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1、学校_ 参赛类别_第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛作品申报论文智能化节能&产能系统的设计 Design of intelligent energy-saving and productivity system 成员姓名：（宋三） 指导老师：（含职称） 日期：1、引言32、立项背景52.1 中国照明行业的现状及发展趋势52.2 推广节能产品的必要性和可行性92.5 水的影响122.5.1 水对气候的影响122.5.2 对生命的影响132.6 家庭节水142.7 太阳能的利用212.7.1 太阳能简介222.7.2 太阳能利用的现状及发展趋势222.7.3 太阳能利用的重要意义及局
2、限243、具体模块分析243.1 照明系统模块243.3.1 数据采集及传输模块253.3.2 数据处理模块253.3.3 控制模块253.2 节水系统模块263.2.1 红外控水器及IC卡节水控制器模块273.2.2 远程控制模块273.3 太阳能系统模块283.3.1 光敏传感器模块283.3.2 太阳能设备的电源及驱动模块294、可行性及安全性分析295、致谢.316、参考文献.31 基于嵌入式的智能化节能系统的设计 作者（黑三、不加粗） 单位（黑小四、不加粗）（此三行居中1.5倍行距）【摘要】本文提出了利用计算机和单片机通信进行方便及时的对单片机采集的数据处理分析，利用计算机软件系统及
3、时智能地控制调整系统，使照明系统达到节能的效果。水对于人类的重要性是毋庸置疑的，所以本文的设计也包括通过红外及串口通信对水的节约与控制。同时本文的设计还包括对家电的智能控制及太阳能的开发与利用。现有的节能系统主要是通过单片机控制，缺乏和计算机进行有效地通信，本文的设计充分发挥计算机处理大量数据的优越性和计算机智能设定安排解决步骤的功能使系统运行效果更佳。【关键词】照明系统；数据采集；单片机；传感器 【abstract】This paper proposed to use computer and single-chip microcomputer communication were conv
4、enient timely collected data processing of single-chip processor is analyzed using computer software system, intelligent control timely adjusting system, make lighting system to achieve the effect of energy saving. The importance of water for humans is beyond doubt, so this design also include infra
5、red and serial communication through for water saving and control. While this design also includes home appliance of intelligent control and to the development and utilization of solar energy. The existing energy-saving system is mainly through the single-chip microcomputer control, lack of and the
6、computer to carry on the effective communication, this design give full play to the computer handling large amounts of data superiority and computer intelligent setting arrangement solves the function make the system operation steps to get better effect.【keywords】Lighting system；Data acquisition；sin
7、glechip；sensor1、 引言 按照世界能源委员会1979年提出的节能的定义:采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施，来提高能源资源的利用效率、提高用能设备或工艺的能量利用效率。随着社会的不断进步与科学技术的不断发展，现在人们越来越关心我们赖以生存的地球，世界上大多数国家也充分认识到了环境对我们人类发展的重要性。各国都在采取积极有效的措施改善环境，减少污染。这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施 ，在最近几年,通过努力，人们在节能技术的研究和产品开发上都取得了巨大的成果。 现在各种
8、节能技术和产品丰富多样，并且不断地在推陈出新。 节能是指加强用能管理，采用技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。其中，技术上可行是指在现有技术基础上可以实现；经济上合理就是要有一个合适的投入产出比；环境可以接受是指节能还要减少对环境的污染，其指标要达到环保要求；社会可以接受是指不影响正常的生产与生活水平的提高；有效就是要降低能源的损失与浪费。 节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策。广义的讲，节能是指除狭义节能内容之外的节能方法，如节约原材料消耗，提高产品质量、劳动生产率、减少人力消耗、提高能
9、源利用效率等。 狭义的讲，节能是指节约煤炭、石油、电力、天然气等能源。在狭义节能内容中包括从能源资源的开发，输送与配转换（电力、蒸气、煤气等）或加工（各种成品油、副产煤气为二次能源，直到用户消费过程中的各个环节，都有节能的具体工作去做。）随着人口数量的增长及人们生活化水平的提高，能源的消耗量日益增加，能源问题越来越被人们所关注。其中照明系统用电占据了很大一部分的电能消耗，人们希望能够合理的利用照明电能，在不降低照明质量的同时，能够很好的节约对电的利用。于是人们创造出各种各样的智能仪器来控制，调节照明用电。从20世纪80年代末最简单的模拟电路的设计，到20世纪90年代的单片机的普及控制，人们已经
10、能够利用微型控制器来对照明用电进行很好的控制，节约了电能，效果很好。而随着20世纪90年代计算机技术和网络技术得到进一步的发展，许多应用单片机来进行简单控制和简单显示的系统越来越难以满足人们日益增长的要求。以往的系统由于只是简单的代替人们手工来进行控制，而没有智能分析和强有力的办公自动化的能力。结合人们对自动化的需求，本文对以往的智能照明系统进行了改进，增加了智能显示，智能分析，智能设置等功能。当然电器用电也占总耗电量的很大一部分。洗衣机、冰箱、空调等虽然都在向着节能化的方向发展但很多用户用完电器之后常常忘了关甚至有的干脆不管，这就导致能源的极大浪费，那么本设计就包含对电器的智能化控制，比如当
11、冬天室内温度过高或夏天温度过低时发出警报通知用户调节空调，也可以将控制器与家电的遥控器接起来当用户不在家或没能及时关闭或调节家电时帮用户处理.2、立项背景2.1 中国照明行业的现状及发展趋势2.1.1 照明行业的现状。 照明产品的问世距今已有很长的历史了，而作为一个行业来发展则时间不长，时至今日，照明行业已朝规模化、品牌化的方向发展。现全球范围内，较为知名的品牌仅有这几个：飞利浦、欧思朗、GE、松下、索恩、奇胜、库柏、迈特等，近几年这些企业的销售份额共占全球的60-80%以上，随着全球经济朝着一体化靠拢及欧美发达国家本身经济的滞步不前，短期内很难再有大型的品牌照明企业出现。但节能灯的发展却日趋
12、蓬勃起来！以下是家用led节能灯：以下是各种装饰led节能灯：2.1.2 照明行业的发展趋势2.1.2.1绿色照明工程的推广和应用不断加强随着全球性环保意识的增强，世界各国，尤其是发达国家和地区，对绿色照明的应用将更加普遍。现代化绿色照明系统。对于保护环境、维护生态平衡、保护人类健康都具有重大意义。2.1.2.2高效节能光源与节电设备普通被采用随着绿色照明工程的推进和科学技术的进步，具备高效节能和无污染的特性的新光源产品和节电设备，在国际绿色照明推广中将会颇受重视，前景可观。2.1.2.3产品更新换代速度加快，产品的科技含量不断提高随着社会发展和科技进步，照明产品的更新换代不断加快。现代照明的
13、科技含量大大提高，逐步朝着节能化、智能化、景观化、艺术化的目标发展。2.1.2.4照明行业在未来的3-5年的时间内，绿色节能置换照明工程产品将会成为整个照明行业发展的一种延续与补充，必将成为商家抢占市场的“焦点”。2.2 推广节能产品的必要性和可行性能源的开发和控制是一个世界性的课题，它直接关系到人类的生存和发展，没有哪一个国家不在奋力寻求解决能源问题的有效方案。能源的储量是有限的，解决能源问题的重点自然就落到了能源控制上。电能是应用最广的一种能源方式，也是能源消耗中最主要的组成部分。要节能，关键在于节电。2.3 高速崛起的节能产业市场前景与发展空间中国节电市场空间从有关方面提供的数据显示，中
14、国是全球人均能源保有量最低的国家之一。人均能源消费量仅为世界平均水平的一半。但能源利用效率仅为30%左右，比发达国家低约10个百分点。产值能耗比世界平均水平高2倍多，是世界上产值能耗最高的国家之一。从宏观上来说，能源利用效率和产值能耗比是反应一个国家节能产品市场总体需求的两个重要参考指标。据国家发展改革委员会透露，目前我国能源利用效率仅为33，比发达国家低10个百分点，产值能耗比世界平均水平高2倍多，是世界上产值能耗最高的国家之一。 据有关研究单位分析，中国能源效率每提高一个百分点，直接经济效益可达130亿元。目前我国的节能潜力约为3亿吨标准煤，相当于去年全国能源消费总量的15.2。若按每吨标
15、准煤400元计，节能市场可达1200亿元之巨。由此，专家推算，我国每年的节能潜力可达到2.5亿吨标准煤。而目前全国节能市场的规模仅为4至5亿元人民币。 节能关键在节电据日本能源研究所的报告，中国目前的电力缺口是9.93%，到2010年将剧增至15%；而中国电力来源的结构也对未来的电力市场造成了巨大的潜在威胁。目前火力发电是中国电力的最主要来源(占约81%)，火力发电的原料是煤，但中国已由原来最大的煤炭生产国和消费国转变为进口国，电力成本将因此而不断上扬；随着电力的普及，即使接近亚洲市场的平均电力使用水平，也都会使中国的电力市场不堪重负。另外，据有关数据，每4.5度电要消耗一公斤柴油，可见与电力
16、浪费接踵而至的就是环境污染。中国节能潜力大从节能的整体潜在效益来说，它带来的效益是明显的。根据有关人士介绍，中国目前每万美元国民收入的能源消耗为20.5吨标准煤，是德国的10倍，降低能耗的潜力非常大。同时目前中国年人均用电约1100度，仅为世界平均用电的13，而且中国用电量正以年均5%的速度增长：按这个速度和目前的产销量，2003年的用电量应该接近16000亿度，到2020年则将达33700亿度，这样不断增长的基数使节电的效益会逐年增加；按目前的水平，中国每节电1%，就相当于80亿元的收益(以平均每度0.5元计算)，按目前节电率最低水平10%计算，则预计中国至少每年有800亿元的节电潜力，节电
17、的同时还将大幅度减少污染。中国将成节电市场最大买家美国专业能源机构的研究预测：目前中国已经取代美国，一跃成为世界节电市场中最大的买家。据介绍，目前国内的节电产品基本上都是以变频器为主，这种产品实际上在美国等发达国家属于淘汰产品，而代表目前全球节能技术最高水平的复合式实时滤波、半导体瞬流控制、远程跟踪诊断技术等，国内还没有企业能做到。能源专家指出：随着国际品牌进入中国，中国的节电产业肯定会面临一个重新洗牌的阶段，但这肯定有助于整个产业走向良性有序的发展方向。 我国照明所消耗的电能约占电力总消耗量的1/6，因此提高照明产品的能效水平，无疑将较大幅度降低能源消耗，有效缓解目前我国电力供应紧张的局面。
18、我国目前的电力供应缺口已达9.93%，预计到2010年会剧增至15%，而电能利用效率低下是导致“电荒”的重要原因之一。我国的能源利用效率目前仅为34%，比发达国家落后20年，相差10个百分点，因此造成的浪费相当于2.3个三峡电站的发电量。在这种情况下，提高电能效率迫在眉睫2.4 大力重点推广城市道路照明节能与智能项目之可行性。 据调查，各地城市道路照明每天的平均时间为11.5小时，其中，晚上22点后，道路上车少人稀，即便是繁华街道，午夜24点至清晨6点，也罕见行人和车辆。毫无疑问，在低交通流量上的道路上仍然保持原照明的亮度，不能按需调控照明亮度，显然是白白的耗费能源和费用。从光源来看，现有的路
19、灯大多使用的是高压纳灯，其设计寿命虽为20000小时（45年），但由于电压波动影响，实际使用寿命远达不到此数，而我国许多地区的电网波动严重，有些地区甚至超过额定电压的15%，特别在后半夜，由于电负荷减少使得电网电压有时接近237V245V，致使路灯灯泡的实际使用寿命大大缩短，一般为11.5年。更换灯具的劳动工作量大，而且容易发生危险和工伤事件，造成维护费用居高不下。因此，在节能方式上采用深夜关闭部分路灯的办法，既不科学也不全面。当今国际上流行的节能方式是采用智能调控技术，这不同于国内目前一般的可控硅斩波和自耦降压的技术。它充分考虑城市道路照明的实际状况，依据人体工程学中的视觉理论，采用现代控制
20、论中的最优控制方法，实现对路灯电流及照度的动态智能化管理，既TPO管理（TIME时间/PLACE地点/OCCASION场合）。此项技术的基本思路就是：在繁忙的时段，控制路灯保持原设计的照度；接近午夜时分，道路上人少车稀时，开始自动调整电流，通过对用电电流的智能控制，减少后半夜因城市整体的用电减少所引起的。2.5 水的影响2.5.1 水对气候的影响水对气候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量的60%，保护地球不致冷却。海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量，使气温不致过高；在冬季则能缓慢地释放热量，使气温不致过低。 海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云，云中的水通过降水落下来变成雨，冬天则变
21、成雪。落于地表上的水渗入地下形成地下水；地下水又从地层里冒出来，形成泉水，经过小溪、江河汇入大海。形成一个水循环。 雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风性气候中，夏季风带来了丰富的水气，夏秋多雨，冬春少雨，形成明显的干湿两季。 此外，在自然界中，由于不同的气候条件，水还会以冰雹、雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动。 2.5.2 对生命的影响水是生命的源泉。人对水的需要仅次于氧气。人如果不摄入某一种维生素或矿物质，也许还能继续活几周或带病活上若干年，但人如果没有水，却只能活几天。 人体细胞的重要成分是水，水占成人体重的6070%，占儿童体重的80%以上。水份有什么作用呢？ 1
22、.5.2.1人的各种生理活动都需要水，如水可溶解各种营养物质，脂肪和蛋白质等要成为悬浮于水中的胶体状态才能被吸收；水在血管、细胞之间川流不息，把氧气和营养物质运送到组织细胞，再把代谢废物排出体外，总之人的各种代谢和生理活动都离不开水。 2.5.2.2水在体温测量上有一定的作用。当人呼吸和出汗时都会排出一些水分。比如炎热季节，环境温度往往高于体温，人就靠出汗，使水分蒸发带走一部分热量，来降低体温，使人免于中暑。而在天冷时，由于水贮备热量的潜力很大，人体不致因外界温度低而使体温发生明显的波动。 2.5.2.3水还是体内的润滑剂。它能滋润皮肤。皮肤缺水，就会变得干燥失去弹性，显得面容苍老。体内一些关
23、节囊液、浆膜液可使器官之间免于摩擦受损，且能转动灵活。眼泪、唾液也都是相应器官的润滑剂。 2.5.2.4水是世界上最廉价最有治疗力量的奇药。矿泉水和电解质水的保健和防病作用是众所周知的。主要是因为水中含有对人体有益的成分。当感冒、发热时，多喝开水能帮助发汗、退热、冲淡血液里细菌所产生的毒素；同时，小便增多，有利于加速毒素的排出。2.6 家庭节水以下是浪费水的现象：水的浪费是惊人的。一个关不紧的水龙头，一个月可以流掉1-6立方米的水；一个漏水的马桶，一个月要流掉3-25立方米水，全市如果有60万个水龙头、20万个马桶漏水，一年要损失上亿立方米的水。人类对环境的保护归根结底是基于保护地球上日益枯竭
24、的资源，保护人类生存发展的最起码条件保护水资源首当其冲。下面笔者就现代生产和生活中如何保护水资源谈一些粗浅的认识。 2.6.1必须合理开发水资源，避免水资源破坏。水资源的开发包括地表水资源开发和地下水资源开发。水资源属于国家所用，因此，生产和生活用水的开发必须遵守中华人民共和国水法的有关规定，作到全面规划，统筹兼顾。在开采地下水的时候，由于各含水层的水质差异较大，应当分层开采；对已受污染的潜水和承压水不得混合开采；对揭露和穿透水层的勘探工程，必须按照有关规定严格做好分层止水和封孔工作，有效防止水资源污染，保证水体自身持续发展。 现代水利工程，如防洪、发电、航运、灌溉、养殖供水等在发挥一种或多种
25、经济效益的同时，对工程所在地、上下游、河口乃至整个流域的自然环境和社会环境都会产生一定的负面影响，也可能造成一定范围内水资源破坏，因此，自20世纪70年代以来，许多国家对水利工程进行环境评价。我国要求在水利工程可行性研究阶段即进行环境评价，大型工程和一般中型工程要编写环境影响报告，对环境影响较小的中型工程和小型工程要编写环境影响评价表。另外，一些采矿行业对水资源的破坏不容忽视，如煤炭开采中每采一吨煤要排漏088立方米水，按我省年采煤3亿吨计算，每年仅因采煤损失地下水资源高达25亿立方米，并对地下水体地质构造造成极大的破坏。又如，无限度的乱砍乱伐，造成植被严重破坏，对水土保湿及水资源的地表埋藏也
26、会造成一定的影响。 2.6.2提高水资源利用率，减少水资源浪费。有效节水的关键在于利用“中水”，实现水资源重复利用。如果中水利用能在全社会范围内通行，不仅能带来可观的经济效益和环境效益，又能令社会形成一种珍惜水资源的良好风气。目前，许多大中型企业已经开发利用中水，如霍州煤电集团各个矿井都利用中水返回井下洒水和地面冲厕，取得了良好的经济和社会效益。另外，利用经济杠杆调节水资源的有效利用。由于水管理不到位，很多地方有长流水现象发生，而有些地方会“捧碗祈天”，因此，必须安装有效的水计量装置，执行多用水多计费的原则，达到节约用水的目的。城市用水定额管理是国际上通行的办法，它是在科学核定用水量的前提下，
27、坚持分类对待的原则，市民生活用水、工商企业用水、机关事业团体用水实行不同的水价，定额内平价，超额部分适当加价，以培养公民节约用水的习惯。 在节约用水资源的同时应避免无效浪费。北方的冬季，水管很容易冻裂，造成严重的漏水，应特别注意预防和检查；随着社会经济的发展和城市化进程的加快，为了缓解水资源紧张的情况，除了大力抓好节约和保护水资源工作外，跨流域调水已经成为我国北方城市的必然选择，跨流域调水必然带来水资源供需关系的变化，所以水权交易必在实行；由于我国一直实行“福利水”制度，水没有被当作一种经济商品对待，所以，在水资源的配制上，市场机制通常被管制方法所替代，当前应当转变观念，认识到水资源的自然属性
28、和商品属性，遵循自然规律和价值规律，确实把水作为一种商品，合理应用市场机制配置水资源，减少资源浪费。 2.6.3进行水资源污染防治，实现水资源综合利用。水体污染包括地表水污染和地下水污染两部分，生产过程中产生的工业废水、工业垃圾、工业废气、生活污水和生活垃圾都能通过不同渗透方式造成水资源的污染，长期以来，由于工业生产污水直接外排而引起的环境事件屡见不鲜，它给人类生产、生活带来极坏影响，因此，应当对生产、生活污水进行有效防治。在城市可采取集中污水处理的途径；工业企业必须执行环保 “三同时”制度；生产污水据其性质不同采用相应的污水处理措施。总之，我们必须坚决执行水污染防治的监督管理制度，必须坚持谁
29、污染谁治理的原则，严格执行环保一票否决制度，促进企业污水治理工作开展，最终实现水资源综合利用。 水是地球生物赖以存在的物质基础，水资源是维系地球生态环境可持续发展的首要条件，因此，保护水资源是人类最伟大、最神圣的天职。2.6.4必须合理开发水资源，避免水资源破坏。水资源的开发包括地表水资源开发和地下水资源开发。水资源属于国家所用，因此，生产和生活用水的开发必须遵守中华人民共和国水法的有关规定，作到全面规划，统筹兼顾。在开采地下水的时候，由于各含水层的水质差异较大，应当分层开采；对已受污染的潜水和承压水不得混合开采；对揭露和穿透水层的勘探工程，必须按照有关规定严格做好分层止水和封孔工作，有效防止
30、水资源污染，保证水体自身持续发展。长期以来，人们普遍认为水是“取之不尽，用之不竭”的，不知道爱惜，而浪费挥霍。事实上，水资源日益紧缺，而我市的城市供水工作更是在严重缺水的边缘艰难度日，自来水来之不易。2.6.5要树立惜水意识，开展水资源警示教育。长期以来，大多数人们普遍认为水是取之不尽用之不竭的“聚宝盆”，使用中挥霍浪费，不知道自觉珍惜。其实，地球上水资源并不是用之不尽的，尤其是我国的人均水资源量并不丰富，地区分布也不均匀，而且年内变化莫测，年际差别很大，再加上污染严重，造成水资源更加紧缺的状况，黄河水多处多次断流就是生动体现。国家启动“引黄工程”、“南水北调”等水资源利用课题，目的是解决部分
31、地区水资源短缺问题，但更应引起我们深思：黄河水枯竭时到哪里“引黄”南方水污染了如何“北调”?所以说，人们一定要建立起水资源危机意识，把节约水资源作为我们自觉的行为准则，采取多种形式进行水资源警示教育。下图是节水宣传画：2.6.6 节约水资源，可以通过完善节水技术，和提高全民节水意识相结合的方法。倡导大家公同关注和支持节水事业“选择节水型器具也是一种高度和美德。”浪费水的后果很严重，最后一滴水将是人类的眼泪。下图是浪费水的后果：2.7 太阳能的利用2.7.1 太阳能简介 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源，同时也是许多能源的来源，尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总量的22亿分之一，但以高达17
32、3，000TW。地球上的风能就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能，太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源又是可再生能源。它的资源丰富，既可免费使用，又无需传输，对环境没有任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素限制（地点、季节）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。2.7.2 太阳能利用的现状及发展趋势 人类利用太阳能已有几千年的历史，但发展一直很缓慢，现代意义上的
33、开发利用只是近半个世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳能电池，从此揭开了太阳能开发利用的新篇章。之后，太阳能开发利用技术发展很快，特别是70年代爆发的世界性的石油危机有力的促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力，太阳能光热利用技术及其产业异军突起，成为能源工业的一支生力军。迄今为止，太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归为太阳能的热利用和光利用。下图展示的是当前太阳能的利用现状：2.7.3 太阳能利用的重要意义及局限 我国太阳能热水器产业持续高速发展。光伏技术得到较快发展并在解决偏远地区无电状况中发挥重要作用，太阳能利用在农村节能中成效显。当然了太阳能的利用也有其局限性
34、其中地理位置及摆放位置就对其采光有很大的影响。3、具体模块分析3.1 照明系统模块 说明:本模块主要实现室内外灯光亮度的控制，包括家居、企业等室内照明及公共场合的照明（如路灯、广场等）光敏传感器采集初始数据模块流程图： 从机处理 AD模块处理 均值滤波等主机通过数据对比后进行灯光亮暗的调节计算机将数据保存数据 3.3.1 数据采集及传输模块数据采集部分是一些光敏传感器，它们分布在屋内的不同角落，或同一位置的不同角度（比如把三个传感器两两垂直的放在同一点），为的是把屋内不同角度不同位置的光强都收集起来然后通过数模转换模块（AD809）将模拟信号转换为数字信号后经从机计算分析（对数据进行滤波即将收
35、集的数据相加后除以数字的个数）后存储到单片机内，然后经过无线模块（24L01）传给主机，然后由主机和计算机通信进行进一步处理和对数据进行保存。3.3.2 数据处理模块 单片机首先对数据进行处理，它把经AD采过来的数据均值滤波后与设定值（一般情况下室内应有的光强）对比，然后由控制模块调节光亮。再次由计算机将数据存入数据库为以后的数据挖掘做准备3.3.3 控制模块室内： 系统整体采用以ARM为核心的嵌入式系统技术，将AD才来的数据进行分析后与设定值进行比较然后调节等的亮度，即通过继电器通断不同的档位而每个档位的电阻值不同，从而可以实现灯的亮度控制。室外： 本系统以AVR微控制器为核心，将AD才来的
36、数据进行分析后与设定值进行比较然后调节等的亮度，但较之室内部分多了一个判断电路。以路灯为例当使用的太阳能电池板电量足够时，系统由电池板供电，但当阴雨天导致电池板电量不足时可自动从外部供电系统取电。3.2 节水系统模块 本模块通过红外控水器判断有没有人在水龙头旁边从而实现了“有人有水，无人停水”的效果，还有就是用射频IC卡节水控制器来控制水的用量，使用者还可以远程控制水流量（MAX485通信）。模块流程图：红外控水器监控 停水 没人 有人刷卡（IC）停水 没有 已刷 开水用户端调节水龙头合适 串口 通信统计水流量送入处理模块3.2.1 红外控水器及IC卡节水控制器模块 本模块主要实现“有人来水，
37、无人停水”及自动统计流量等功能。其中红外控制器就是一对红外发射接收管，可用来判断有没有人在水龙头旁边。而IC卡节水控制器主要功能特点有：1、显示用水扣款金额、余额和用到临界值时的提示。2、独有节水设计，采用读卡和按钮开关双重方式控水，插卡后按下按钮“开”，水控出水；拿走卡或按下按钮“关”，则停止出水，操作更加人性化和突显节水功能。3、独有节电设计，设备在没有读到卡或没有按键操作情况下自动断电，重新读卡或按键后自动开启。4、配合流量表，可以采用计流量方式扣费，更加科学、公平、合理。5、系统安装简便，用户充值简易方便，可以通过自助充值机和管理中心充值两种方式。6、可以与门禁、消费、考勤等设备实现一
38、卡通无缝连接。3.2.2 远程控制模块本模块主要用于方便用户远程控制水流量的大小即通过MAX485实现与安放在出水端的从机进行通信，由从机控制步进电机实现对水流大小的精确控制，用户端的主机上安装有键盘和液晶显示器，用户通过键盘输入水流大小同时在液晶显示器上显示出来并通过MAX485将数据传输到从机。客户按下反馈键后可在液晶显示屏看到时时水流的大小。3.3 太阳能系统模块 说明：本模块主要通过光敏传感器感应光照的大小来调节太阳能热水器或太阳能电池板的位置来实现对太阳光的最优利用。模块流程图：太阳能设备转动光敏传感器收集数据与上一时刻取得的值比较 反转 正转 大于3.3.1 光敏传感器模块 光传感
39、器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。本模块就是将数个光敏传感器装在太阳能设备的不同位置，然后将采来的数据送入AD模块转换后经单片机处理（均值滤波）后由控制器控制太阳能设备的转向。3.3.2 太阳能设备的电源及驱动模块本设计主要使用的是小型化的太阳能电池板对电源及驱动电路的要求都不高，在此就不一一赘述了。4、可行性及安全性分析 本设计包含很多版本，有家庭版、企业版、简化版。对于家庭版我们只预留了单片处理
40、器与计算机的接口而没将下位机与上位机一起封装起来，这样可降低使用者的经济压力。企业版也可叫做豪华版则是整套完整的设备，用起来稳定性好，可控性能优。简化版则需要人来做很多事，属于半智能设备。对于安全行，我们也做了全面分析，设计中使用了很多隔离电路（比如光耦隔离）保证前后不会相互影响，再者就是一键断电保护，当发生紧急情况时，只需按下紧急键就可将整个系统断电。5、 致谢 首先要感谢共青团中央、中国科协、教育部和全国学联给我们提供了这么好的一个平台来展现自己的才能。 再次要感谢学校教务处的各位老师对我们的大力支持，以及指导老师对我们的悉心指导，在本方案的设计过程中，老师经常询问进度和鼓励我们，使我们有
41、信心面对各种困难和挑战，顺利的完成了智能化节能和产能系统的设计。同时还要感谢在此过程中帮助过我们的老师。在此谨向各位老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。最后要感谢本次大赛的各位评委，能够在百忙之中抽出宝贵的时间，对我们的模型进行评定并提出非常宝贵的改进建议。由于我们技术有限，有很多设计方法对于本题目并不是十分切合，并且走了很多弯路，希望评委老师多多指正，我们会虚心接受并改正。6、 参考文献 1张伟等Protel DXP高级应用M北京. 人民邮电出版社20022童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，20013飞思卡尔HC08/HCS12 系列微控制器开发环境- Codewarrior使用指南4
42、谭浩强C程序设计北京：清华大学出版社，20015 朱卫华. 一种微机与单片机无线串行通信的设计方法. D 南华大学，2002 年8 月.6 邵贝贝单片机嵌入式应用的在线开发方法北京：清华大学出版社，20047 MC9S12XS128 Device User Guide, October 2002 Motorola 8阎石数字电子技术基础北京：高等教育出版社，1998.9王威等.HCS12微控制器原理及应用,北京航空航天大学出版社.2007.10 10边军 刘相华 王国栋 新兴红外加热设备的研制 东北大学学报 （自然科学版）200411郑爱红;周仲 温度控制系统的信号采样放大及A/D转换电路设计期刊论文 -微计算机信息2005（07）12 基于红外加热的恒温控制器的研制 吉林长春,吉林大学,电子科学与工程学院13 罗青海 热电制冷系统热力学优化分析及节能应用和开发 31