智能电冰箱的模糊控制系统

1、 毕 业 设 计（论文）题 目：智能电冰箱的模糊控制系统学 院： 国际学院 专 业： 机械制造与自动化 学 号： 200931310105 学生姓名： 柯洋洋 指导教师： 夏国宏 2012 年 5 月 4日摘要 电冰箱作为应用较为普及的家用电器，近年来，随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展，电冰箱具有温度模糊控制、智能化霜、故障自诊功能，同时还具有控制精度高、性能可靠、省电等优点，并能达到高质量食品保鲜的目的，这也是电冰箱发展的主要方向。电冰箱控制的主要任务就是保持箱内食品最佳温度，达到食品保鲜的目的。由于冰箱内温度受多种不确定因素影响，如放入冰箱中物品的温度、热容量以及物品的充满率、

2、开门的频繁程度等，冰箱内的温度场的数学模型很难建立，因此无法用传统的控制方法实现精确控制。本文采用模糊控制技术可以方便地提高控制精度，配以电子温度检测，对压缩机的工作状态进行调节，达到精确控温和节能的目的。通过变频控制可以使冷冻室的温度控制更加合理。当冷冻室需要制冷量比较大的时候，可以通过变频调控，使电机高速转动，就加强压缩机制冷；同理，当冷冻室制冷量比较小时，则使电机转速慢一些。就降低压缩机制冷。通过半导体制冷使冷藏室的温度控制更加精确。在冷藏室需要制冷的时候可以启动半导体制冷，而不用启动压缩机，这样一方面避免了压缩机的频繁开启，另一方面也节约了能量，同时也保证了冷藏室的温度更加准确。为了提

3、高冰箱的性能，软件上还采取了自学习功能、故障运行自恢复功能、维护自检功能和容错技术等抗干扰设计。该系统具有控制精度高、性能可靠、省电等特点关键词：模糊控制论，冰箱，单片处理机，自学习AbstractIn recent years，refrigerator as a widespread family electronics，they have advantages of perfect accuracy、high performance、saving electricity and keeping fresh food of high quality, while development of

4、 microelectronics technology, senor technology and control theoryIt is the main orientation of developing refrigeratorsThe control of the refrigerator aims to keep the food furthest temperatureBut there are many factors effect the refrigerator temperature，such as food temperature，thermal capacity, f

5、ull or not and frequency of opening doorSo it's difficult of building the model of the refrigeratorSo it cant realize precision control using traditional control method。The paper improves the control precision utilizing fuzzy control technology. And the frequency conversion has been designed in

6、order to avoid starting up compressor frequently, which makes the electrical machinery work according to requirementSo the refrigeration of compressor will be more effectiveSafe adopts the semiconductor and compressor to refrigerate at the same time。In the normal situation the safe refrigerates with

7、 refrigeration, of the freezerWhen the freezer needs refrigeration，the system starts the mechanism of compressingThe safe can reach the refrigeration result at the same timeWhen the freezer does not need refrigeration，the semi conductor will be used alone. The result controlled like this can make th

8、e safe achieve the goal of controlling alone basicallyFor the performance of refrigerators, the self-learning，self-repairing，self-checking and fault tolerant technique ale used in software designing. This system has the advantages of high control precision reliable performance and saving electric en

9、ergy. Keywords：fuzzy control theory, refrigerators, Single chip computer, self-learning第一章 绪论11课题背景及意义众所剧知，电冰箱是现代家庭中必不可少的家用电器。而目前市售冰箱大多采用传统的机械式温控，控制精度差，功能单一，控制方式简单难以满足现代冰箱发展的要求。随着经济的发展和人民生活水平的进一步提高，人们对多功能化的发展要求越来越高。单片机技术和电子技术的高速发展，使得箱内温度控制可随冷藏室和冷冻室的不同而分别设定，定时自动除霜、白动制冰、省电等诸多功能和要求得实现。特别是模糊控制技术在家用电器中的应

10、用日趋成熟，为电冰箱向智能化方向发展提供了有利技术支持。12智能冰箱系统概述121智能冰箱的发展智能控制技术的发展，正在改变着人们的生活方式，更加舒适、更加可靠的家用电器可日益提高人们的生活水平。单片机是智能家电的核心单元，因为单片机芯是嵌入在家用电器中，没有自己独立的外壳，通常称为嵌入式系统，如今嵌入式系统无处不在，正推动着二十一世纪一场新的产业革命。为了适应智能控制技术的发展，单片机在它诞生以来的二十多年内，发生了迅猛的变化，从四位机发展到六十四位机，456架构也在发生变化，从普通的746发展到895。电冰箱是白色家电中最有代表性的，在中国，电冰箱在家庭中的普及率很高，而且，制造技术也非常

11、成熟，关键技术处于国际先进水平，部分技术还领先于国际同行。科龙公司作为中国最大的制冷家电企业之一，在国内电冰箱行业率先采用智能控制技术，使消费者感受到了智能电冰箱带来的一缕节能、环保、舒适的清风。家用电冰箱的模糊控制技术、多段变温技术、自动制冰技术、瞄准冷却技术、自动开门技术、变频技术、信息化网络化技术等都不同程度的折射出智能控制技术在家用电器中的广泛应用前景。122智能冰箱的功能家用电冰箱智能化控制系统真花从用户考虑出发尽心设计，充分研究了日常生活中人的习惯特征，充分考虑了现代人机关系，运用了模糊控制、人机工程学等现代理念，真正意义上的对冰箱进行核心控制，实现人们所渴求的智能冰箱。本设计主要

12、有以下功能：冷冻室模糊制冷利用模糊控制技术，在冷冻室需要制冷的时候，快速启动，并且设计了变频调速系统，避免了压缩机的频繁开启，使电机能够按照所需要的进行工作，使压缩机制冷更加台理有效。冷藏室模糊制冷冷藏室制冷和以往的冰箱制冷不一样，过去冷藏室的温度变化是随着冷冻室的温度而变化的，当冷冻室需要制冷的时候，压缩机才开始启动制冷，这就造成了当冷冻室的温度比较低不需要制冷的时候，而冷藏室的温度比较高需要制冷，这样就产生了一个矛盾，使冷藏室不能达到很好的制冷效果。本设计克服了上述缺点，采用半导体和压缩机同时制冷，正常的情况下冷藏室还是随着冷冻室的制冷而制冷，当冷冻室需要制冷时，启动压缩机制冷，冷藏室同对

13、也能达到制冷效果；当冷冻室不需要制冷时，这时不启动压缩机制冷，而是用半导体单独对冷藏室制冷，当达到预定的效果后，半导体停止制冷。这样控制的效果能使冷藏室基本上达到独自控制的目的。模糊化霜以前，冰箱的定时化霜与冰箱门的关闭之间没有直接关系。现在，运用模拟神经智能控制技术将冰箱门关闭次数、开闭频率和最佳化霜时间加以统计和分析，预置于控制程序中，让其记忆，然后，根据冰箱的实际运行选择在冰箱门开闭最少的时间段内进行化霜，使冰箱内温度波动最小，对食品质量影响最小。其他功能开门时间过长报警功能，当任何一个箱门打开超过4分钟，报警提示，但不影响系统正常工作，在冰箱的面板上有液晶显示器，可以显示冷冻室和冷藏室

14、的温度，并通过按键可对冰冻室和冷藏室的温度进行调控，以达到用户所需要的温度。13智能冰箱的控制方法综述131单片机概述单片微型计算机(single-Chip Microcomputer)，简称单片计算机。就是将CPU、RAM、ROM、定时计时器和多种接口集成在一块芯片上的微型计算机。其主要特点如下：(1) 片内存储容量较小：原因是受集成度的限制。ROM一般小于8KB，RAM一般小于256B，但可以在外部扩展。通常ROM、RAM砸分别扩展至64KB。(2) 可靠性高：(a)因先芯片是按工业测控坯境要求设计的，故抗干扰的能力优于PC机。(b)系统软件(如：程序指令、常数、表格)固化在ROM中，不易

15、受病毒破坏。 (c)许多信号的通道均在一个芯片内，故运作时系统稳定可靠。(3) 便于扩展：片内具有计算机正常运行所必需的部件，片外有很多供扩展用的(总线、并行和串行的输入输出)管脚，很容易组成一定规模的计算机应用系统。(4) 控制功能强：具有丰富的控制指令；如：条件分支转移指令、IO闭的逻辑操作指令、位处理指令。(5) 实用性好：体积小、功耗低、价格便宜、易于产品化。(a)第1阶段(1971年一1978年)，以MCS-48系列为代表，称4位单片机。在片内：CPU有4位戏8位；ROM有IKB或2KB；RAM有 64B或128B；只有并行接口，无串行接口；只有1个8位的定时/计时器；中断源只有2个

16、。在片外：寻址范围只有4KB；芯片引脚有40个。(b)第2阶段(1978年一1983年)，以MCS-51系列为代表，称8位单片机。在片内：CPU有8位；ROM有4KB或8KB；RAM有128B或256B；有串并行接口；有2个或3个16位的定时计时器；中断源有5至7个。在片外：寻址范围有64KB；芯片引脚有40个。(c)第3阶段(1983年以后)，以MCS-96系列为代表，称16位单片机。在片内：CPU有16位；ROM有8KB；RAM有232B；有串并行接口；有4个16位的定时计时器；中断源有8个；增加了DA和AD转换电路。在片外：寻址范围有64KB；芯片引脚有48个或68个。(6)单片机主要应

17、用如下几个方面(a)家用电器：如高档的洗衣机、空调器、电冰箱、彩电、DVD、音响、手机、高档电子玩具等电器，用单片机做自动控制。(b)智能设各：用单片机改造普通仪器、仪表、读卡机等，使其(集测量、处理、控制功能为一体)智能化、微型化。(c)网络与通信的智能接口：在大型计算机控制的网络或通信电路与外围设备的接口电路中，用单片机来控制或管理，可大大提高系统的运行速度和接口的管理水平。(d)工业测控：对工业设备(如机床、汽车、高档中西餐厨具、锅炉、供水系统、生产自动化、自动报警系统、卫星信号接收等)进行智能测控，大大地降低了劳动强度和生产成本，提高了产品质量的稳定性。单片机技术的进步，模糊控制技术的

18、完善，为家用电器的发展实现智能控制成为一种趋势。132 PID控制概述计算法和增量计算法 增量计算法是相对于标准计算法的相临两次计算之差，得到的结果是增量，也就是说，在上一次的控制量基础上增加(负值意味着减少)控制量，例如对于可控硅电机调速系统，就是可控硅的触发相位还需要提(或迟后)的量，对于温度控制就是需要增加(或减少)加热比例，根据具体的应用适当选择采用哪一种算法，但基本的控制方法、原理是完全一样的，直接计算方法得到的是当前需要的控制量，相邻两次控制量的差就是增量；基本偏差e(t)表示当前测量值与设定目标间的差，设定目标是被减数，结果可以是正成负，正数表示还没有达到，负数表示已经超过了设定

19、值。这是面向比例项用的一个变动数据。累计偏差e(t)=e(t)+e(t-1)+(t-2)+e(1)，这是我们每一次测量到偏差值的总和，这是代数和，考虑到他的正负符号的运算的，这是面向积分项用的一个变动数据。基本偏差的相对偏差e(t)e(t-1)，用本次的基本偏差减去上一次的基本临差，用于考虑当前控制的对象的趋势，作为快速反应的重要依据，这是面向微分项的一个变动数据。三个基本参数Kp，Kd。这是做最好的控制器的关键常数，分别称为比例常数、积分常数和微分常数，不同的控制对象他们需要选择不同的数值，还需要经过现场调试才能获得较好的效果。标准的直接计算法公式：Pou(t)=Kp+e(t)+Kie(c)

20、+Kd+(e(t)-O(t-1)：上一次的计算值：Pou(t-1)=Kp4e(t-1)+Ki*e(t-1)+Kd*(e(t-1)-e(t-2)；两式相减得到增量法计算公式：Pdlt=Kp*(e(t)-e(t-1)+Ki*e(t)+Kd*(e(t)一2*e(t-1)+e(t-2)：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用|三l减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作

21、用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小、，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结台，组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干优不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要另外两种调节规

22、律相结合，组成PD或PIE)控制器。133模糊控制概述数字PID控制在生产过程中是一种普遍采用的控制方法，在冶金t机械、化工等行业中获得广泛应用。传统的反馈控制、近代控制理论和大系统理论，都是建立在精确的系统数学模型的基础上的。而且，研究这些系统时，必须提出一些比较苛刻的假设。因此传统控制所面临的难题是：(1)实际系统存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型。(2)为研究这类系统提出并遵循的一些假设在应用中与实际不符。(3)对于某些复杂的和包含不确定性的对象，无法以传统数学模型来表示。(4)为了提高性能，传统控制系统可能变得很复杂，从而增加了设备的初始投资和

23、维修费用，降低系统的可靠性。自动控制领域面临上述难题其解决途径是：(1)推进控制硬件、软件和智能的结合。(2)实现自动控制科学与其它相关学科(科学)的结合。特别是人工智能的出现和发展，促进了自动控制向着它的更高层次一智能控制发展。1.4本文的主要工作电冰箱的主要作用是保持箱内食品的最佳温度，达到食品保鲜的目的因而本文控制器的主要功能是温度控制和智能化霜，根据不同型号冰箱的要求，也可带有自动制冰功能此外，该控制器还具有过欠压保护功能、断电后压缩机开启延时功能、开门报警功能、自学习功能及故障运行自恢复功能等(1)电冰箱温度自动调节功能该功能是电冰箱应具备的主要功能。电冰箱设存冷冻室和冷藏室，冷冻室

24、的温度为一6-18，冷藏室的温度为OlO'C，在该温度范围内，食品保鲜效果较好，因此，对控制器的要求是将冷冻室和冷藏室的温度自动控制在各自的范围内。(2)自动除霜功能冷冻室中的水分会凝结成霜，因此，电冰箱应有自动除霜功能。该功能的实现方法是通过累计压缩机运行时间和检测环境温度，来判断是否满足化霜条件，当满足化霜条件时，接通化霜加热丝，同时断开压缩机和风机，30分钟后断开化霜加热丝，接通压缩机，再过15分钟后接通风机。(3)电源过欠压保护功能为了使电冰箱安全可靠地运行，要求其电源电压在176V240V之间。因此，当电源电压小于176V或大于240V时，压缩机应自动停机并报警显示。(4)压

25、缩机丌启延时功能该功能要求压缩机停机时间超过3分钟才能启动，以延长压缩机的寿命。这就要求在每次电冰箱上电时，都要检查压缩机停机是否到3分钟，若未达到，需延时到3分钟后才能启动。因此，在设计时应有判断与延时功能。(5)故障自检报警功能该功能要求在电冰箱运行过程中，不断诊断电冰箱的运行状态，当发现严重故障时，电冰箱停机并报警显示。(6)变频控制通过变频控制可以使冷冻室的温度控制更加合理。当冷冻室需要制冷量比较大的时候，可以通过变频调控，使电机高速转动，压缩机制冷就多一些；同理，当冷冻室需要制冷量比较小的时候，则使电机转速慢一些，压缩机制冷就少一些。第二章系统介绍2.1 概述 电冰箱的热负荷压缩机排

26、气经冰箱冷暖气(在冰箱背面或侧面)冷凝后遴入干燥过滤器，去除水分和杂激，在通过毛细管节流。节流后的气液混合物先精流入冷冻室和冷藏室，农蒸发器中吸收热量蒸发，使冷冻室和冷藏室骢温度达到设定要求从蒸发器流出的制冷剂流入压缩机。 电冰箱的系统结构本文的研究对象是大容积、多功能的无氟电冰箱，这种电冰箱一般是多门分体结果、一套制冷装置，多通道风冷式。控制温度的手段主要是压缩机的开停，循环风扇的转速、通风道风门的开启程度等。2.2 系统设计与功能简介风冷式电冰箱的制冷系统设置在冷冻室，由压机出来的高温、高压液态制冷剂，经冷凝器冷却后，被送到设置在冷冻室四周蒸发器中蒸发为气态，同时吸收外界的热量，达到制冷的

27、目的。压缩机的开停定制冷的程度。在冷藏室和蔬菜室中不设蒸发器，而是将冷冻室的冷气经公用风道，由风机送给各温区，用各区的风门控制该温区的温度变化。冷冻室和其他温区的温度制匹配问题用模糊控制器协调。冷冻室和冷藏室的温度控制方案基本是相同的，只是控制对象不同。前者控制压缩机开停，后者调节风机风门。现以冷冻室为例，说明温度控制系统模糊控制器的设计问题。模糊控制电冰箱不仅要考虑到冷冻室温度的恒温调节，同时也要考虑到冷冻室温度与食品温度未必相同这一因素。最终应使食品温度保持在某一范围内，从未达到保鲜的目的，这是它与传统的PID恒温调节系统追求的控制目标间的差别。食品放进冷冻室即开始降温，经过一段时间，冷冻

28、室的温度可能已降到给定值，但这是食品温度还么一有达到保鲜温度的要求，因此，这是压缩机不应关断，必须继续制冷，延长的时间，视放入的食品的热容量而定。在压缩机关断以后，冷冻室的温度开始回升，当回升到给定值时，理应将压缩机再次投入运行。但实际上，这是食品的温度犹豫热惯性并不与冷冻室空间温度一致，从节能的观点出发，应延时起动压缩机，延时多长，也与放入食品的热容量有关。以上分析说明，最后一次投入的食品的热容量在以后的压缩机控制决策的调整中起着重要的作用。但投入食品的热容量是无法检测的，不能指望用户输入，而必须利用模糊推理和软传感技术。投入的食品热容量的检测是在食品放入冷冻室并关门后5min内进行的。一般

29、情况下，冷冻室的温度都在-18左右，当食品存入以后冷冻室的温度急剧上升，上升的绝对值和变化率，决定放入食品的温度和热容量。第三章 系统数学模型与智能控制理论31概述电冰箱的主要任务是保证所储存的食品在经过冷冻、冷藏之后，仍然色、味不变，其主要手段是通过保持箱体内的最佳温度达到食品保鲜的目的。传统的PID控制方法是一种线性的控制方法，对于电冰箱这个非线性系统来说，它已经不能很好地满足系统控制的要求。随着现代控制理论的发展，以及智能控制理论在各行各业中的应用，电冰箱控制系统可以采用智能控制方法进行控制。模糊控制理论发展于20世纪60、70年代，它也是一种智能控制方法。将电冰箱控制系统与模糊控制理论

30、有机的结合起来，必能实现理想的控制效果。32 电冰箱模糊控制系统第一章 太阳能发电1.1太阳能简介太阳能的能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后，再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。1.4太阳能发电类型1.6.1太阳能发电原理1.6.2太阳能电源系统太阳能电池与蓄电池组成系统的电源

31、单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 (1)电池单元： (2)电能储存单元：1.6.3控制器1.6.4DC-AC逆变器第二章 太阳能光伏发电系统 21太阳能光伏电源系统的原理及组成图21 太阳能电池发电系统示意图2.2太阳能电池方阵太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为4cm2到100cm2不等。太阳能电池单体的工作电压约为0.5V, 工作电流约为2025mA/cm2, 一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵，

32、可以满足负载所要求的输出功率 (见图22)。图22 太阳能电池单体、组件和方阵 （1）硅太阳能电池单体（2）硅太阳能电池种类一般产品化单晶硅太阳电池的光电转换效率为 1315 %。产品化多晶硅太阳电池的光电转换效率为 1113 %，产品化非晶硅太阳电池的光电转换效率为 58 %。（3）太阳能电池组件I: 电流 Isc: 短路电流 Im: 最大工作电流 V: 电压 Voc: 开路电压 Vm: 最大工作电压图1-3 太阳能电池的电流电压特性曲线（4）太阳能电池列阵设计步骤充放电控制器直流/交流逆变器蓄电池组2.6 测量设备太阳能光伏电源系统的设计第三章 太阳能光伏发电系统的应用与举例3.5.1太阳

33、能照明的节能优点无论是现在还是将来，太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。同时，使用太阳能也是一个明智的财务选择。如果使用太阳能电池板为您的住宅供电，在收到每个月的电费单时，您就能体会到这一点。另外，太阳能是环保的选择如果您知道使用太阳能将为您的孩子留下一个更环保的美好世界，您一定会感到自豪。如今，全球的光伏 (Photovoltaic, PV) 太阳能供不应求，是增长最快的可再生能源之一。随着制造工艺的高效化，光伏系统的成本将继续下降。如今，光伏系统的价格已经是 20 年前的 1/25。即使是商业电力公司，也正在寻求通过利用太阳能来构建更为稳定的

34、成本结构。研究结果显示，太阳能在北方的气候条件下更为有效。在加利福尼亚州，电费每年上涨 6.7%。太阳能则可以用来预防未来电费的居高不下。在许多国家，您可以将富余电力卖给电力公司，冲抵您的电费。与高成本的化石燃料污染和全球温室效应相比，太阳能不仅使用范围广，而且更经济。在近期的民意调查中，当受访对象被问及哪类能源最适合子孙后代时，太阳能的得分高出所有其它能源。光伏系统在提供电力的同时，不会排放二氧化碳 (CO2)。一块光伏组件在 25 年的有效使用期内，可减少约 7.5 吨的碳排放量。随着经济发展，我国的照明用电将大幅度提高，绿色节能照明的研究应用，将越来越受到重视。太阳能LED照明灯具作为冷

35、光源产品，具有性价比较高、绿色环保、安全可靠、质量稳定、使用寿命长、安装维护简便等特点，可广泛应用于绿地照明、公路照明、广告灯箱照明、城市造型景观照明及家居照明系统，但太阳能LED照明灯具一次性投入较高是其发展的瓶颈。目前，照明消耗约占整个电力消耗的20%左右，降低照明用电是节省能源的重要途径。为实现这一目标，业界已研究开发出多种节能照明器具，并取得了一定的成效。但是，距离“绿色照明”的要求还较远，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。 到2006年底，我国可再生能源利用量总计为2亿吨标准煤(不包括传统方式利用生物质能)，约占0.5个百分点，为2010年实现可再生能源占全国一次

36、能源消费总量10%的目标迈出了坚实的一步。目前，我国正在从以下几个方面来推动光伏发电的国内市场发展：一、启动送电到村工程;二、在特殊工程上运用光伏发电，如世博会、奥运会等;三、在沙漠地区建光伏电站;四、动员一些城市启动屋顶计划;五、研究制定提高光伏发电竞争力的电价政策(光伏产品90%的出口以及国内市场的缺失，都可能限制中国光伏产业的长远发展。一旦国外光伏产业政策有变或者为保护本国产业采取限制进口的措施，中国近年来大量上马的光伏项目将面临困境)。太阳能路灯与普通路灯相比较随着科学技术的飞速发展，太阳能逐渐被开发利用，并已成为最有发展前景的环保能源之一，太阳能照明就是利用太阳能最重要的途径。太阳能

37、照明路灯采用高效单晶硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保，实用)寿命长,是未来户外照明的发展方向和照明灯具中的一枝新秀。市电照明灯具安装复杂：在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。对比而言，太阳能照明绿色环保

38、，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。综上对比所述，太阳能照明之安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性将为楼盘的销售、市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。太阳能照明灯具有体积小,重量轻,低能耗,高光强,防雷击,无须其它电源,安全可靠,安装、维护方便等特点。太阳能照明灯可广泛应用于：家庭别墅、单位花园、公园绿地、环保小区、房前路边等户外场所的照明。一盏普通的路灯以400W光源、日工作10小时计，1年平均耗电量是1460度电，还需要专人维护、更换灯泡；而太阳能路灯一般采用寿命长达50000小时以上的LED

39、灯作为光源，日常无需增加消耗电量的费用开支。换个角度说，每装一盏太阳能路灯，每年就可节省1460度电，十年可节省14600度。1.大阳能路灯的造价其实不高，因其使用寿命长，比普通路灯更划算太阳能路灯其实并不贵。在很多人眼里，路灯的成本不过是一根杆，一只灯泡。但是，事实上根本不是这样子，一盏普通路灯除了这些成本，还有预埋地下的电缆申请和施工过程的费用，还可能影响、破坏周围植被和景观，日常需要专人定时维护、更换灯泡，同时每隔大约1Km要建一个升压站（防止输电线路过长，电压降低过大，影响灯光亮度），分摊下来的成本每盏大约在3万元左右，目前市政道路路灯的招标价格每盏一般也在23.5万元之间。而太阳能路

40、灯的最大成本就是太阳能电池板，无需预埋输电电缆及相关工程费用，一盏812米的太阳能路灯的造价一般在1.83.5万元之间。这些太阳能路灯一般使用的光源是长寿命的LED灯或低压钠灯，使用的电压都是绝对安全的直流低电压，采用光控、时控、全自动、无触点电子开关，故障率极低，整体路灯使用寿命要长达15年。此外，路灯与路灯之间彼此独立工作、互不干扰，可根据实际情况将某段时间设计成节能照明状态，从而有效降低造价。只要设计合理，实际比普通路灯更划算。2.偷盗难，也不划算，太阳能路灯灯杆一般都在8米高以上，偷盗电线不合算近年来，由于铜以及其他金属价格的上涨，偷盗路灯电缆成为一大治安问题。很多人担心太阳能路灯采用

41、的都是高新技术的材料，一旦被盗的损失会更高，持这种观点的人不少，不仅仅有一些政府官员，连一些能源研究专家也认为这确实是一个问题。小偷偷电线一般用剪或用绞轮拉，目的是为了获得金属铜谋取利益，而太阳能路灯的内部电线绝大部分都在灯杆里面且短而小，含铜量不如传统路灯，加上灯杆较高，一般都在8米以上，要开着吊车才能将太阳能电池板和电缆快速盗走，被盗可能性比传统路灯要低得多。如果小偷真的开着吊车来偷路灯了，那不知是什么天下了，应该不是偷了而是抢了！那我们国家能有这么乱吗？因此，偷盗太阳能路灯内部电线是不合算的。3.大阳能路灯的造价其实不高，因其使用寿命长，比普通路灯更划算(1)不受地理位置限制、无需消耗燃

42、料，无机械转动部件，建设周期短，规模大小随意；(2)安全可靠、无污染、无噪声、环保美观、故障率极低、寿命长；(3)拆装简易、移动方便、工程安装成本低，无需预埋架高输电线路，可免去远距离敷设电缆时对植被和环境的破坏及其所需的工程费用；(4)广泛应用于道路照明上，非常适用于乡村、农场、山头、海岛、高速公路等输电不便的偏僻地方。太阳能路灯的组成原理框图及其工作原理（1）太阳能路灯的组成太阳能路灯由太阳能电池组件、蓄电池、电源控制器、光源等组成。如图3-1太阳能路灯技术特点是：具有特大功率，光亮度相当于白炽灯150W-250W时，每天8小时照明，可在连续阴雨9天内正常工作；应用了具有充放电保护功能、光

43、敏自控装置和时控装置的光电智能控制器，使产品可有效地节约能源，增加有效照明时间，降低生产成本；中央控制器单元采用单片机控制，并在智能控制器中建立了全球不同纬度的全年日照时间数据。使用时在控制器中输入所在地区纬度，调整好年、月、日和开/关机的时间，就能够长年自动跟踪环境光线；在大面积使用后，启动和关闭的时差很小，从而比较好的克服了传统太阳能灯因启动时差过大而产生的种种弊端。（2）太阳能路灯的工作原理太阳能光伏发电是依靠太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，当太阳光照射在半导体PN结上，由于P-N结势垒区产生了较强的内建静电场，因而产生在势垒区中的非平衡电子和空穴或产生在势垒区外但扩散进势垒

44、区的非平衡电子和空穴，在内建静电场的作用下，各自向相反方向运动，离开势垒区，结果使P区电势升高，N区电势降低，从而在外电路中产生电压和电流，将光能转化成电能。太阳能光伏发电系统大体上可以分为两类，一类是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂;另一类是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。并网发电系统通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流。而独立式发电系统光伏数组首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池中。

45、白天的时候，太阳能电池吸收太阳光子能产生电能，通过控制器吧电能储存在蓄电池里，当夜幕降临或者灯具周围的广度较低时，蓄电池通过控制器向光源供电设定的时间后切断，这样就可以照明了。太阳能路灯的实际应用日前，广东省质量技术监督局审核通过了由东莞勤上光电股份有限公司提出并组织起草的广东省太阳能LED灯地方标准，将于09年7月1日起实施。“以前没有行业标准，生产什么、怎么生产、产品达到什么技术要求没有明确规定。标准出台后，行业门坎提高了，肯定要淘汰一批不符合标准的企业，企业要做好准备。”国家照明电器标准化技术委员会负责人表示，标准的出台将使太阳能LED产业提前进入规范化调试期，引导行业由无序、无标准状态，向有序、有标准状态转变，“山寨灯”横行的局面将得以改变。即将实施的广东省太阳能LED灯地方标准是中国大陆地区LED行业首个地方标准，适用于250V以下直流电源或1000V以下交流供电的道路、街路、隧道照明和其它室外公共场所照明用太阳能LED灯。对于照明领域来说，这是一次不小的革命。本次设计的太阳能路灯的总电路图如图3-2所示，其工作原理：太阳照射在硅光板上，太阳能电池开始工作，使二极管D1跟三极管Q1工作，蓄电池开始蓄电，待蓄电池蓄电完毕后，根据程序的设定，