处在“无人问津”状况，有或许构成修理费用更高，更有或许使新动力环保理念在人们心目中形象大打折扣。
为此，要完结立异与环保，有必要更好的运用光能，做到两方面，榜首，电池板东西能主动追光，以战胜每日太阳光的不笔直入射；第二，电池板南北能主动追光，以战胜时节的替换；材料显现，单轴太阳能盯梢体系比固定式体系能添加25%的功率输出，而双轴太阳能盯梢体系能添加41%左右；
还有，想到假如把每盏路灯都连成网，有利于更好的操控；
最终，假如在路灯旁加上广告牌规划，例如提示居民小心路滑、路段称号、安全驾驭等等，假如是安顿在学校傍边，提示同学维护环境、珍惜花草、留意卫生等等，这就使得方案规划愈加人性化；
示意图如下图:
1.2 项目布景
咱们地球所接受到的太阳能，只占太阳外表宣布的悉数能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，真可谓“取之不尽，用之不竭”。
国外布景：据了解，1974年至1997年，美日等发达国家硅半导体光电池发电本钱下降了一个数量级；最近俄罗斯在太阳能研讨方面获得开展，运用热泵和热管技能将太阳能和地热、居室废热综合运用起来，是太阳能发电的本钱大大下降；
国内布景：我国比较老练太阳能产品有太阳能光伏发电体系和太阳能热水体系；运用光伏产品发电的经济性相对缺乏，因而长期以来我国光伏产品首要用于处理偏僻无电区域的电气化问题，以及偏僻区域电信基站的供电问题，值得一提的是，在我国，西藏西部太阳能资源最丰厚，最高达2333 KWh/㎡ （日辐射量6.4KWh/㎡ ），居国际第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。
综上所述，依据主动盯梢、路灯操控、无线通讯、电子广告牌规划等特色，本次竞赛定项目为依据zigbee太阳能主动追光灯与电子广告牌的规划。
二、需求剖析
太阳能盯梢体系能明显添加光伏模块接纳的太阳能,进步日用功率和年输出功率,但比固定式体系本钱高且更杂乱。在商业范畴,太阳能盯梢体系有单轴体系、双轴机械盯梢定位体系及准双轴体系。单轴体系只能自东向西盯梢太阳；双轴体系能在自东向西盯梢太阳的一起,太阳能板歪斜视点也随太阳高度改变而改变，然后准确盯梢太阳方位；而准双轴盯梢体系选取单轴的贱价优势、双轴的准确优势，集中体现贱价高效等特色，但适用规模较双轴盯梢窄。太阳盯梢体系存在产品体系可靠性不能满意要求、盯梢差错大、本钱过高级问题，怎么选择性价等到发电增益高的太阳盯梢体系，既进步发电量，又下降出资本钱成为出资光伏发电商场的关键问题。
光伏工业现在在新动力中发电本钱最高，但潜力巨大，多种技能路途加速开展，出现百家争鸣的特色，一起出资规模的扩展，本钱有较大下降空间，工业将在2012年开端构成高速增加的拐点。2012年今后光伏商场增加幅度会加速，年复合增加率将超越60%，估计2014年商场需求量将到达37GW。其间德国、西班牙、美国、意大利和日本的算计比例仍将坚持在85%以上，仍是首要需求区域。我国是动力出产和消费大国，跟着经济继续快速开展和工业化进程的加速，我国的电力需求也快速增加。到2020年，我国光伏累计装机容量将到达1.8GW。光伏工业的开展将带动太阳能盯梢体系的高速开展。因而，本方案能够尽最大或许的完结上述方针，将动力最大化的运用。
2.1 功用要求
太阳能电池板：
运用太阳能电池板将光能最大功率转化成电能；
太阳能电池板模块完结对搜集的的太阳能进行转化，由光能转化为电能并存储在蓄电池中，在夜间作为电源为路灯供给能量。本模块选用太阳能多晶硅发电板：
蓄电池：在白日，对公园或许居民小区中的路灯的蓄电池进行充电，除了对AVR单片机、步进电机供电外，其它的尽量坚持低耗能；在夜间蓄电池对无线通讯模块、AVR单片机、LED灯供给电力照明，无需选用传统的交流电的供电方法进行对路灯的供电；
太阳能操控器:操控器完结功率调理，反接，短路，过流，电气维护，线损补偿，以及散热功用；
Zigbee模块：完结当或人在大街上行走（车辆行进）时，运用操控红外线主动检测后的信号来实时操控路灯（当然离不开AVR单片机），完结路灯的操控全主动化和动力运用最优化，为做好融入物联网而做好“有行”的接口；
AVR单片机：
AVR单片机操控体系是整个电路的操控中心部分，接纳来自光敏传感器模块和光控开关的信号，经过相关的编程核算，确认何时敞开和封闭路灯，实时的调整主动盯梢步进电机模块，完结太阳能电池板以最佳方位面向太阳，完结对体系的整体操控。
光控开关模块：
本模块功用在于在何种情况下发动路灯照明，当在白日光强较强的时分，堵截蓄电池对路灯的供电途径，然后使得路灯平息；当在夜晚来暂时，光强逐步变弱，此韶光控模块主动接通路灯的电源，然后完结路灯照明。一起本模块完结在白日时堵截对通讯模块和红外检测模块的供电途径，完结动力的节省。
光敏传感器模块：
本模块完结对太阳光的主动收集功用，并确认详细哪一个的方向和方位光强最强，并将收集到的信号发送到AVR单片机，然后由单片机决议主动盯梢模块怎么进行调理。
红外线检测模块：
红外线检测模块完结对所经过的物体或许人进行实时监测，当有人来届时，主动点亮行人地点大街上的路灯，然后在固定的时刻比方5分钟后主动平息。当光照低于5lux时，路灯的使能端有用，每一段路途两端的路灯设置两个红外线检测器，此刻红外线检测到行人轿车则继续亮5分钟，然后主动平息（在此过程中假如又检测到行人，从头继续亮5分钟）；一起等候下一位行人。本模块的发动和封闭由光控开关操控。
步进电机操控模块：
主动盯梢步进电机操控模块完结对太阳能方位的定位，包含两个步进电机和一个光敏检测设备，一个步进电机用于调整太阳能电池板的视点，另一个用于调整电池板对太阳的方位；运用步进电机完结太阳能电池板的东西、南北滚动，以完结光电转化的最大化。
Zigbee模块：
本模块包含大街两端的无线发射模块和若干接纳模块，在夜晚当检测到行人到来时，发射模块发射相应的发动信号，接纳模块接纳到相应的信号后，发动路灯（本模块的发动和封闭由光控开关操控）；当有模块不正常作业时，无线模块向操控中心（例如小区操控中心）报告异常情况；别的，AVR单片机应留有Zigbee模块接口；
LED点阵屏：
完结对广告语的动态显现；白日不作业，晚上一向作业。
2.2 功用要求
1．太阳能电池板模块：
（1）基本参数
|
最大功率 |
尺度 |
分量 |
峰值电流 |
短路电流 |
峰值电压 |
开路电压 |
|
10wp |
292×322×35mm |
1.5Kg |
0.83A |
0.87A |
12.05V |
14.6V |
（2）运用条件：
规范测验条件：（AM1.5）辐照度＝1000W／m2，电池温度＝25℃
绝缘电压：≥1000V
边框接地电阻：≤10hm
顶风压强：2400Pa
填充因子：73％
短路电流温度系数：＋0.4mA／℃
开路电压温度系数：-60mV／℃
作业温度：-40℃～＋90℃
2．蓄电池模块：
-
基本参数
|
额外容量 |
外形尺度 |
最大分量 |
极柱 |
|
100Ah |
138×61×266（mm） |
4.3Kg |
M16 |
-
常温功用
|
放电电流（A） |
中止电压（V） |
放电时刻 |
|
0.2C5 |
1.0 |
≥5h |
|
1C5 |
0.9 |
≥60min |
|
5C5 |
0.8 |
≥8min |
|
10C5 |
0.8 |
≥2min |
（3）低温功用（－18℃）
|
放电条件 |
放电电流 A |
0.2C5 |
1C5 |
2C5 |
|
中止电压 V |
1.0 |
0.9 |
0.9 |
|
|
放电时刻 |
3h45min |
40min |
12min |
|
（3）荷电坚持才能： 常温下全充电电池，开路放置28d，然后以0.2C5A电放逐至中止电压1.0V，放电时刻不少于3.5h。
（4） 机械功用： 常温下全充电电池，经频率50～100次/min，加速度39.2m/S2(4g)冲击10000次，然后在频率940次/min，振幅2.5mm下振荡1h，不该有机械损害，一起以1C5A电放逐电至中止电压0.9V，放电时刻不少于54min。
（5）循环寿数： 蓄电池在20℃±5℃下充放电循环次数不少于550次，寿数试验期间，任一个第50次循环，蓄电池放电时刻不少于3h30min。
（6）保存期： 蓄电池在环境温度20℃±10℃，湿度45%～75%条件下保存3年，经康复容量后，功用应契合6.1规则。
3．AVR单片机操控模块：
|
Flash/K |
16 |
Vcc/V |
2.7～5.5 |
RTC |
Yes |
在线编程ISP |
Yes |
|
EEPROM/K |
0.5 |
16位定时器 |
1个 |
SPI |
1 |
10位ADC |
8 |
|
I/O 数 |
32个 |
8位定时器 |
2个 |
UART |
1 |
模仿比较器 |
Yes |
|
体系时钟 MHz |
16 |
PWM |
4 |
TWI |
Yes |
掉电检测BOD |
Yes |
|
看门狗 |
Yes |
片内震动器 |
Yes |
中止 |
20 |
硬件乘法 |
Yes |
|
外部中止 |
3 |
自编程SPM |
Yes |
SRAM (B)快速寄存器 |
1024 |
||
4．光控开关模块：
|
输入电压 |
5～18V |
|
功耗电流 |
3mA |
|
产品规格 |
49×27×17mm |
5．光传感器模块：
|
类型 |
HC-SR501 普通型 |
电平输出 |
高3.3V，低0V |
|
作业电压 |
5V～20V |
感应规模 |
小于120度锥角，7米以内 |
|
静态功耗 |
65 mW |
作业温度 |
-15度～+70度 |
6．红外线线检测模块：
红外线传感器
|
价格 |
20元 |
作业电流(5V时) |
典型电流6mA |
|
类型 |
热释电红外传感器 |
电压规模 |
3.8V～5.5V |
7．Zigbee模块：
|
作业频率 |
2.4GHz～2.5GHz ISM 微波段 |
|
辨认间隔 |
有用辨认间隔可达1500m |
|
辨认速度 |
最高辨认速度可达200公里/小时 |
|
辨认才能 |
一起辨认 200 张标签 |
|
辨认方法 |
全方向辨认、定向辨认 |
|
环境温度 |
在-40℃～85℃ |
|
运用寿数 |
30年 |
|
抗干扰性 |
抗干扰性 |
|
安全功用 |
防水、防雷、防冲击，满意工业环境要求 |
|
通讯接口 |
RS232/RS485/RJ45 |
|
电 源 |
9V/12V～3A DC电源 |
|
数据速率 |
最高10M bit/s |
|
外形尺度 |
15.5cm×14cm×5.5cm |
8.LED点阵屏
|
类型 |
共阳 |
|
色彩 |
红绿双色 |
|
点阵数 |
2*8*8 |
|
尺度 |
22mm*22mm |
|
厚度 |
1.9mm |
9．步进电机机操控模块
|
类型 |
17PU-H501-P1 |
引线数 |
4根 |
|
步距角 |
1.8度 |
电流 |
0.5mA |
|
机身长 |
38cm |
相电阻 |
6.8Ω |
|
静力距 |
0.21N×M |
分量 |
0.24Kg |
10．LED灯：
|
产品品牌 |
西普莱特 |
功 率 |
3W |
|
产品类型 |
MR16-12V-303 |
LED数量 |
3PCS |
|
作业电压 |
12V（灯杯内置恒流驱动电源） |
产品分量 |
0.25Kg |
|
产品原料 |
精工车铝外壳，精工车铝散热型材 |
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三、方案规划
3.1 体系功用完结原理（除图片外需有文字介绍）
太阳能路灯由以下几部分组成：太阳电池、蓄电池、步进电机、Zigbee模块、LED发光体。 太阳能路灯是一个主动操控的作业体系。
体系硬件结构框图
3.2 硬件渠道选用及资源配置
3.3体系软件架构
3.4 体系软件流程
程序运转流程图
3.5 体系估计完结成果
本规划预期完结以下功用：
在白日形式：太阳能电池板会跟着太阳光线相对的偏移而进行主动盯梢校对，一起将转化的电能存储到蓄电池中；
在黑夜形式：太阳能电池板中止滚动，进入休眠形式；单片时机依据红外线的检测（行人等）经过无线通讯模块使整条街路途灯点亮，直至路上无行人；而电子广告牌会一向作业，起到显现效果；
当然，还包含，有异常情况出现时，及时告诉物联网操控中心。
