CN107148114A - 基于物联网控制的多功能太阳能灯笼及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼及其控制方法，包括太阳能电池、控制器、锂电池、开关电源、微处理器、LED灯组、直流电机、音响、三个继电器、三个电位器、WIFI模块、蓝牙模块。该基于物联网控制的多功能太阳能灯笼及其控制方法由太阳能供电，节省电线，供电安全；内置储能锂电池能量密度高、使用寿命长，可以为灯笼可靠供电，提高了太阳能灯笼的实用性；灯笼可以实现旋转、音乐播放和光影变换的功能，功能性强，提高了太阳能灯笼的可观赏性；根据物联网理念设计，由PC软件和手机App控制功能的实现，提高了太阳能灯笼的扩展性。

Description

基于物联网控制的多功能太阳能灯笼及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种多功能太阳能灯笼及其控制方法，尤其涉及一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼及其控制方法。

背景技术

灯笼，又称笼形灯具，起源于1800多年前的西汉时期。每当过新年的时候，人们都挂起象征团圆意义的红灯笼，来营造起喜庆祥和的氛围。现有流行的灯笼大多是有源灯笼，即使用白炽灯、LED灯等有源灯作为发光源，通过电线或者电池供电的方式将灯笼点亮。电线供电的方式，如果灯笼较多的话，会显得比较杂乱，而且有一定的安全隐患，且不易携带；干电池供电的方式，电池亏电后，更换电池比较麻烦，难以有效解决长时间供电的问题。专利CN203489018和CN203489019分别提供了一种可充气的便携式太阳能灯笼和一种可伸缩的便携式太阳能灯笼，基本解决了上述问题。但是，随着人们经济生活的日益提高，对物质文化水平要求越来越来，灯笼作为春节必不可少的装饰品，仅仅用来照明已经无法满足人们的需求了。专利CN205065572和CN203585836分别提供了一种可播放音乐的太阳能灯笼和一种新型多功能太阳能电池灯笼，从而丰富了灯笼的功能。此外，专利CN202432414提出一种适用于太阳能灯笼的防水部件，从而提高了灯笼在户外工作的可靠性。然而，太阳能灯笼在实际使用过程中，或多或少都因为电能储存的原因，存在一些供电可靠性不足的问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼及其控制方法，不仅可以稳定输出，满足日常照明，而且可以通过旋转、音乐播放和光影变换提供声光影多重体验，大大丰富了太阳能灯笼的功能，提高了太阳能灯笼的实用性和可观赏性。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，包括太阳能电池、控制器、锂电池、开关电源、微处理器、LED灯组、直流电机、音响、三个继电器、三个电位器、WIFI模块、蓝牙模块，所述控制器分别与太阳能电池、锂电池和开关电源连接，并控制所述开关电源、太阳能电池和锂电池之间的充放电；三个所述继电器分别连接三个电位器，三个所述电位器分别与所述LED灯组、直流电机、音响相连，所述继电器、电位器、WIFI模块、蓝牙模块和开关电源分别对应连接于所述微处理器的相应端口上并受控于所述微处理器；白天，所述太阳能电池通过所述控制器为所述锂电池充电，所述控制器通过检测所述锂电池正负极的电压来判断所述锂电池是否充电完成，如充电完成则进入短路状态；夜间，所述控制器控制所述锂电池向微处理器和负载供电；上位软件通过所述WIFI模块和蓝牙模块对微处理器下达控制指令，进而控制所述开关电源的开断、继电器的开断和电位器的阻值的转换，以控制所述LED灯组、直流电机和音响的多种工作状态。

作为本发明的进一步改进，所述控制器和微处理器设有USB调试接口。

作为本发明的进一步改进，所述上位软件为PC软件或手机APP。

作为本发明的进一步改进，所述太阳能电池包括单晶半片太阳电池和铜铟镓硒薄膜太阳电池。

作为本发明的进一步改进，所述锂电池为磷酸铁锂电池，其放电时采用串联联接方式，充电时采用并联联接方式。

作为本发明的进一步改进，所述控制器内设有充放电控制电路，包括DC/DC电路和主控制器；所述DC/DC电路包括大的DC/DC电源和四个隔离型DC/DC电源，所述大的DC/DC电源控制全局充放电，四个隔离型DC/DC电源控制单块电池充放电。

作为本发明的进一步改进，所述开关电源为稳压开关电源。

作为本发明的进一步改进，所述微控制器为STM32F103；所述WIFI模块为ESP8266；所述蓝牙模块为Quason cc2541。

作为本发明的进一步改进，所述直流电机位于多功能太阳能灯笼的内部的中轴线上，受控于微控制器；所述扬声器位于多功能太阳能灯笼的底部，受控于微控制器。

本发明还提供一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，上位机与灯笼的控制器配置连接，打开供电开关；

步骤2，控制器控制电源供电；

步骤3、微处理器与WIFI模块和蓝牙模块配置连接；

步骤4，上位机软件向微控制器下达控制指令；

步骤5，微控制器控制继电器开断；

步骤6，微控制器控制电位器大小；

步骤7，灯笼的LED灯组、直流电机和音响动作。

本发明的有益效果是：该基于物联网控制的多功能太阳能灯笼及其控制方法由太阳能供电，节省电线，供电安全；内置储能锂电池能量密度高、使用寿命长，可以为灯笼可靠供电，提高了太阳能灯笼的实用性；灯笼可以实现旋转、音乐播放和光影变换的功能，功能性强，提高了太阳能灯笼的可观赏性；根据物联网理念设计，由PC软件和手机App控制功能的实现，提高了太阳能灯笼的扩展性。

附图说明

图1为本发明组成结构图；

图2为本发明工作流程图；

图3为本发明WiFi连接流程图；

图4为本发明蓝牙连接流程图；

图5为本发明电池充电原理图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。

参阅图1，为本发明所述的一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，包括太阳能电池、控制器、锂电池、开关电源、微处理器、LED灯组、直流电机、音响、三个继电器、三个电位器、WIFI模块、蓝牙模块，所述控制器分别与太阳能电池、锂电池和开关电源连接，并控制所述开关电源、太阳能电池和锂电池之间的充放电；三个所述继电器分别连接三个电位器，三个所述电位器分别与所述LED灯组、直流电机、音响相连，所述继电器、电位器、WIFI模块、蓝牙模块和开关电源分别对应连接于所述微处理器的相应端口上并受控于所述微处理器；白天，所述太阳能电池通过所述控制器为所述锂电池充电，所述控制器通过检测所述锂电池正负极的电压来判断所述锂电池是否充电完成，如充电完成则进入短路状态；夜间，所述控制器控制所述锂电池向微处理器和负载供电；上位软件通过所述WIFI模块和蓝牙模块对微处理器下达控制指令，进而控制所述开关电源的开断、继电器的开断和电位器的阻值的转换，以控制所述LED灯组、直流电机和音响的多种工作状态。

其中，所述控制器和微处理器设有USB调试接口，以对控制器和微处理器进行有线调试，如WIFI或蓝牙无法连接时，可通过USB连接进行硬件的调试与配置。

所述上位软件为PC软件或手机APP，为整个系统的上位机，可以与灯笼配重成功后，用于直接控制灯笼，实现各种功能。

所述太阳能电池包括单晶半片太阳电池和铜铟镓硒薄膜太阳电池，单晶半片太阳电池可以有效提高充电电压，降低太阳电池温度损耗，进而提高输出功率；铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池具有很好的弱光效应，可以充分利用早晚和阴雨天天气的弱光，进而增加太阳电池的充电时间。上述两种太阳电池，分别与发光二极管并联，而后两者并联，从而增大了输出功率和充电电流。

所述锂电池为磷酸铁锂电池，具有能量密度高、使用寿命长、重量轻、体积小等优点，其放电时采用串联联接方式，可以满足较大功率的稳定输出，充电时采用并联联接方式，各个锂电池单独进行充电，安全性强且可以将电池电量充满。

所述控制器内设有充放电控制电路，包括DC/DC电路和主控制器，DC/DC电路保障锂电池充电的可靠性和安全性；主控器用来控制太阳电池为锂电池充电的充电电流和充电时间，以及为负载供电的供电功率和供电时间。

所述开关电源为稳压开关电源，起到滤波的作用，可以提高供电质量，提高直流供电的可靠性。

所述微控制器为STM32F103，具有高性能、低成本、低功耗的特点；所述WIFI模块为ESP8266，具有集成度高、价格便宜、功耗低的特点；所述蓝牙模块为Quason cc2541，具有连接距离远、响应速度快 、功耗低的特点。主电路微控制器通过控制继电器的开断来实现不同的功能，控制电位器来实现不同的功能效果。

所述直流电机位于多功能太阳能灯笼的内部的中轴线上，受控于微控制器，以实现灯笼整体的正转、反转和变速旋转的功能；所述扬声器位于多功能太阳能灯笼的底部，受控于微控制器，可以实现音乐播放，以及音量大小调节的功能。

如图2所示，一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、手机APP或PC软件与灯笼控制器配置连接，打开供电开关；

步骤2、电池向STM32F103微处理器供电；

步骤3、STM32F103微处理器与ESP8266 WiFi模块和Quason- cc2541蓝牙模块配置连接；

步骤4、配置成功后，手机APP或PC软件向微控制器下达控制指令，控制继电器和电位器；

步骤5、灯笼实现旋转、闪灯和播放音乐等功能。

如图3、4所示，WiFi连接和蓝牙连接的工作流程图，包括以下步骤：

步骤1、STM32F103微处理器与ESP8266 WiFi模块或Quason- cc2541蓝牙模块配置连接；

步骤2、WiFi模块与云平台进行TCP/IP协议连接, 蓝牙模块与APP进行OBEQ协议连接，然后与硬件进行配置；

步骤3、手机APP或PC软件与硬件连接成功。

如图5所示，锂电池充放电原理图。该电路由一个大的DC/DC电源和4个隔离型DC/DC电源构成，大的DC/DC电源控制全局充放电，4个隔离型DC/DC电源控制单块电池充放电。充电时，在充电初期，关闭并联充电，通过DC/DC大电流串联充电，同时控制器检测每节电池两端的电压，当发现某块电池电压达到满电电压时，则关闭串联充电，进入并联充电模式，对未满的电池进行较小电流的并充。串联充电与并联充电相结合，极大程度上保证了锂电池充电的安全性和可靠性。放电时，放电初期，四块电池进行并联放电，放电电流为四者之和，电压为一恒定值，通过控制器电压调控实现同功率的输出，效率较高。放电后期，四块电池两端电压差异达到0.5V时，进入串联放电模式，提高了放电电压，电流为一恒定值，通过控制器电流调控实现同功率的输出，保证了充放电的稳定性和安全性。

Claims (10)

1.一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：包括太阳能电池、控制器、锂电池、开关电源、微处理器、LED灯组、直流电机、音响、三个继电器、三个电位器、WIFI模块、蓝牙模块，所述控制器分别与太阳能电池、锂电池和开关电源连接，并控制所述开关电源、太阳能电池和锂电池之间的充放电；三个所述继电器分别连接三个电位器，三个所述电位器分别与所述LED灯组、直流电机、音响相连，所述继电器、电位器、WIFI模块、蓝牙模块和开关电源分别对应连接于所述微处理器的相应端口上并受控于所述微处理器；白天，所述太阳能电池通过所述控制器为所述锂电池充电，所述控制器通过检测所述锂电池正负极的电压来判断所述锂电池是否充电完成，如充电完成则进入短路状态；夜间，所述控制器控制所述锂电池向微处理器和负载供电；上位软件通过所述WIFI模块和蓝牙模块对微处理器下达控制指令，进而控制所述开关电源的开断、继电器的开断和电位器的阻值的转换，以控制所述LED灯组、直流电机和音响的多种工作状态。

2.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述控制器和微处理器设有USB调试接口。

3.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述上位软件为PC软件或手机APP。

4.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述太阳能电池包括单晶半片太阳电池和铜铟镓硒薄膜太阳电池。

5.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述锂电池为磷酸铁锂电池，其放电时采用串联联接方式，充电时采用并联联接方式。

6.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述控制器内设有充放电控制电路，包括DC/DC电路和主控制器；所述DC/DC电路包括大的DC/DC电源和四个隔离型DC/DC电源，所述大的DC/DC电源控制全局充放电，四个隔离型DC/DC电源控制单块电池充放电。

7.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述开关电源为稳压开关电源。

8.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述微控制器为STM32F103；所述WIFI模块为ESP8266；所述蓝牙模块为Quason cc2541。

9.根据权利要求1所述的基于物联网控制的多功能太阳能灯笼，其特征在于：所述直流电机位于多功能太阳能灯笼的内部的中轴线上，受控于微控制器；所述扬声器位于多功能太阳能灯笼的底部，受控于微控制器。

10.一种基于物联网控制的多功能太阳能灯笼的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，上位机与灯笼的控制器配置连接，打开供电开关；

步骤2，控制器控制电源供电；

步骤3、微处理器与WIFI模块和蓝牙模块配置连接；

步骤4，上位机软件向微控制器下达控制指令；

步骤5，微控制器控制继电器开断；

步骤6，微控制器控制电位器大小；

步骤7，灯笼的LED灯组、直流电机和音响动作。