CN104806962A - 一种太阳能led路灯装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能LED路灯装置及其控制方法，一方面使用了太阳能电池板收集太阳能作为LED路灯能源，具有可再生、环保的优势；另一方面使用智能控制器对蓄电池及负载进行了有效的管理，提高了太阳能电池板的使用效率，延长了蓄电池的使用寿命。

Description

一种太阳能LED路灯装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能LED路灯装置及其控制方法。
背景技术
随着经济的发展，我国在照明用电范围将大幅度提高，例如绿地照明、公路照明、广告灯箱照明、城市造型景观照明及家具照明等，都需要用到照明设备。传统的照明设备使用煤、石油和天然气作为照明能源，但是这些能源具有非环保、不可再生以及成本高的本质特点，不符合我国可持续发展战略的宗旨。同时，传统的普通LED路灯也存在安装复杂、使用寿命短、容易被盗窃的缺点。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明采用太阳能作为照明能源，提供一种太阳能LED路灯装置及其控制方法，以解决现有普通LED路灯非环保、安装复杂、使用寿命短、能源紧缺的问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种太阳能LED路灯装置，所述太阳能LED路灯装置包括一太阳能LED路灯装置本体，及设置在所述太阳能LED路灯装置本体内的硬件电路板，其中，在所述硬件电路板上设置有：
用于采集太阳能，将所述太阳能转换为电能并进行存储的太阳能模块；
用于将所述电能进行输出显示的输出显示模块；
用于对所述输出的电能进行控制与检测的负载控制检测模块；
用于接收并处理键盘输入值的键盘输入模块；
用于实现外部输入参数、电压采集与负载管理、工作状态指示的智能控制模块；
所述太阳能模块连接智能控制模块和负载控制检测模块，所述智能控制模块连接输出显示模块、负载控制检测模块和键盘输入模块。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述太阳能模块包括太阳能电池板电压采集电路和蓄电池电压采集电路；所述太阳能电池板电压采集电路用于将所接收到的太阳能转换为电能，所述蓄电池电压采集电路用于将转换后的电能进行存储并为负载控制检测模块提供电能。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述负载控制检测模块包括第一负载保护电路和第二负载保护电路；所述第一负载保护电路包括第一电阻R7、运算放大器LM358、以及比较器LM393，所述第一电阻R7采用阻值为0.01Ω，过流能力在10A以上的康铜丝；运算放大器LM358的输出接口连接智能控制模块的A/D转换引脚P1.7，用于过流信号识别；所述第二负载保护电路通过电子保险丝实现电路过流保护功能。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述运算放大器LM358的输出接口连接智能控制模块的A/D转换引脚P1.7，用于识别过流信号，具体包括：
短路电流整定为10A，响应时间为毫秒数量级；
若电流超过额定电流20%并维持30s以上时，确认为过流。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述智能控制模块包括一单片机；所述单片机的两位P3引脚连接键盘输入模块，用于工作模式参数的设置；所述单片机包括4通道微控制器PWM，所述微控制器PWM引脚连接太阳能模块，用于对蓄电池进行开路及过充保护。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述单片机为STC12C5410AD单片机的两位P3引脚连接键盘输入模块，具体包括：
T0/P3.4引脚连接F1键，用于实现状态识别及参数设置功能；
T1/P3.5引脚连接F2键，用于实现自检及加1功能。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述微控制器PWM对蓄电池进行开路保护，具体包括：
若所述太阳能电池板正常充电，所述微控制器PWM关断负载；
若在夜间或太阳能电池板不能正常充电，所述微控制器PWM无任何操作。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述微控制器PWM对蓄电池进行过充保护，具体用于：
若蓄电池充电电压高于保护电压15V时，自动关断对蓄电池的充电；
若蓄电池充电电压大于维护电压13.2V且低于保护电压15V时，蓄电池进入浮充状态；
若蓄电池充电电压大于保护电压11V且低于维护电压13.2V时，关闭浮充，进入均充状态；
若蓄电池电压低于保护电压11V时，控制器自动关闭负载开关。
所述的太阳能LED路灯装置，其中，所述太阳能模块还包括：
与所述蓄电池连接的所述太阳能电池板，由多个光伏材料串并联组成，所述太阳能电池片上设置有一吸收释放设备，用于通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学直接或间接转换成电能；
所述吸收释放设备为相互依附的双层结构，所述吸收释放设备上层为碳纳米管，所述吸收释放设备为光子晶体，用于提高太阳光的光子的能及与光伏材料带隙的能及匹配率从而提高太阳光的利用率。
所述的太阳能LED路灯装置的控制方法，其中，所述太阳能电池板为多个太阳能电池板依次排列形成 
本发明提供的一种太阳能LED路灯装置及其控制方法，一方面使用了太阳能电池板收集太阳能作为LED路灯能源，具有可再生、环保的优势；另一方面使用智能控制器对蓄电池及负载进行了有效的管理，提高了太阳能电池板的使用效率，延长了蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明太阳能LED路灯装置结构框图。
图2是本发明太阳能LED路灯装置智能控制模块的电路图。
图3是本发明太阳能LED路灯装置负载控制检测模块的电路图。
图4是本发明太阳能LED路灯装置总体电路图。
图5是本发明太阳能LED路灯装置键盘输入处理程序流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种太阳能LED路灯装置，所述太阳能LED路灯装置包括一太阳能LED路灯装置本体，及设置在所述太阳能LED路灯装置本体内的硬件电路板，所述硬件电路板是以STC12C5410AD单片机为核心，外围电路主要由太阳能模块、负载控制检测模块、输出显示模块及键盘输入模块四部分组成。图1是本发明太阳能LED路灯装置结构框图。如图1所示，太阳能模块100利用太阳能电池板收集太阳能，并进一步将收集到的太阳能转换为电能存储在蓄电池中；输出显示模块101用于将所接收到的太阳能进行显示；与太阳能模块相连接的负载控制检测模块102设计两级保护电路对负载过流和短路进行保护；键盘输入模块103用于接收用户键盘的输入操作；作为电路核心模块的智能控制模块104，连接着其余四个模块，负责协调太阳能电池板、蓄电池和负载电路的工作。
本发明实施例中，所述太阳能模块包括太阳能电池板电压采集电路和蓄电池电压采集电路；所述太阳能电池板电压采集电路用于将所接收到的太阳能转换为电能，所述蓄电池电压采集电路用于将转换后的电能进行存储并为负载控制检测模块提供电能。
更进一步地，所述太阳能模块还包括：
与所述蓄电池连接的所述太阳能电池板，由多个光伏材料串并联组成，所述太阳能电池片上设置有一吸收释放设备，用于通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学直接或间接转换成电能；
所述吸收释放设备为相互依附的双层结构，所述吸收释放设备上层为碳纳米管，所述吸收释放设备为光子晶体，用于提高太阳光的光子的能及与光伏材料带隙的能及匹配率从而提高太阳光的利用率。
图2是本发明太阳能LED路灯装置智能控制模块的电路图。在本发明实施例中，智能控制模块中采用的STC12C5410AD单片机对系统的工作进行实施调度，实现外部输入参数的设置、蓄电池及负载的管理、工作状态的指示等。键盘电路T0/P3.4，即引脚8连接F1键,该键用于设置状态的识别及参数设置；T1/P3.5，即引脚9连接F2键,该键用于自检及“加1”功能,根据程序流程，分别实现不同功能。
本发明实施例中的负载控制检测模块设计了两路负载输出，每路输出均有独立的控制与检测，具有完善的过流、短路保护措施，电路原理如图3所示，其中P1.6连接图2中STC12C5410AD单片机的18引脚，P1.7连接图2中所示STC12C5410AD单片机的19引脚，P3.2连接图2中STC12C5410AD单片机的6引脚。
本发明为负载过流及短路保护设计了两级保护。第一级采用了以康铜丝制成的阻值0.01Ω的第一电阻R7以及运算放大器LM358、比较器LM393等器件组成的过流、短路检测电路配合单片机的A/D转换及外部中断响应来实现，这里使用了硬件+软件的方式，LM358的输出送P1.7的A/D转换口，用作过流信号识别，当电流超过额定电流20%并维持30s以上时，确认为过流;短路电流整定为10A，响应时间为毫秒数量级。第二级采用了电子保险丝保护，当流经电子保险丝的电流骤然增加时，温度随之上升，其电阻大大增加，工作电流大幅降低，达到保护电路目的，响应时间为秒数量级，过流撤消或短路恢复后电子保险丝恢复成低阻抗导体，无须任何人为更换或维修。系统采用了两级保护措施后，在长达数小时时间负载短路实验后，控制器仍没出现电路烧毁现象。解决了用传统保险丝只能对电路进行一次性保护，一旦烧毁必须人为更换的问题，同短路后需手动复位或断电后重新开启的系统相比，也具有明显的优点，简化了维护，提高了系统的安全性能。
本发明所提出的太阳能LED路灯装置的总电路图如图4所示，其工作原理为：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，Q1反作用，停止蓄电；到晚上天色昏暗时，设定的程序启动，使蓄电池开始放电，二极管D2，D3， D4，D5，导通，三极管Q2，Q3工作，使LED灯照明，直到第二天早上，预先设定的程序又作用，使LED灯熄灭；当有太阳照射硅光板的时候，蓄电池又开始蓄电，这样，无限的循环，就可以使LED路灯自动蓄电，自动照明，自动熄灭，大大减少了人力物力，而且这样的设计，能节约更多的电能。
本发明采用较少的按键实现了诸多功能，如负载工作模式的设计、双灯同时工作还是分时工作、负载工作时间的设定、自检功能等，为防止误操作采取了一些措施。图5给出的时一个键盘输入处理子程序流程图。在本发明实施例中，智能控制模块中采用的STC12C5410AD单片机的两位P3引脚连接键盘输入模块：当 T0/P3.4引脚连接F1键时，用于实现状态识别及参数设置功能；当T1/P3.5引脚连接F2键时，用于实现自检及加1功能。具体如图5所示，包括步骤：
S501、开始；
S502、读取按键号；
S503、判断读取出的按键为F1键；
S504、判定当前系统是否处于自检状态；若当前系统处于自检状态，则结束当前操作，转入步骤S515；否则转入步骤S505；
S505、若当前系统没有处于自检状态，则继续判定当前系统是否处于设置状态；若是则转入步骤S508，否则转入步骤S506；
S506、判定是否延时2s后F1键仍然按下，若否则转入步骤S515，结束当前操作；若是，则转入步骤S508；
S507、设置状态标志，同时结束当前操作，转入步骤S515；
S508、调用设置子程序，设定系统相关参数，同时结束当前操作，转入步骤S515；
S509、判断读取出的按键为F2键；
S510、判定当前系统是否处于自检状态；若当前系统处于自检状态，则结束当前操作，转入步骤S515；否则转入步骤S511；
S511、若当前系统没有处于自检状态，则继续判定当前系统是否处于设置状态；若是则转入步骤S514，否则转入步骤S512；
S512、延时2s后再次按下F2键，当前操作进入系统自检状态；
S513、系统执行自检程序，同时结束当前操作，转入步骤S515；
S514、当前值加1，同时结束当前操作，转入步骤S515；
S515、返回主程序。
 综上所述，本发明提供了一种太阳能LED路灯装置及其控制方法，一方面使用了太阳能电池板收集太阳能作为LED路灯能源，具有可再生、环保的优势；另一方面使用智能控制器对蓄电池及负载进行了有效的管理，提高了太阳能电池板的使用效率，延长了蓄电池的使用寿命。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能LED路灯装置，所述太阳能LED路灯装置包括一太阳能LED路灯装置本体，及设置在所述太阳能LED路灯装置本体内的硬件电路板，其特征在于，在所述硬件电路板上设置有：
用于采集太阳能，将所述太阳能转换为电能并进行存储的太阳能模块；
用于将所述电能进行输出显示的输出显示模块；
用于对所述输出的电能进行控制与检测的负载控制检测模块；
用于接收并处理键盘输入值的键盘输入模块；
用于实现外部输入参数、电压采集与负载管理、工作状态指示的智能控制模块；
所述太阳能模块连接智能控制模块和负载控制检测模块，所述智能控制模块连接输出显示模块、负载控制检测模块和键盘输入模块。
2.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述太阳能模块包括太阳能电池板电压采集电路和蓄电池电压采集电路；所述太阳能电池板电压采集电路用于将所接收到的太阳能转换为电能，所述蓄电池电压采集电路用于将转换后的电能进行存储并为负载控制检测模块提供电能。
3.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述负载控制检测模块包括第一负载保护电路和第二负载保护电路；所述第一负载保护电路包括第一电阻R7、运算放大器LM358、以及比较器LM393，所述第一电阻R7采用阻值为0.01Ω，过流能力在10A以上的康铜丝；运算放大器LM358的输出接口连接智能控制模块的A/D转换引脚P1.7，用于过流信号识别；所述第二负载保护电路通过电子保险丝实现电路过流保护功能。
4.根据权利要求3所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述运算放大器LM358的输出接口连接智能控制模块的A/D转换引脚P1.7，用于识别过流信号，具体包括：
短路电流整定为10A，响应时间为毫秒数量级；
若电流超过额定电流20%并维持30s以上时，确认为过流。
5.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述智能控制模块包括一单片机；所述单片机的两位P3引脚连接键盘输入模块，用于工作模式参数的设置；所述单片机包括4通道微控制器PWM，所述微控制器PWM引脚连接太阳能模块，用于对蓄电池进行开路及过充保护。
6.根据权利要求5所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述单片机为STC12C5410AD单片机的两位P3引脚连接键盘输入模块，具体包括：
T0/P3.4引脚连接F1键，用于实现状态识别及参数设置功能；
T1/P3.5引脚连接F2键，用于实现自检及加1功能。
7.根据权利要求5所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述微控制器PWM对蓄电池进行开路保护，具体包括：
若所述太阳能电池板正常充电，所述微控制器PWM关断负载；
若在夜间或太阳能电池板不能正常充电，所述微控制器PWM无任何操作。
8.根据权利要求5所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述微控制器PWM对蓄电池进行过充保护，具体用于：
若蓄电池充电电压高于保护电压15V时，自动关断对蓄电池的充电；
若蓄电池充电电压大于维护电压13.2V且低于保护电压15V时，蓄电池进入浮充状态；
若蓄电池充电电压大于保护电压11V且低于维护电压13.2V时，关闭浮充，进入均充状态；
若蓄电池电压低于保护电压11V时，控制器自动关闭负载开关。
9.根据权利要求1至8任一项所述的太阳能LED路灯装置，其特征在于，所述太阳能模块还包括：
与所述蓄电池连接的所述太阳能电池板，由多个光伏材料串并联组成，所述太阳能电池片上设置有一吸收释放设备，用于通过吸收太阳光将太阳辐射能通过光电效应或者光化学直接或间接转换成电能；
所述吸收释放设备为相互依附的双层结构，所述吸收释放设备上层为碳纳米管，所述吸收释放设备为光子晶体，用于提高太阳光的光子的能及与光伏材料带隙的能及匹配率从而提高太阳光的利用率。
10.根据权利要求9所述的太阳能LED路灯装置的控制方法，其特征在于，所述太阳能电池板为多个太阳能电池板依次排列形成。
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