CN103889122B - 一种太阳能路灯的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能路灯的控制系统，太阳能路灯包括太阳能电池板以及发光负载；控制系统包括主控制单元、时钟单元、电源单元、驱动单元以及充放电控制单元；其中，主控制单元分别与时钟单元、电源单元以及发光负载连接，太阳能电池板、充放电控制单元以及电源单元依次连接。本发明具有以下有益效果：通过单片机控制驱动单元，而非蓄电池直接驱动发光负载，能够同时实现更多的控制功能，且具有更好的控制效果；能够根据当前时间以及实时的光照强度智能控制发光负载的开关，控制方式更加智能；对电源单元做了改进，设计了全新的防过充电路和防过放电路，同时利用防过放电路控制蓄电池与备用电源之间的切换，简化了电路。

Description

一种太阳能路灯的控制系统

技术领域

本发明属于太阳能路灯技术领域，具体涉及一种太阳能路灯的控制系统。

背景技术

随着太阳电池转换效率和生产技术的不断提高，太阳能光伏发电的应用越来越广泛，在照明领域，太阳能路灯作为光伏发电系统在国内的主要应用模式，被越来越多的所认识并接受。近年来，随着我国城市建设规模的不断扩大和建设水平的不断提高，我国城市的路灯总数以每年约20%的平均速度递增，全国数千万盏路灯的节电问题已引起政府部门的关注。在能源日趋紧张、电力供应持续紧张的今天，低效、高耗的传统城市照明已成为节能降耗的重要领域。随着太阳能发电技术的不断发展，太阳能路灯以环保、节能等优势成为城市道路照明行业的新宠，市场潜力巨大。

现有的太阳能路灯控制系统的控制功能单一且控制效果一般，不能充分发挥太阳能路灯节能环保的优势，因此，有必要提供一种新的太阳能路灯控制系统，能实现更多的控制功能，且具有成本低廉和高集成化的优点。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种新型的太阳能路灯的控制系统，具体的技术方案如下：

一种太阳能路灯的控制系统，太阳能路灯包括太阳能电池板以及发光负载；控制系统包括主控制单元、时钟单元、电源单元、驱动单元以及充放电控制单元；其中，主控制单元分别与时钟单元、电源单元以及驱动单元连接，太阳能电池板、充放电控制单元以及电源单元依次连接，驱动单元与发光负载连接，电源单元向发光负载供电；

充放电控制单元包括充电电路、防过充电路以及防过放电路；其中，充电电路用于实现太阳能电池板向电源单元充电；电源单元包括蓄电池组以及电源电路；其中，蓄电池组与充电电路连接，进行充电，并输出直流电压；电源电路用于将蓄电池组输出的直流电压转化为适应于主控制单元的控制电压，为主控制单元供电；

时钟单元用于向主控制单元提供当前时间；主控制单元用于根据预存的开灯时间范围对当前时间进行判断，决定是否驱动控制发光负载发光。

作为优化方案，控制系统还包括与主控制单元连接的光线检测单元，光线检测单元用于对周围环境的光照度进行实时检测，并发送相应的光照控制信号给主控制单元；主控制单元根据光照控制信号决定是否控制驱动单元驱动发光负载发光。

作为优化方案，电源单元还包括市电转换电路，市电转换电路对220V市电进行转换，输出直流电压；防过放电路控制电源电路接入蓄电池输出的直流电压组或市电转换电路输出的直流电压组。

作为优化方案，主控制单元包括一型号为89C52的主控制芯片；主控制芯片的引脚P1.0-P1.2用于接收来自时钟单元的当前时间，主控制芯片的引脚P2.7用于接收来自光线检测单元的光照控制信号，主控制芯片的引脚P0.0-P0.7用于接入驱动单元。

作为优化方案，时钟单元包括一型号为DS1302的时钟芯片，时钟芯片的引脚SCLK、引脚I/O和引脚CE分别与主控制芯片的引脚P1.0-P1.2连接，用于输出当前时间。

作为优化方案，光线检测单元包括由光敏电阻和滑动变阻器串联组成的分压电路以及反相器，反相器的输出端与主控制芯片的引脚P2.7连接。

作为优化方案，驱动单元包括由8个型号为PT4115的驱动芯片所组成的驱动电路；发光负载包括若干小功率LED。

作为优化方案，充电电路包括依次连接的脉冲信号模块、充电开关模块以及充电模块，脉冲信号模块和充电开关模块分别与太阳能电池板连接，充电模块与蓄电池组连接。

作为优化方案，防过充电路包括依次连接的充电电压取样模块、充电电压比较模块以及防过充开关模块，充电电压取样模块、充电电压比较模块以及防过充开关模块分别与蓄电池组连接。

作为优化方案，防过放电路包括依次连接的放电电压比较模块、防过放开关模块以及继电器，放电电压比较模块和继电器分别与蓄电池组连接，继电器的通断决定蓄电池组是否放电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）通过单片机控制驱动单元，而非蓄电池直接驱动发光负载，能够同时实现更多的控制功能，且具有更好的控制效果；

（2）能够根据当前时间以及实时的光照强度智能控制发光负载的开关，控制方式更加智能；

（3）对电源单元做了改进，设计了全新的防过充电路和防过放电路，同时利用防过放电路控制蓄电池与备用电源之间的切换，简化了电路。

附图说明

图1为本发明的总体结构框图；

图2为主控制单元的电路原理图；

图3为时钟单元的电路原理图；

图4为光线检测单元的电路原理图；

图5为充电电路的电路原理图；

图6为防过充电路的电路原理图；

图7为防过放电路的电路原理图；

图8为市电转换电路的电路原理图；

图9为电源电路的电路原理图；

图10为驱动单元及发光负载的电路原理图。

上图中序号为：1-主控制单元、2-时钟单元、3-电源单元、4-充放电控制单元、5-光线检测单元、6-太阳能电池板、7-发光负载、8-驱动单元。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例1：

本实施例公开了一种太阳能路灯的控制系统，太阳能路灯包括太阳能电池板6以及发光负载7。如图1所示，控制系统包括主控制单元1、时钟单元2、电源单元3、光线检测单元5以及充放电控制单元4；其中，主控制单元1分别与时钟单元2、光线检测单元5、电源单元3以及驱动单元8连接，太阳能电池板6、充放电控制单元4以及电源单元3依次连接；驱动单元8与发光负载7连接，电源单元3为发光负载7供电。

充放电控制单元4包括充电电路、防过充电路以及防过放电路；其中，充电电路用于实现太阳能电池板6向电源单元3充电。电源单元3包括蓄电池组、市电转换电路以及电源电路。其中，蓄电池组与充电电路连接，由充电电路实现太阳能电池板6向蓄电池组进行充电，蓄电池组放电时输出直流电压。市电转换电路用于将220V市电转换为与蓄电池组输出相同的直流电源做为备用电源。电源电路用于将蓄电池组或市电转换电路输出的直流电压转化为适应于主控制单元1的控制电压，为主控制单元1供电。在本实施例中，蓄电池输出的直流电压为12V，而电源电路将12V的直流电压转换为5V输出。

时钟单元2用于向主控制单元1提供当前时间；主控制单元1用于根据预存的开灯时间范围对当前时间进行判断，决定是否驱动发光负载7。开灯时间范围为一个预设的时间区间，根据时钟单元2提供的当前时间进行判断，若当前时间落入开灯时间范围则由主控制单元1控制驱动单元8点亮发光负载7，否则控制驱动单元8熄灭发光负载7。上述判断和控制过程由主控制单元1的单片机中运行的软件完成。光线检测单元5用于对周围环境的光照度进行实时检测，并发送相应的光照控制信号给主控制单元1；主控制单元1根据光照控制信号决定是否控制驱动单元8驱动发光负载7。

如图2所示，在本实施例中，主控制单元1包括一型号为89C52的主控制芯片（对应于图2中的U2）；主控制芯片U2的引脚P1.0-P1.2用于接收来自时钟单元2的当前时间，主控制芯片U2的引脚P2.7用于接收来自光线检测单元5的光照控制信号，主控制芯片U2的引脚P0.0-P0.7用于接入驱动单元8。在本发明中，驱动单元8由主控制芯片U2直接控制，而非蓄电池组直接驱动，控制效果更好，且能够实现同时考虑当前时间和实时光照强度的因素，对发光负载7的工作进行控制。由图2可见主控制芯片U2还有很多富余的引脚未使用，可以进一步扩展其他控制功能，具有很好的易扩展性，且大大简化了控制电路。

如图3所示，在本实施例中，时钟单元2包括一型号为DS1302的时钟芯片（对应于图3中的U1），时钟芯片U1的引脚SCLK、引脚I/O和引脚CE分别与主控制芯片U2的引脚P1.0-P1.2连接，用于输出当前时间。本发明采用外接时钟单元的方式，相对于使用主控制芯片U2自身的时钟电路，能够获取到更准确的时间值。在本实施例中，为时钟芯片U1提供了两种供电方式，主供电采用电源电路输出的5V电源，而另外接入一备用电源（对应于图3中的BT1）。

如图4所示，在本实施例中，光线检测单元5包括由光敏电阻（对应于图4中的RP1）和滑动变阻器（对应于图4中的R3）串联组成的分压电路以及反相器（对应于图4中的U3A），反相器U3A的输出端与主控制芯片U2的引脚P2.7连接。光线检测单元5用于检测周围环境的光照强度是否应该开关路灯，主要利用光敏电阻RP1的感光特性进行工作。当外界光照射到光敏电阻RP1时，光敏电阻RP1的阻值降低，反向输入端电压随之降低，当低于反相器U3A的门槛电压时，反相器U3A发生翻转，输出一高电平到主控制芯片U2的引脚P2.7，控制主控制芯片U2将发光负载关闭；当外界光线较弱或无光照时，由于光敏电阻RP1的暗电阻很大，反向输入端电压较高，使得反相器U3A输出为低电平，控制主控制芯片U2将发光负载开启。这里反相器U3A向主控制芯片U2的引脚P2.7发送的高低电平信号即为前文所述的光照控制信号。

如图5所示，在本实施例中，充电电路包括依次连接的脉冲信号模块、充电开关模块以及充电模块，脉冲信号模块和充电开关模块分别与太阳能电池板6连接，充电模块与蓄电池组连接。其中脉冲信号模块包括第一运算放大器（对应于图5中的IC1A），充电开关模块包括第一三极管（对应于图5中的T1），充电模块包括充电电感（对应于图5中的L1）。第一运算放大器IC1A的同相输入端接入太阳能电池板6（对应于图5中的P1），第一运算放大器IC1A的反相输入端接地；第一运算放大器IC1A输出脉冲信号到第一三极管T1的基极。第一三极管T1的发射极与太阳能电池板6P1连接，第一三极管T1的集电极与充电电感L1的一端连接，充电电感L1的另一端与蓄电池组（对应于图5中的P2）的正极连接；脉冲信号控制第一三极管T1不间断导通，第一三极管T1的不间断导通控制充电电感L1不间断对蓄电池组P2充电。在本实施中，充电电感L1与蓄电池组P2的正极之间串联了一肖特基二极管D2，该肖特基二极管D2用于防止反充电；相对于使用普通二极管，肖特基二极管的压降比更低，防止反充电效果更好；此外，也可以将肖特基二极管D2替换为三极管，三极管的压降比更低，但是控制电路会比较复杂。以上采用肖特基二极管D2的技术特征仅为一个较佳的实施方式，可根据实际情况进行变化，本发明对此不做限制。

如图6所示，在本实施例中，防过充电路包括依次连接的充电电压取样模块、充电电压比较模块以及防过充开关模块，充电电压取样模块、充电电压比较模块以及防过充开关模块分别与蓄电池组连接。在本实施例中，充电电压取样模块包括一滑动变阻器（对应于图6中的R5），充电电压比较模块包括第二运算放大器（对应于图6中的IC2A），防过充开关模块包括第二三极管（对应于图6中的T4）；滑动变阻器R5用于对充电电压进行采样，再将采样的电压送入第二运算放大器IC2A；第二运算放大器IC2A在这里作为比较器，用于比较充电电压，控制第二三极管T4的通断；第二三极管T4的通断会影响第一运算放大器IC1A的同相输入，进而控制第一运算放大器IC1A输出的脉冲信号，防止过充电的情况。

如图7所示，在本实施例中，防过放电路包括依次连接的放电电压比较模块、防过放开关模块以及继电器，放电电压比较模块和继电器分别与蓄电池组连接，继电器的通断决定蓄电池组是否放电。放电电压比较模块包括第三运算放大器（对应于图7中的IC3A），防过放开关模块包括第三三极管（对应于图7中的T3）。继电器JD的线圈串联在蓄电池组的正极与第三三极管T3的集电极之间，继电器JD包括一组转换型的触点组，该触点组共包括三个触点，其中，一个触点为动触点，其他两个触点为静触点；动触点与一个静触点组成一对常闭触点，动触点与另一个静触点组成一对常开触点。在本实施例中，动触点与电源电路的正极连接，一个静触点与蓄电池组的正极连接，另一个静触点与市电转换电路连接；也就是说，常闭触点串联在蓄电池组的正极与电源电路之间，常开触点串联在电源电路与市电转换电路之间。第三运算放大器IC3A在这里起比较作用，控制第三三极管T3的通断；第三三极管T3的通断决定继电器JD的常闭触点的通断。在蓄电池组正常放电过程中，第三三极管T3未导通，继电器JD的线圈未通电，常闭触点将蓄电池组与电源电路接通，蓄电池组向电源电路放电；蓄电池组内部储存的电量放完时，第三运算放大器IC3A的正端电压高于负端电压，第三三极管T3导通，使得继电器JD的常闭触点断开，切换到常开触点，蓄电池组被断开，不再放电，而将市电转换电路接通到电源电路，既能防止蓄电池的防过放，又能将市电转换电路输出的12V直流电源做为备用电源，保证供电不间断。由此可见，防过放电路控制电源电路接入蓄电池输出的直流电压组或市电转换电路输出的直流电压组，不仅能有效防止过放电的发生，还实现备用电源的切换，大大简化了电路，成本低廉，易于推广。

如图8所示，在本实施例中，市电转换电路包括变压器TRANS1、电桥BR1以及稳压器7812等元器件。220V的市电接入变压器TRANS1进行降压，电桥BR1再将降压后的交流电转换为直流电，直流电经由稳压器7812等元器件组成的稳压电路，输出12V的直流电压。

如图9所示，在本实施例中，电源电路包括稳压器7805，通过由稳压器7805组成的稳压电路，将12V的直流电转换为5V的直流电压输出。

如图10所示，在本实施例中，驱动单元8包括8个型号为PT4115的驱动芯片，发光负载7包括8组LED灯组，每组由4个小功率LED灯串联而成，但LED的数量不限于此，可根据实际需要进行调整。（驱动单元及发光负载共有8组，图10中画出了其中的两组，其余的略去）结合图2可以看出，8个LED驱动芯片PT4115分别通过排阻PR1接入到主控制芯片U2的引脚P0.0-P0.7，由主控制芯片U2控制LED驱动芯片PT4115从而控制LED灯的开关，PT4115能将直流电压直接转换成稳定的恒流输出，DIM调光采用由高向低调光，安全可靠，PWM和模拟电压均可。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种太阳能路灯的控制系统，所述太阳能路灯包括太阳能电池板以及发光负载；其特征在于，所述控制系统包括主控制单元、时钟单元、电源单元、驱动单元以及充放电控制单元；其中，所述主控制单元分别与所述时钟单元、所述电源单元以及所述驱动单元连接，所述太阳能电池板、所述充放电控制单元以及所述电源单元依次连接，所述驱动单元与发光负载连接，所述电源单元向所述发光负载供电；

所述充放电控制单元包括充电电路、防过充电路以及防过放电路；其中，所述充电电路用于实现所述太阳能电池板向所述电源单元充电；所述电源单元包括蓄电池组以及电源电路；其中，所述蓄电池组与所述充电电路连接，进行充电，并输出直流电压；所述电源电路用于将所述蓄电池组输出的直流电压转化为适应于所述主控制单元的控制电压，为所述主控制单元供电；

所述时钟单元用于向所述主控制单元提供当前时间；所述主控制单元用于根据预存的开灯时间范围对当前时间进行判断，决定是否驱动控制发光负载发光；

所述防过放电路包括依次连接的放电电压比较模块、防过放开关模块以及继电器，所述放电电压比较模块和所述继电器分别与所述蓄电池组连接，所述继电器的通断决定所述蓄电池组是否放电；

放电电压比较模块包括第三运算放大器(IC3A)，防过放开关模块包括第三三极管(T3)；继电器(JD)的线圈串联在蓄电池组的正极与第三三极管(T3)的集电极之间，继电器(JD)包括一组转换型的触点组，该触点组共包括三个触点，其中，一个触点为动触点，其他两个触点为静触点；动触点与一个静触点组成一对常闭触点，动触点与另一个静触点组成一对常开触点；动触点与电源电路的正极连接，一个静触点与蓄电池组的正极连接，另一个静触点与市电转换电路连接；常闭触点串联在蓄电池组的正极与电源电路之间，常开触点串联在电源电路与市电转换电路之间；第三运算放大器(IC3A)在这里起比较作用，控制第三三极管(T3)的通断；第三三极管(T3)的通断决定继电器(JD)的常闭触点的通断；在蓄电池组正常放电过程中，第三三极管(T3)未导通，继电器(JD)的线圈未通电，常闭触点将蓄电池组与电源电路接通，蓄电池组向电源电路放电；蓄电池组内部储存的电量放完时，第三运算放大器(IC3A)的正端电压高于负端电压，第三三极管(T3)导通，使得继电器(JD)的常闭触点断开，切换到常开触点，蓄电池组被断开，不再放电，而将市电转换电路接通到电源电路。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，还包括与所述主控制单元连接的光线检测单元，所述光线检测单元用于对周围环境的光照度进行实时检测，并发送相应的光照控制信号给所述主控制单元；所述主控制单元根据所述光照控制信号决定是否控制驱动单元驱动发光负载发光。

3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述电源单元还包括市电转换电路，所述市电转换电路对220V市电进行转换，输出直流电压；所述防过放电路控制所述电源电路接入所述蓄电池输出的直流电压组或所述市电转换电路输出的直流电压组。

4.根据权利要求2所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述主控制单元包括一型号为89C52的主控制芯片；所述主控制芯片的引脚P1.0-P1.2用于接收来自所述时钟单元的当前时间，所述主控制芯片的引脚P2.7用于接收来自所述光线检测单元的光照控制信号，所述主控制芯片的引脚P0.0-P0.7用于接入所述驱动单元。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述时钟单元包括一型号为DS1302的时钟芯片，所述时钟芯片的引脚SCLK、引脚I/O和引脚CE分别与所述主控制芯片的引脚P1.0-P1.2连接，用于输出当前时间。

6.根据权利要求4所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述光线检测单元包括由光敏电阻和滑动变阻器串联组成的分压电路以及反相器，反相器的输出端与所述主控制芯片的引脚P2.7连接。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括由8个型号为PT4115的驱动芯片所组成的驱动电路；所述发光负载包括若干小功率LED。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述充电电路包括依次连接的脉冲信号模块、充电开关模块以及充电模块，所述脉冲信号模块和所述充电开关模块分别与所述太阳能电池板连接，所述充电模块与所述蓄电池组连接。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述防过充电路包括依次连接的充电电压取样模块、充电电压比较模块以及防过充开关模块，所述充电电压取样模块、所述充电电压比较模块以及所述防过充开关模块分别与所述蓄电池组连接。