CN102625511A - 自升式风光互补太阳能路灯控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自升式风光互补太阳能路灯控制器，该发明主要由升压电路、风机充电电路、充电卸载电路、蓄电池储量检测电路等组成，并能根据功能设置按键设置本控制器的工作状态，通过蓄电池取样电路采样到的信息传送到微处理器PIC的P012脚，来分析判断当前蓄电池的储量状态，使用了PIC微处理器编程本控制器的专用软件，实现了智能控制，本发明不仅可以有效延长不良气候的亮灯时间以及铅酸蓄电池的使用寿命，而且可以提高充电效率和充电质量，降低成本，市场上易于广泛推广。

Description

自升式风光互补太阳能路灯控制器

技术领域

本发明涉及自升式风光互补太阳能路灯控制器。

背景技术

太阳能电池能够在白天接收日照，把光能转换成电能。风力发电机经过风力作用发电，并通过蓄电池充电存储，在夜晚供给太阳能路灯照明。申请号200810058103.8中国发明专利“PWM方式充电的光控定时双路输出太阳能路灯控制器：”，包括由太阳能电池、，蓄电池和灯头组成的充电、照明电路，系统中的太阳能电池通过组合连接的MOS场效应管Q5、Q6与蓄电池同极性端串联，微处理器PLCC-32的PO.0和PO.1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3与对应的MOS场效应管Q7、Q8栅极连接；由四位BCD拔码开关Sl与微处理器PLCC-32的Pl. 5-P1.7端连接来设定太阳能电池光敏度电压，由太阳能电池PV-经电阻R118、R20以电压反馈电路形式与微处理器PLCC-32的P1.1端连接以读取太阳能电池电压，并由微处理器PLCC-32的PO.0或PO.1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3倒相后控制MOS场效应管Q7或Q8栅源电压，组成光控电路；两路路灯开启定时分别由四位BCD拨码开关S2，S3设定，分别输入微处理器PLCC-32的P2. 0-2.3端与P2. 4-2.7端，并由微处理器PLCC-32的PO.0或PO.1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3倒相后控制MOS场效应管Q7或Q8栅源电压。但是，利用四位BCD拨码开关机械设定两路路灯亮灯时间，故无法实现铅酸蓄电池的过放保护，造成铅酸蓄电池严重过放产生硫化，破坏铅酸蓄电池组织结构，降低蓄电池的使用寿命。目前，市面上销售的风光互补太阳能路灯控制器也存在如下缺点：风力发电机风速达不到控制器的充电切入点时，风力发电机运转而不充电，达到切入点时就大功率的强充，这样充电现象无法实现PWM方式充电的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自升式风光互补太阳能路灯控制器，它能充分实现PWM充电方式的目标---微充、强充、浮充的一个循环过程。

本发明的太阳能路灯控制器，包括：

PIC微处理器通过相互对称的单管放大电路倒相后控制MOS场效应管构成的灯源输出控制电路；

PIC微处理器和MOS场效应管构成的蓄电池充电电路；      

由PIC微处理器和MOS场效应管构成的路灯控制电路；                                        

其特征是：                                                                                                      

（1）风力发电机A相B相C相输入端，分别与交流升压变压器B01的初级接线柱L01、L02、L03连接，风力发电机输出13~24V时，继电器K01、K02、K03分别与升压变压器B01的次级接线柱L04、L05、L06相连接，风力发电机输出24V以上升压变压器B01的次级接线柱L04、L05、L06分别与继电器K04、K05、K06相连接，继电器K03、K02、K01分别与整流二极管D001和整流二极管D002，整流二极管D003和整流二极管D004，整流二极管D005和整流二极管D006连接并组成三相整流桥，风力发电机三相交流电与三相整流桥交流输入端相连接，整流二极管D001、整流二极管D003、整流二极管D005的P结端与电路地端蓄电池负级相连接，整流二极管D002，整流二极管D004，整流二极管D006的N结端与D01的P结端连接，经过D01的N结端连接到蓄电池正级，实现充电；风力发电机输出电平在低于蓄电池基础电压（24V）时，控制器识别电路自动控制K4导向升压系统的接线柱L04，接线柱L05、接线柱L06，进行微充充电，风力发电机输出电压超过（24V）时，识别电路自动控制K4切换到强充充电，同时接受公知的PWM充电模式的指令.利用风力发电机充电；

（2）MOS场效应管Q01的漏极与三相整流桥的正N端连接，源极与电阻R01连接入地，栅源与三极管Q02射极连接，电阻R01防止风机瞬间卸载产生的大电流（超过30A）导致MOS场效应管Q01过流击穿，三极管Q02作为MOS场效应管Q01 的复合管，三极管Q02射极连接MOS场效应管Q01的栅源端，集电极接+5V，基极串联电阻R02，吸收PIC微处理器第P93脚所输出的公知的PWM控制信息和卸载信息，电阻R02与PIC微处理器的P93脚连接，三极管Q02与MOS场效应管Q01组成复合功率加强组合，电阻R01、R02、MOS场效应管Q01、三极管Q02组成风机卸载回路，为风机完成执行公知的PWM充电和卸载的控制任务；

（3）变压器B01的接线柱L07接地，接线柱 L08与二极管D03的P结端连接，二极管D03的N结端与L007-1端连接，又通过电阻R009与PIC微处理器的P94脚连接，给PIC微处理器提供风力发电机的发电量信息，经过PIC微处理器分析后给P95脚发出指令，从与P95脚连接的电阻R007进入三极管Q04的基极，三极管Q04控制电磁线圈L007，电磁线圈L007随之控制K4的选址；            

（4）三极管Q03的射极入地，基极串联电阻R011，并连接正5V，又通过电阻R010与PIC微处理器的P012脚连接，形成蓄电池储量的取样放大， 经三极管Q03取样放大后，从集电极串联电阻R010给PIC微处理器的P012脚提供蓄电池准确的储量信息，由PIC微处理器发出指令，使PIC微处理器的P010脚通过电阻R019与太阳能充电系统连接，实现太阳能电池板过充保护，同时又使PIC微处理器的P93脚通过风力发电机卸载系统，实现风力发电机过充卸载功能；                     

（5）功能设置按键K1、K2、K3分别通过电阻R012、R013、R014与PIC微处理器的P03脚、P04脚、P05脚连接来设定太阳能电池光敏度电压，PIC微处理器的P03脚、P04脚、P05脚、P06脚、P07脚、P08脚 、P09脚 、P010脚 分别与电阻R012、R013、R014、R015、R016、R017、R018连接，电阻R012、R013、R014分别与功能设置按键K1、K2、K3连接，电阻R015、R016、R017、R018分别与LED数码管连接，LED数码管功能显示面板显示各个功能的调节指数；         

（6）光源A，B的夜间照明控制方式以自动和手动两种形式：自动即由三极管Q03组成的蓄电池储量检测回路，给PIC微处理器的P012脚提供相应数据，（24V）以上全功率加手动时间设置，（24V）以下至（23V）半功率输出；手动即由功能设置按键K1、K2、K3来设定。

2．根据权利要求1所述的一种自升式风光互补路灯控制器，其特征是所述的K1、K2、K3功能设置按键是按如下方式设定：

a.功能键K1按1下，LED数码管个位闪烁显示 A，十位，百位各显示0，表示进入A光源时间设置，十位、百位显示01—10，按功能键K2数字上升，按功能键K3数字下降，显示光源工作时间；       

b.功能键K1连按2下，LED数码管个位闪烁显示B，进入B光源时间设置；

c.功能键K1连按3下，LED数码管个位闪烁显示C，进入蓄电池储量显示，05以下为过放，05-10分别显示蓄电池正常储量状态；

d.功能键K1连按4下，LED数码管个位闪烁显示E，进入光控输入电压调节，0.1V到1.0V可调，正常调整在0.3V即可；                       

e.功能键K1连按5下，LED数码管个位闪烁显示H，进入设定光源手动与自动调节状态，十位百位显示SD即手动，显示ZD即自动；                              

f.功能键K1连按6下，LED数码管个位闪烁显示0，进入风力发电机手动卸载与自动卸载调节程序，十位、百位显示00为自动卸载，88为手动卸载，各功能设置完成后将本项设置调节至OO状态，2分钟后记忆芯片会自动存储当前设定的系统工作程序。

与现有技术比较，三极管Q03，电阻R009，R010，R011，电容C02，组成蓄电池储量检测电路，蓄电池是整个系统的重要组成部分，对蓄电池的保护也至关重要，所以电路中必须设计有蓄电池俩端电压的检测电路来检测蓄电池电压的大小，通过蓄电池取样电路采样到的信息传送到PIC微处理器的P012脚，来分析判断当前蓄电池的储量状态，使用了单片机和专用软件，实现了智能控制：                                

1、  蓄电池电压28V时，系统过充保护，光源A，B同时工作，即全功率。            

2、  蓄电池电压23.5V时，系统正常充电，光源A开启，B关闭，即半功率。        

3、  蓄电池电压22.2V时，系统过放保护，停止一切功耗，待系统充电，蓄电池储量恢复工作状态，系统自动恢复正常。                       

本发明具有的效果是：

本发明设计的风机低压充电电路不仅可以使风力发电机在低转速下对蓄电池充电，而且可以控制风机在低压充电时以恒定的输入导纳对蓄电池充电，即充电电流和充电电压成正比。根据不同的风力发电机特性，该输入导纳可以通过PIC微处理器程序自动识别。另外，为了风力发电机能正常启动，本低压充电电路通过PIC微处理器程序自动识别控制风机起始升压充电，只有风机电压大于该风机充电切入点电压时，风机才会给蓄电池充电。由于风力发电机在低转速时能量较小，所以低转速时充电电流不宜过大。

本发明不仅可以有效延长不良气候的亮灯时间以及铅酸蓄电池的使用寿命，而且可以提高充电效率和充电质量，降低成本，市场上易于广泛推广。

附图说明

图1是本发明自升式风光互补路灯控制器的电路原理图，其中PIC微处理器为STC12C5408AD，B１升压变压器使用７吋环型硅钢片铁芯L01,L０２，L０３初级线圈为０９Φ三组同绕245圈，L4，L5，L6，次级线圈06Φ三组同绕452圈L07，L08取样线圈015Φ245圈。D03；N106，C01；220UF/60V，R008；600Ω，继电器；TXK16-6K，L007；线圈电阻值200Ω，Q04；9012，R007；220Ω，R000；1K，三相整流桥；A-60AC，D03；AN6006，Q01；IRfP640，R01；2Ω/300W，Q02；9012，R02；220Ω，Q003；9012，R009；200Ω，R011：10K，R010；1K，三位LED数码管；R012；1K，R013；1K，R014；1K，R016；680Ω，R017；680Ω，R018；680Ω。

图2是本发明自升式风光互补路灯控制器的控制流程图。

具体实施方式                                                                                                                       

以下结合附图对本发明作进一步说明，但不是对本发明的限制。              

如图1，本发明的风力发电机A相B相C相输入端，分别与交流升压变压器B01的初级接线柱L01、L02、L03连接，风力发电机输出13~24V时，继电器K01、K02、K03分别与升压变压器B01的次级接线柱L04、L05、L06相连接，风力发电机输出24V以上升压变压器B01的次级接线柱L04、L05、L06分别与继电器K04、K05、K06相连接，继电器K03、K02、K01分别与整流二极管D001、D002、D003、D004、D005、D006连接并组成三相整流桥，风力发电机三相交流电与三相整流桥交流输入端相连接，整流二极管D001、D003、D005的P结端与电路地端蓄电池负级相连接，整流二极管D002、 D004、D006的N结端与D01的P结端连接，经过D01的N结端连接到蓄电池正级，实现充电；风力发电机输出电平在低于蓄电池基础电压（24V）时，控制器识别电路自动控制K4导向升压系统的接线柱L04、L05、L06，进行微风低电平升压充电，风力发电机输出电压超过（24V）时，识别电路自动控制K4切换到强风高电平充电，同时接受公知的PWM充电模式的指令.利用风力发电机充电；

MOS场效应管Q01的漏极与三相整流桥的正N端连接，源极与电阻R01连接入地，栅源与三极管Q02射极连接，电阻R01防止风机瞬间卸载产生的大电流（超过30A）导致MOS场效应管Q01过流击穿，三极管Q02作为MOS场效应管Q01 的复合管，三极管Q02射极连接MOS场效应管Q01的栅源端，集电极接+5V，基极串联电阻R02，吸收PIC微处理器第P93脚所输出的公知的PWM控制信息和卸载信息，电阻R02与PIC微处理器的P93脚连接，三极管Q02与MOS场效应管Q01组成复合功率加强组合，电阻R01、R02、MOS场效应管Q01、三极管Q02组成风机卸载回路，为风机完成执行公知的PWM充电和卸载的控制任务；

变压器B01的接线柱L07接地，接线柱 L08与二极管D03的P结端连接，二极管D03的N结端与L007-1端连接，又通过电阻R009与PIC微处理器的P94脚连接，给PIC微处理器提供风力发电机的发电量信息，经过PIC微处理器分析后给P95脚发出指令，从与P95脚连接的电阻R007进入三极管Q04的基极，三极管Q04控制电磁线圈L007，电磁线圈L007随之控制K4的选址；            

三极管Q03的射极入地，基极串联电阻R011，并连接正5V，又通过电阻R010与PIC微处理器的P012脚连接，形成蓄电池储量的取样放大， 经三极管Q03取样放大后，从集电极串联电阻R010给PIC微处理器的P012脚提供蓄电池准确的储量信息，由PIC微处理器发出指令，使PIC微处理器的P010脚通过电阻R019与太阳能充电系统连接，实现太阳能电池板过充保护，同时又使PIC微处理器的P93脚通过风力发电机卸载系统，实现风力发电机过充卸载功能；                  

功能设置按键K1、K2、K3分别通过电阻R012、R013、R014与PIC微处理器的P03脚、P04脚、P05脚连接来设定太阳能电池光敏度电压，PIC微处理器的P03脚、P04脚、P05脚、P06脚、P07脚、P08脚 、P09脚 、P010脚 分别与电阻R012、R013、R014、R015、R016、R017、R018连接，电阻R012、R013、R014分别与功能设置按键K1、K2、K3连接，电阻R015、R016、R017、R018分别与LED数码管连接，LED数码管功能显示面板显示各个功能设定的指数；           

光源A，B的夜间照明控制方式以自动和手动两种形式：自动即由三极管Q03组成的蓄电池储量检测回路，给PIC微处理器的P012脚提供当前的蓄电池储量数据，蓄电池电压（24V）以上全功率加手动时间设置，（24V）以下至（23V）半功率输出；手动即由功能设置按键K1、K2、K3来设定。

所述的K1、K2、K3功能设置按键是按如下方式设定：

a.功能键K1按1下，LED数码管个位闪烁显示 A，十位，百位各显示0，表示进入A光源时间设置，十位、百位显示01—10，按功能键K2数字上升，按功能键K3数字下降，显示光源工作时间；       

b.功能键K1连按2下，LED数码管个位闪烁显示B，进入B光源时间设置；

c.功能键K1连按3下，LED数码管个位闪烁显示C，进入蓄电池储量显示，05以下为过放，05-10分别显示蓄电池正常储量状态；

d.功能键K1连按4下，LED数码管个位闪烁显示E，进入光控输入电压调节，0.1V到1.0V可调，正常调整在0.3V即可；                       

e.功能键K1连按5下，LED数码管个位闪烁显示H，进入设定光源手动与自动调节状态，十位百位显示SD即手动，显示ZD即自动；                              

f.功能键K1连按6下，LED数码管个位闪烁显示0，进入风力发电机手动卸载与自动卸载调节程序，十位、百位显示00为自动卸载，88为手动卸载，各功能设置完成后将本项设置调节至OO状态，2分钟后记忆芯片会自动记忆存储当前设定的系统工作程序。

风力发电机配合太阳能电池板为太阳能路灯蓄电池提供充电；是预防阳光照度不足，太阳板达不到充电效果而设计的。正常情况下；风和日丽阳光明媚时有太阳没有风是用太阳板提供充电；阴雨天时没有阳光有风，就利用风力发电机提供充电。                                          

经长期检测各厂家的风力发电机的微风启动方式，发现在2~3M左右的风速情况下，只有8~24V左右电压输出，达不到充电效果，因此设计了升压式充电控制电路，可以从8~18V的电压直接提升到蓄电池充电切入点电压24V~28V，有效提高微风充电的效果，有效利用风力资源。

使用本发明的控制器时，只要按如上设置方式操作即可。                                      

以上是本发明的实施方式，凡依上述构思所作的相类似改变，理应属于本发明的涵盖内容。 

Claims (2)

1.一种自升式风光互补路灯控制器，包括；

微处理器PIC通过相互对称的单管放大电路倒相后控制MOS场效应管构成的灯源输出控制电路；

微处理器PIC和MOS场效应管构成的蓄电池充电电路； 

由微处理器PIC和MOS场效应管构成的路灯控制电路；               

其特征是：                                                  

（1）风力发电机A相B相C相输入端，分别与交流升压变压器B01的初级接线柱L01、L02、L03连接，风力发电机输出13~24V时，继电器K01、K02、K03分别与升压变压器B01的次级接线柱L04、L05、L06相连接，风力发电机输出24V以上升压变压器B01的次级接线柱L04、L05、L06分别与继电器K04、K05、K06相连接，继电器K03、K02、K01分别与整流二极管D001、D002、D003、D004、D005、D006连接并组成三相整流桥，风力发电机三相交流电与三相整流桥交流输入端相连接，整流二极管D001、D003、D005的P结端与电路地端蓄电池负级相连接，整流二极管D002 、D004、D006的N结端与D01的P结端连接，经过D01的N结端连接到蓄电池正级，实现充电；风力发电机输出电平在低于蓄电池基础电压（24V）时，控制器识别电路自动控制K4导向升压系统的接线柱L04、L05、、L06，进行微风低电平升压充电，风力发电机输出电压超过（24V）时，识别电路自动控制K4切换到强风高电平充电，同时接受公知的PWM充电模式的指令.利用风力发电机充电；

（2）MOS场效应管Q01的漏极与三相整流桥的正N端连接，源极与电阻R01连接入地，栅源与三极管Q02射极连接，电阻R01防止风机瞬间卸载产生的大电流（超过30A）导致MOS场效应管Q01过流击穿，三极管Q02作为MOS场效应管Q01 的复合管，三极管Q02射极连接MOS场效应管Q01的栅源端，集电极接+5V，基极串联电阻R02，吸收微处理器PIC第P93脚所输出的公知的PWM控制信息和卸载信息，电阻R02与微处理器PIC的P93脚连接，三极管Q02与MOS场效应管Q01组成复合功率加强组合，电阻R01、R02、MOS场效应管Q01、三极管Q02组成风机卸载回路，为风机完成执行公知的PWM充电和卸载的控制任务；

（3）变压器B01的接线柱L07接地，接线柱 L08与二极管D03的P结端连接，二极管D03的N结端与L007-1端连接，又通过电阻R009与微处理器PIC的P94脚连接，给微处理器PIC提供风力发电机的发电量信息，经过微处理器PIC分析后给P95脚发出指令，从与P95脚连接的电阻R007进入三极管Q04的基极，三极管Q04控制电磁线圈L007，电磁线圈L007随之控制K4的选址；      

（4）三极管Q03的射极入地，基极串联电阻R011，并连接正5V，又通过电阻R010与微处理器PIC的P012脚连接，形成蓄电池储量的取样放大，经三极管Q03取样放大后，从集电极串联电阻R010给微处理器PIC的P012脚提供蓄电池准确的储量信息，由微处理器PIC发出指令，使微处理器PIC的P010脚通过电阻R019与太阳能充电系统连接，实现太阳能电池板过充保护，同时又使微处理器PIC的P93脚通过风力发电机卸载系统，实现风力发电机过充卸载功能；        

（5）功能设置按键K1、K2、K3分别通过电阻R012、R013、R014与微处理器PIC的P03脚、P04脚、P05脚连接来设定太阳能电池光敏度电压，微处理器PIC的P03脚、P04脚、P05脚、P06脚、P07脚、P08脚 、P09脚 、P010脚 分别与电阻R012、R013、R014、R015、R016、R017、R018连接，电阻R012、R013、R014分别与功能设置按键K1、K2、K3连接，电阻R015、R016、R017、R018分别与LED数码管连接，LED数码管功能显示面板显示各个功能设定的指数；       

（6）光源A，B的夜间照明控制方式以自动和手动两种形式：自动即由三极管Q03组成的蓄电池储量检测回路，给微处理器PIC的P012脚提供当前的蓄电池储量数据，蓄电池电压（24V）以上全功率加手动时间设置，（24V）以下至（23V）半功率输出；手动即由功能设置按键K1、K2、K3来设定。

2.根据权利要求1所述的一种自升式风光互补路灯控制器，其特征是所述的K1、K2、K3功能设置按键是按如下方式设定：

a.功能键K1按1下，LED数码管个位闪烁显示 A   ，十位，百位各显示0，表示进入A光源时间设置，十位、百位显示01—10，按功能键K2数字上升，按功能键K3数字下降，显示光源工作时间；    

b.功能键K1连按2下，LED数码管个位闪烁显示B，进入B光源时间设置；

c.功能键K1连按3下，LED数码管个位闪烁显示C，进入蓄电池储量显示，05以下为过放，05-10分别显示蓄电池正常储量状态；

d.功能键K1连按4下，LED数码管个位闪烁显示E，进入光控输入电压调节，0.1V到1.0V可调，正常调整在0.3V即可；            

e.功能键K1连按5下，LED数码管个位闪烁显示H，进入设定光源手动与自动调节状态，十位百位显示SD即手动，显示ZD即自动；                

f.功能键K1连按6下，LED数码管个位闪烁显示0，进入风力发电机手动卸载与自动卸载调节程序，十位、百位显示00为自动卸载，88为手动卸载，各功能设置完成后将本项设置调节至OO状态，2分钟后记忆芯片会自动记忆存储当前设定的系统工作程序。

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