1.1 引言

在人類文明的歷史長河中，人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和發展所需的各種能源，能源的利用水平折射出人類文明的進步步伐。從原始社會開始，由地球在長達50萬年的歷史中積累下來的化石礦物能源，即常規能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類所用能源的基礎。但是常規能源的儲量正隨著人類文明的高度發展而迅速枯竭。從資源的角度看，地球的礦物能源儲量是有限的，按目前消耗的速度計，石油還可供開采40年左右，天然氣約60年，煤可望達200年。全球能源消耗的年增長率約為2%，近35年來世界能源消費量已經翻了一番。人們預計，到2025年全球能源消耗還將再增加一倍。這些都提醒人們注意到必須開發新的能源。

常規能源的大量利用對人類生存環境也有著日趨嚴重的破壞作用。到20世紀末人們開始意識到：由于每年燃燒常規能源所產生的CO2排放量約210億噸左右，已經使地球嚴重污染，而且目前CO2的年排放量還在呈上升趨勢。CO2造成了地球的溫室效應，使全球氣候變暖。經過較為準確的推算，如果全球變暖1.5～4.5℃,最嚴重的后果是海平面將上升25～145cm，沿海低洼地區將被淹沒，這將嚴重影響到許多國家的經濟、社會和政治結構。此外，大量燃燒礦物燃料，會在大范圍內形成酸雨，將嚴重損害森林和農田，目前全球已有數以千計的湖泊酸性度不斷提高，并已接近魚類無法生存的地步；酸雨還損壞石造建筑、破壞古跡、腐蝕金屬結構，甚至進入飲用水源，釋放出潛在的毒性金屬（如鎘、鉛、汞、鋅、銅等），威脅人類健康。因此，人類文明的高度發展與生存環境的極度惡化，形成了強烈的反差。

針對以上情況開發和使用新能源(可再生能源和無污染綠色能源)已是人類目前迫切需要解決的重要問題。雖然目前人類可利用的新能源，如太陽能、風能、地熱能、水能、海洋能等能源形式都是可以滿足要求的。但從能源的穩定性、可持久性、數量、設備成本、利用條件等諸多因素考慮，太陽能將成為最為理想的可再生能源和無污染能源。

太陽能電池發電與火力、水力、柴油發電比較具有許多優點，如安全可靠、無噪聲、無污染，能量隨處可得、不受地域限制、無需消耗燃料、無機械轉動部件、故障率低、維護簡便、可以無人值守、建站周期短、規模大小隨意、無需架設輸電線路、可以方便地與建筑物相結合等，因此，無論從近期還是遠期，無論從能源環境的角度還是從邊遠地區和特殊應用領域需求的角度來考慮，太陽能電池發電都極具吸引力。目前，太陽能電池發電系統大規模應用的唯一障礙是其成本高，預計到21世紀中葉，太陽能電池發電的成本將會下降到同常規能源發電相當。屆時，太陽能電池發電將成為人類電力的重要來源之一。

1.2 項目背景/選題動機

太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關注，又因其不污染環境，而被稱為綠色環保產品。太陽能路燈即可用于城鎮公園、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度較小，交通不便經濟不發達、缺乏常規燃料，難以用常規能源發電，但太陽能資源豐富的地區，以解決這些地區人們的家用照明問題。

太陽能燈是光電轉換技術的一種應用產品，具有節能、環保、安全、無需布線、安裝簡便、自動控制、可根據需要隨時變換插放的位置等優點。太陽能燈具的主要類型有太陽能庭院燈、太陽能路燈、太陽能草坪燈、太陽能景觀燈、太陽能信號燈。

在太陽能路燈實際應用中，很多地方的太陽能路燈不能滿足正常照明需要，尤其在陰雨天更為突出，因此,這就要求太陽能路燈在工作時能夠根據行人情況對自身功率進行動態調整,在滿足正常工作的同時能夠節省更多的電力,保證系統的長時間工作；此外，現有的太陽能路燈無法實現對自身工作狀態和外圍電路參數的檢測和故障診斷，無法組成遠程監控網絡，因而需要一個遠程無線監控系統對太陽能路燈電路參數進行檢測，并對出現的故障實現診斷和報警功能，實現路燈的智能化管理

二、需求分析

2.1 功能要求

1、系統全部采用太陽能電池和蓄電池供電，綠色環保無污染；

2、太陽能電池能自動跟蹤太陽光，實現太陽能利用的最大化；

3、天黑時候路燈能夠自動亮燈，并且能夠根據有人經過和沒人經過的情況動態調整路燈功率，實現節能效果；晚上十二點后，由于行人稀少，路燈將處于半激活狀態，當有人經過時才亮燈，沒人經過則不亮燈，在保證給少量行人照明的同時實現節能；到了早上再次進入正常發光模式，直到天亮的時候熄滅，進入蓄能階段。

4、系統具有自動監測功能，能夠對路燈及其外圍電路的運作進行監測，一旦有異常情況出現，從機通過無線網絡發到主機，主機匯總后通過GSM網絡發給監控中心通知技術人員進行維修，保證檢修的快速性。

2.2 性能要求

1、ADC轉換精度為10位；

2、無線傳輸有效距離100m（可根據實際需要選用不同的無線模塊實現遠距離傳輸數據）；

3、GSM超遠傳輸距離，只要有信號的地方就可以收到數據；

4、一個監控中心可監測多個主機，一個主機可監測多個從機。

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理

系統機構框圖

系統由監控中心、主機和從機三大部分組成，監控中心通過GSM網絡實現與主機的遠程通訊，而主機與從機距離較近，故采用2.4GHz無線網絡進行通訊。

監控中心硬件結構框圖

監控中心主要負責各主機匯總情況分析、顯示，同時可通過現場或者發短信的方式通知工作人員路燈的損壞情況，此外還可以對系統參數進行設置，其主要由AVR單片機、GSM模塊、光傳感器、人體紅外感應模塊、矩陣鍵盤、聲光報警、位置檢測電阻、電機模塊、液晶顯示器、電源管理、實時時鐘電路DS1302、后備電源、太陽能電池和蓄電池組成。

主機硬件結構框圖

主機負責收集從機和自身監控數據，是監控中心和從機通訊的橋梁，主要由AVR單片機、GSM模塊、無線傳輸模塊、光傳感器、人體紅外感應模塊、位置檢測電阻、電機模塊、電源管理、實時時鐘電路DS1302、后備電源、太陽能電池和蓄電池組成。