CN110379361A - 光伏供电的彩色led点阵屏 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏供电的彩色LED点阵屏，包括光伏电池、Boost电路、蓄电池、光伏供电控制部分、Buck电路、彩色LED点阵屏、彩色LED点阵屏控制部分。光伏电池把太阳能转化为直流电能，光伏电池输出的直流电能通过Boost电路给彩色点阵屏部分供电，同时富余的电能给蓄电池充电，光伏供电控制部分控制Boost电路实现对光伏电池的最大功率点跟踪（MPPT），同时防止蓄电池过充，Buck电路把Boost电路和蓄电池的输出转化为彩色LED点阵屏部分所需的直流电（改变电压），同时防止蓄电池过放；彩色LED点阵屏控制部分控制点阵屏以多种颜色、多种方式显示所需的图形文字。光伏LED彩色点阵屏，不受供电线路限制，节能环保，显示内容丰富多彩，性价比高，适用范围广。

Description

光伏供电的彩色LED点阵屏
技术领域
本发明涉及光伏发电技术和光电显示技术，特别涉及一种光伏供电的彩色LED点阵屏。
背景技术
现代信息化社会中，LED点阵屏作为一种新型的文字信息和图形显示的载体，在商业中心、银行、展览场馆、娱乐场所、公交车、码头、车站、商铺等等很多场所应用越来越广。但目前的LED点阵屏都必须依赖电网供电线路为其供电，在供电线路不易到达的地方无法使用；而且目前众多LED点阵屏为单色显示，色彩不够丰富，高端LED屏价格非常昂贵。
光伏供电的彩色LED点阵屏，以光伏电池配以蓄电池为LED点阵屏供电，不受供电线路限制；光伏发电，节能环保，是可持续能源；彩色LED点阵屏色彩丰富，显示方式多样，很能吸引人的眼球；系统对实现了光伏电池MPPT，优化了功率容量配置，降低了系统成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是： 以光伏电池配以蓄电池为LED点阵屏供电，不受供电线路限制，实现光伏电池的MPPT，优化系统功率容量配置以降低成本，彩色LED点阵屏色彩丰富，显示方式多样。本发明提供一种光伏供电的彩色LED点阵屏系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
所述光伏供电的彩色LED点阵屏，包括光伏供电模块和彩色LED点阵屏模块；光伏供电模块包括光伏电池、Boost电路、蓄电池、光伏供电控制部分（即光伏电池MPPT控制与蓄电池充电控制部分）；彩色LED点阵屏模块包括：Buck电路、彩色LED点阵屏、彩色LED点阵屏控制部分。
所述光伏电池把太阳能转化为直流电能，光伏电池输出直流电能通过Boost电路为系统供电；所述Boost电路输出功率大于彩色LED点阵屏部分所需功率时，富余的电能给蓄电池充电，Boost电路输出功率小于彩色LED点阵屏部分所需功率时，蓄电池和Boost电路的输出一起给彩色LED点阵屏部分供电；所述光伏供电控制部分控制Boost电路实现对光伏电池的最大功率点跟踪（MPPT），同时防止蓄电池过充；所述Buck电路把Boost电路和蓄电池的输出转化为彩色LED点阵屏部分所需的直流电（改变电压），同时防止蓄电池过放；所述彩色LED点阵屏控制部分控制点阵屏以多种颜色、多种方式显示所需的图形文字，同时防止蓄电池过放。
所述光伏供电控制部分（即光伏电池MPPT控制与蓄电池充电控制部分）,包括：单片机(MCU)、（光伏电池）电压采样电路、驱动电路、（蓄电池充电）电压电流采样电路；所述单片机选用TI公司的MSP430G2553单片机；所述（光伏电池）电压采样电路采样光伏电池输出电压以便用恒压法控实现光伏电池的MPPT；所述驱动电路选用IR2110驱动电路，以使单片机(MCU)发出的PWM信号驱动Boost电路的功率管S；所述（蓄电池充电）电压电流采样电路把蓄电池充电电压电流送到单片机(MCU)，以便控制蓄电池充电方式：蓄电池电压不太高需要大电流充电时，对光伏电池进行MPPT控制，以最大功率对蓄电池进行充电；蓄电池电压较高快充满电时，采用恒压充电或涓流充电时，不再对光伏电池进行MPPT控制，控制以蓄电池充电控制为主。
所述Boost电路部分，优选MOS管为功率开关管S，优选肖特基二极管为二极管D。
所述彩色LED点阵屏是分辨率为64*128的彩色点阵屏。
优选共阳极LED点阵屏，两块32*64彩色LED点阵屏级联成一块32*128点阵屏，两个32*128点阵屏拼在一起构成一个64*128点阵屏；所述彩色LED点阵屏每一行所有的LED阳极都连在一起，对外共64个行引脚，每一列同种颜色的所有的LED的阴极都连在一起，对外共128*3个列引脚。
2. 所述的LED点阵屏控制部分,包括：单片机(MCU)、行扫描控制部分、列信号控制部分；所述单片机(MCU)优选STM32F103C8T6单片机；所述行扫描控制部分分两组，每组都由4片74HC138构成5线-32线译码器，两组都由单片机控制进行行扫描，每一组控制一块32*128点阵屏；所述列信号控制部分包括三组，每种颜色对应一组，都由单片机(MCU)进行控制，每种颜色的列信号由16片8位的串入并出芯片74HC595级联来实现，三种颜色共需48片74HC595。
所述的LED点阵屏，平均功率为100W。假定LED点阵屏每天工作12小时，蓄电池能保证连续两个阴雨天正常工作，则蓄电池选型为12V/200A·h。光伏电池组最大功率点电压为10.2V，功率180w，在点阵屏正常使用时，大约4天可以让蓄电池充满电。优选的是光伏电池输出最高电压小于蓄电池允许的电压最大值。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
光伏供电的彩色LED点阵屏，以光伏电池配以蓄电池为LED点阵屏供电，有太阳光的地方就能应用本系统，不受供电线路限制，适用范围更加广阔。
太阳能是可再生能源，光伏发电，节能环保，系统实现了光伏电池MPPT，实现了蓄电池的过充和过放保护，优化了功率容量配置，降低了系统成本。
彩色LED点阵屏相对于单色LED点阵屏来说色彩丰富很多，显示方式多样，很能吸引人的眼球。
附图说明
图1为本发明所述的光伏供电的彩色LED点阵屏的系统结构图；
图2为本发明所述的光伏供电部分的结构图；
图3为本发明所述的LED点阵屏控制部分的结构图；
图4为本发明所述的Boost电路部分的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，为本发明所述的光伏供电的彩色LED点阵屏的系统结构图，包括光伏供电模块和彩色LED点阵屏模块两部分；光伏供电模块包括光伏电池、Boost电路、蓄电池、光伏供电控制部分（即光伏电池MPPT控制与蓄电池充电控制部分）；彩色LED点阵屏模块包括：Buck电路、彩色LED点阵屏、彩色LED点阵屏控制部分。
所述光伏电池把太阳能转化为直流电能，光伏电池输出直流电能通过Boost电路为系统供电；所述的Boost电路输出功率大于彩色LED点阵屏部分所需功率时，富余的电能给蓄电池充电，Boost电路输出功率小于彩色LED点阵屏部分所需功率时，蓄电池和Boost电路的输出一起给彩色LED点阵屏部分供电；白天太阳光充足，光伏电池输出功率较大，且白天LED屏用的比较少，所以白天光伏电池通过Boost电路输出的直流电主要给蓄电池充电。晚上没有太阳光，光伏电池几乎没有电能输出，Boost电路没有功率输出，系统主要依靠蓄电池给LED点阵屏供电。
所述的光伏供电控制部分（即光伏电池MPPT控制与蓄电池充电控制部分），如图2,包括：单片机(MCU)、（光伏电池）电压采样电路、驱动电路、（蓄电池充电）电压电流采样电路、保护电路；所述单片机选用TI公司的MSP430G2553单片机；所述驱动电路选用IR2110驱动电路，以使单片机(MCU)发出的PWM信号驱动Boost电路的功率管S；所述（蓄电池充电）电压电流采样电路把蓄电池充电电压电流送到单片机(MCU)，以便控制蓄电池充电方式：蓄电池电压不太高，需要大电流充电时，对光伏电池进行MPPT控制，以最大功率对蓄电池进行充电；蓄电池电压较高，快充满电，采用涓流充电或恒压充电时，不再对光伏电池进行MPPT控制，控制以蓄电池充电控制为主。
所述Boost电路部分，优选MOS管为功率开关管S，优选肖特基二极管为二极管D，如图4。所述（光伏电池）电压采样电路采样光伏电池输出电压；所述光伏供电控制部分根据（光伏电池）电压采样电路得到的光伏电池输出电压控制Boost电路实现对光伏电池的最大功率点跟踪（MPPT）：Boost电路的输出连接蓄电池，蓄电池电压在一小段时间内可认为不变，即Boost电路输出电压恒定，Boost电路的输入为光伏电池的输出，光伏电池不是恒压源也不是恒流源，控制部分通过改变Boost电路的占空比来改变Boost电路输入电压，即改变光伏电池的输出电压，从而实现实现对光伏电池的最大功率点跟踪（MPPT）。
所述充电保护部分在（蓄电池充电）电压电流采样电路检测到充电电压或电流过大时保护蓄电池，防止过充。充电电流超过设定值时不再对光伏电池进行最大功率（MPPT）控制，以对蓄电池充电控制为主；蓄电池充满电（蓄电池电压达到设定值）时，控制电压封锁PWM信号输出，使其为低电平，使Boost电路的功率管S断开，由于光伏电池输出最高电压小于蓄电池电压最大值，Boost电路无输出。由于Boost电路二极管D的存在（如图4），蓄电池也不会通过Boost电路输出功率。
所述Buck电路把Boost电路和蓄电池的输出转换为彩色LED点阵屏部分所需的直流电（改变电压）,同时防止蓄电池过放；蓄电池电压低于设定值时，Buck电路停止工作，蓄电池不再放电。
所述彩色LED点阵屏是分辨率为64*128点阵屏，优选共阳极LED点阵屏，两块32*64彩色LED点阵屏级联成一块32*128点阵屏，两个32*128点阵屏拼在一起构成一个64*128点阵屏；所述彩色LED点阵屏每一行所有的LED阳极都连在一起，对外共64个行引脚，每一列同种颜色的所有的LED的阴极都连在一起，对外共128*3个列引脚。
所述彩色LED点阵屏控制部分控制点阵屏以多种颜色、多种方式显示所需的图形文字。所述的LED点阵屏控制部分,如图3,包括：单片机(MCU)、行扫描控制部分、列信号控制部分；所述单片机(MCU)优选STM32F103C8T6单片机；所述行扫描控制部分分两组，每组都由4片74HC138构成5线-32线译码器，两组都由单片机控制进行行扫描，每一组控制一块32*128点阵屏；所述列信号控制部分包括三组，每种颜色对应一组，都由单片机(MCU)进行控制，每种颜色的列信号由16片8位的串入并出芯片74HC595级联来实现，三种颜色共需48片74HC595。
要显示相应的图形符号，就要确定需要点亮点阵屏上那些发光点，每个发光点的颜色。STM32F103C8T6单片机用5个I/O引脚作为4片74HC138构成5线-32线译码器的输入，8片74HC138构成的两组5线-32线译码器共需要10个I/O引脚作为输入信号。行扫描时每次只选中64行中的一行。选中行的一块32*128点阵屏对应的一组译码器输入信号按正常5线-32线译码器的输入，未选中选中行的一块32*128点阵屏对应的一组译码器输入信号使输出全为无效，不选中任何一行。选中某行时，根据该行需要亮起的发光点和发光点的颜色，48片74HC595同时并行送出三种颜色的列信号，单片机同时依次串行送出下一行所需的三种颜色的列信号锁存在48片74HC595中，每种颜色对应16片74HC595。
所述的光伏供电的彩色LED点阵屏，根据设计目标优化系统配置：本例选用的LED点阵屏，平均功率为100W。假定LED点阵屏每天工作12小时，蓄电池能保证连续两个阴雨天正常工作，则蓄电池选型为12V/200A·h。光伏电池组最大功率点电压为10.2V，功率180w，在点阵屏正常使用时，大约4天可以蓄电池充满电。优选的是光伏电池输出最高电压小于蓄电池允许的电压最大值。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光伏供电的彩色LED点阵屏，其特征在于：包括光伏供电模块和彩色LED点阵屏模块；所述的光伏供电模块包括光伏电池、Boost电路、蓄电池、光伏供电控制部分；所述的彩色LED点阵屏模块包括：Buck电路、彩色LED点阵屏、彩色LED点阵屏控制部分；
所述光伏电池把太阳能转化为直流电能，光伏电池输出直流电能通过Boost电路为系统供电；所述Boost电路输出功率大于彩色LED点阵屏部分所需功率时，富余的电能给蓄电池充电，Boost电路输出功率小于彩色LED点阵屏部分所需功率时，蓄电池和Boost电路的输出一起给彩色LED点阵屏部分供电；所述光伏供电控制部分控制Boost电路实现对光伏电池的最大功率点跟踪，同时防止蓄电池过充；
所述Buck电路把Boost电路和蓄电池的输出转化为彩色LED点阵屏部分所需的直流电，同时防止蓄电池过放；所述彩色LED点阵屏控制部分控制点阵屏以多种颜色、多种方式显示所需的图形文字。
2.如权利要求1所述的光伏供电的彩色LED点阵屏，其特征在于：所述的光伏供电控制部分包括：单片机、电压采样电路、驱动电路、电压电流采样电路；所述单片机选用TI公司的MSP430G2553单片机；所述电压采样电路采样光伏电池输出电压以便恒压法控实现光伏电池的MPPT；所述驱动电路选用IR2110驱动电路，以使单片机发出的PWM信号驱动Boost电路的功率管S；所述电压电流采样电路把蓄电池充电电压电流送到单片机，控制蓄电池充电方式：蓄电池电压不太高需要大电流充电时，对光伏电池进行MPPT控制，以最大功率对蓄电池进行充电；蓄电池电压较高快充满电时，或采用涓流充电或恒压充电时，都不再对光伏电池进行MPPT控制，控制以蓄电池充电控制为主。
3.如权利要求1所述的光伏供电的彩色LED点阵屏，其特征在于：所述彩色LED点阵屏是分辨率为64*128点阵屏。
4.如权利要求3所述的光伏供电的彩色LED点阵屏，其特征在于：所述彩色LED点阵屏为共阳极LED点阵屏，两块32*64彩色LED点阵屏级联成一块32*128点阵屏，两个32*128点阵屏拼在一起构成一个64*128点阵屏；所述彩色LED点阵屏每一行所有的LED阳极都连在一起，对外共64个行引脚，每一列同种颜色的所有的LED的阴极都连在一起，对外共128*3个列引脚。
5.如权利要求1所述的光伏供电的彩色LED点阵屏，其特征在于：所述的彩色LED点阵屏控制部分,包括单片机、行扫描控制部分、列信号控制部分；所述单片机采用STM32F103C8T6单片机；所述行扫描控制部分分两组，每组都由4片74HC138构成5线-32线译码器，两组都由单片机控制进行行扫描，每一组控制一块32*128点阵屏；所述列信号控制部分包括三组，每种颜色对应一组，都由单片机进行控制，每种颜色的列信号由16片8位的串入并出芯片74HC595级联来实现，三种颜色共需48片74HC595，所述的64*128点阵屏即可做为一个整体使用，也可分为两块32*128点阵屏分别独立控制。
6.如权利要求1所述的光伏供电的彩色LED点阵屏，其特征在于：所述的LED点阵屏，平均功率为100W。
7.如权利要求1所述的光伏供电的彩色LED点阵屏，其特征在于：所述的光伏电池输出最高电压小于蓄电池允许的电压最大值。
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