CN110418463A - 一种智能太阳能草坪灯 - Google Patents

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Abstract

一种智能太阳能草坪灯，白天，光敏电阻Rt的阻值较小，三极管BG2截止，继电器J2失电，继电器J2的常开触点断开，发光二极管LED1～LED12均不点亮；夜晚，光敏电阻Rt的阻值变大，三极管BG2导通，继电器J2得电，继电器J2的常开触点闭合，发光二极管LED1～LED12均点亮；当太阳能电池PV的工作电压较低时，三极管BG1截止，继电器J1失电，改由蓄电池E给草坪灯供电；本发明采用太阳能电池供电，能够最大限度地利用太阳能资源，不需要铺设电缆线，也就不需要考虑长时间使用后，电缆线的安全问题，降低安全事故的发生；且本发明的太阳能草坪灯天亮会自动熄灭，天黑自动点亮。

Description

一种智能太阳能草坪灯
技术领域
本发明涉及一种草坪灯，具体是一种智能太阳能草坪灯，属于灯光照明技术领域。
背景技术
草坪灯以优美的外型和柔和的灯光为城市绿地景观增添安全与美丽，并且普遍具有安装方便、装饰性强等特点，可用于公园、花园别墅、广场绿化等场所的绿化带，并用来装饰性照明。
目前很多草坪灯采用市电供电，需要铺设长电缆，且使用时间过长后，电缆很容易漏电造成不安全因素。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种智能太阳能草坪灯，采用太阳能电池供电，不需要铺设电缆线，也就不需要考虑长时间使用后，电缆线的安全问题，降低安全事故的发生；且本发明的太阳能草坪灯天亮会自动熄灭，天黑自动点亮。
为了实现上述目的，本发明提供一种智能太阳能草坪灯，包括草坪灯以及安装在草坪灯内部的控制电路，控制电路包括电阻R1～R14、电位器RP1～RP3、电解电容C1～C2、二极管D1～D3、三极管BG1～BG3、稳压二极管DW1～DW3、发光二极管LED1～LED12、光敏电阻Rt、双运算放大器IC1、三端可调正稳压器集成电路IC2、继电器J1、继电器J1的常开触点J1-1、继电器J1的常开触点J1-2、继电器J1的常闭触点J1-3、继电器J2、继电器J2的常开触点J2-1、太阳能电池PV、蓄电池E；
太阳能电池PV的正极分别连接电阻R1的一端、二极管D3的正极，电阻R1的另一端分别连接电解电容C1的正极、电阻R2的一端、双运算放大器IC1的3脚，二极管D3的负极分别连接继电器J1的常开触点J1-1的一端、继电器J1的常开触点J1-2的一端，继电器J1的常开触点J1-1的另一端分别连接三端可调正稳压器集成电路IC2的3脚、继电器J1的常闭触点J1-3的一端，继电器J1的常闭触点J1-3的另一端分别连接继电器J1的常开触点J1-2的另一端、蓄电池E的正极、稳压二极管DW3的负极、电阻R13的一端，三端可调正稳压器集成电路IC2的1脚分别连接电位器RP3的第一固定端、电位器RP3的滑动端、电阻R10的一端，三端可调正稳压器集成电路IC2的2脚分别连接电阻R10的另一端、光敏电阻Rt的一端、电位器RP1的第一固定端、电位器RP1的滑动端、电位器RP2的第一固定端、电位器RP2的滑动端、双运算放大器IC1的8脚、二极管D1的负极、继电器J1的一端、二极管D2的负极、继电器J2的一端、继电器J2的常开触点J2-1的一端，稳压二极管DW3的正极串接电阻R11后分别连接三极管BG3的基极、电阻R12的一端，三极管BG3的集电极连接电阻R13的另一端，三极管BG3的发射极分别连接电阻R14的一端电解电容C2的正极；
光敏电阻Rt的另一端分别连接电阻R3的一端、双运算放大器IC1的6脚，电位器RP1的第二固定端分别连接稳压二极管DW1的负极、双运算放大器IC1的2脚，电位器RP2的第二固定端分别连接稳压二极管DW2的负极、双运算放大器IC1的5脚，双运算放大器IC1的1脚串联电阻R4后连接三极管BG1的基极，三极管BG1的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器J1的另一端，双运算放大器IC1的7脚串联电阻R5后连接三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极分别连接二极管D2的正极、继电器J2的另一端，继电器J2的常开触点J2-1的另一端分别连接发光二极管LED1的正极、发光二极管LED4的正极、发光二极管LED7的正极、发光二极管LED10的正极，发光二极管LED1的负极串联电阻R6、发光二极管LED2后连接发光二极管LED3的正极，发光二极管LED4的负极串联电阻R7、发光二极管LED5后连接发光二极管LED6的正极，发光二极管LED7的负极串联电阻R8、发光二极管LED8后连接发光二极管LED9的正极，发光二极管LED10的负极串联电阻R9、发光二极管LED11后连接发光二极管LED12的正极；
蓄电池E的负极分别连接电位器RP3的第二固定端、电阻R12的另一端、电阻R14的另一端、电解电容C2的负极、太阳能电池PV的负极、电解电容C1的负极、电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、稳压二极管DW1的正极、稳压二极管DW2的正极、双运算放大器IC1的4脚、三极管BG1的发射极、三极管BG2的发射极、发光二极管LED3的负极、发光二极管LED6的负极、发光二极管LED9的负极、发光二极管LED12的负极均接地。
作为本发明的进一步改进，双运算放大器IC1的型号为LM358；三端可调正稳压器集成电路IC2的型号为LM317。
作为本发明的进一步改进，二极管D1、二极管D2的型号为1N4148，二极管D3的型号为IN5819。
作为本发明的进一步改进，三极管BG1～BG3为NPN管型，型号为8050。
作为本发明的进一步改进，发光二极管LED1～LED12为白色LED超高亮度发光二极管，工作电压为3V，工作电流为20mA。
作为本发明的进一步改进，稳压二极管DW1的稳压值为5.6V，稳压二极管DW2的稳压值为3V，稳压二极管DW3的稳压值为14V。
作为本发明的进一步改进，光敏电阻Rt的型号为GL3516。
作为本发明的进一步改进，继电器J1、继电器J2的型号为JRX-20F。
作为本发明的进一步改进，太阳能电池PV为单晶硅太阳能电池片，工作电压为18V；蓄电池E为12V/4Ah免维护铅酸蓄电池。
与现有技术相比，本发明能够在连续三天阴雨天内保证草坪灯正常工作，在白天，光敏电阻Rt的阻值较小，三极管BG2截止，继电器J2失电，继电器J2的常开触点断开，发光二极管LED1～LED12均不点亮；随着夜幕降临，光敏电阻Rt的阻值变大，三极管BG2导通，继电器J2得电，继电器J2的常开触点闭合，发光二极管LED1～LED12均点亮；当太阳能电池PV的工作电压较高时，三极管BG1导通，继电器J1得电，草坪灯由太阳能电池PV供电，并向蓄电池E充电；而当太阳能电池PV的工作电压较低时，三极管BG1截止，继电器J1失电，改由蓄电池E给草坪灯供电；当充电电压超过14V时，对蓄电池E的充电电流进行分流，从而保护蓄电池过充电，当蓄电池E的电压低于10.55V，蓄电池E停止放电，发光二极管LED1～LED12均不点亮，从而保护蓄电池过放电。本发明采用太阳能电池供电，能够最大限度地利用太阳能资源，不需要铺设电缆线，也就不需要考虑长时间使用后，电缆线的安全问题，降低安全事故的发生；且本发明的太阳能草坪灯天亮会自动熄灭，天黑自动点亮。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种智能太阳能草坪灯，包括草坪灯以及安装在草坪灯内部的控制电路，控制电路包括电阻R1～R14、电位器RP1～RP3、电解电容C1～C2、二极管D1～D3、三极管BG1～BG3、稳压二极管DW1～DW3、发光二极管LED1～LED12、光敏电阻Rt、双运算放大器IC1、三端可调正稳压器集成电路IC2、继电器J1、继电器J1的常开触点J1-1、继电器J1的常开触点J1-2、继电器J1的常闭触点J1-3、继电器J2、继电器J2的常开触点J2-1、太阳能电池PV、蓄电池E；
双运算放大器IC1的型号为LM358；三端可调正稳压器集成电路IC2的型号为LM317，二极管D1、二极管D2的型号为1N4148，二极管D3的型号为IN5819，三极管BG1～BG3为NPN管型，型号为8050，发光二极管LED1～LED12为白色LED超高亮度发光二极管，工作电压为3V，工作电流为20mA，稳压二极管DW1的稳压值为5.6V，稳压二极管DW2的稳压值为3V，稳压二极管DW3的稳压值为14V，光敏电阻Rt的型号为GL3516，继电器J1、继电器J2的型号为JRX-20F，太阳能电池PV为单晶硅太阳能电池片，工作电压为18V；蓄电池E为12V/4Ah免维护铅酸蓄电池。
太阳能电池PV的正极分别连接电阻R1的一端、二极管D3的正极，电阻R1的另一端分别连接电解电容C1的正极、电阻R2的一端、双运算放大器IC1的3脚，二极管D3的负极分别连接继电器J1的常开触点J1-1的一端、继电器J1的常开触点J1-2的一端，继电器J1的常开触点J1-1的另一端分别连接三端可调正稳压器集成电路IC2的3脚、继电器J1的常闭触点J1-3的一端，继电器J1的常闭触点J1-3的另一端分别连接继电器J1的常开触点J1-2的另一端、蓄电池E的正极、稳压二极管DW3的负极、电阻R13的一端，三端可调正稳压器集成电路IC2的1脚分别连接电位器RP3的第一固定端、电位器RP3的滑动端、电阻R10的一端，三端可调正稳压器集成电路IC2的2脚分别连接电阻R10的另一端、光敏电阻Rt的一端、电位器RP1的第一固定端、电位器RP1的滑动端、电位器RP2的第一固定端、电位器RP2的滑动端、双运算放大器IC1的8脚、二极管D1的负极、继电器J1的一端、二极管D2的负极、继电器J2的一端、继电器J2的常开触点J2-1的一端，稳压二极管DW3的正极串接电阻R11后分别连接三极管BG3的基极、电阻R12的一端，三极管BG3的集电极连接电阻R13的另一端，三极管BG3的发射极分别连接电阻R14的一端电解电容C2的正极；
光敏电阻Rt的另一端分别连接电阻R3的一端、双运算放大器IC1的6脚，电位器RP1的第二固定端分别连接稳压二极管DW1的负极、双运算放大器IC1的2脚，电位器RP2的第二固定端分别连接稳压二极管DW2的负极、双运算放大器IC1的5脚，双运算放大器IC1的1脚串联电阻R4后连接三极管BG1的基极，三极管BG1的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器J1的另一端，双运算放大器IC1的7脚串联电阻R5后连接三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极分别连接二极管D2的正极、继电器J2的另一端，继电器J2的常开触点J2-1的另一端分别连接发光二极管LED1的正极、发光二极管LED4的正极、发光二极管LED7的正极、发光二极管LED10的正极，发光二极管LED1的负极串联电阻R6、发光二极管LED2后连接发光二极管LED3的正极，发光二极管LED4的负极串联电阻R7、发光二极管LED5后连接发光二极管LED6的正极，发光二极管LED7的负极串联电阻R8、发光二极管LED8后连接发光二极管LED9的正极，发光二极管LED10的负极串联电阻R9、发光二极管LED11后连接发光二极管LED12的正极；
蓄电池E的负极分别连接电位器RP3的第二固定端、电阻R12的另一端、电阻R14的另一端、电解电容C2的负极、太阳能电池PV的负极、电解电容C1的负极、电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、稳压二极管DW1的正极、稳压二极管DW2的正极、双运算放大器IC1的4脚、三极管BG1的发射极、三极管BG2的发射极、发光二极管LED3的负极、发光二极管LED6的负极、发光二极管LED9的负极、发光二极管LED12的负极均接地。
图1中这些元件的阻值均是公知常识，本领域技术人员可以根据需要对各个元件的参数进行调整。
本发明的工作原理如下：
本发明系统配置的主要原则是能量守恒，草坪灯的功率为12V×3×20mA×4＝960mW，考虑到冬天夜晚时间较长，设定每天的工作时间为10h，则每天草坪灯消耗的电功率为960mW×10小时＝9.6Wh，蓄电池E选用12V工作电压，假定放电深度为80％，考虑到本草坪灯要求在连续三天阴雨天能够正常工作(即白天草坪灯不亮，晚上草坪灯发亮)，蓄电池E的容量＝9.6Wh×3/12V×80％＝3Ah，考虑到损耗，蓄电池E选用12V/4Ah的免维护铅酸蓄电池。太阳能电池PV是草坪灯的供给能源，其一天接收的能量除了供给草坪灯工作以外，还要有一定的裕量储存在蓄电池E，以备阴雨天使用。因此太阳能电池PV一天的发电量应为9.6Wh×2＝19.2Wh。本草坪灯以平均日照时数为5h计算，考虑到太阳能电池PV的充电效率不大于60％，因此太阳能电池PV的功率>19.2Wh/5×60％＝6.4W。
在白天，光敏电阻Rt的阻值较小，经电阻R3分压后，集成电路IC1的5脚电压小于集成电路IC1的6脚电压，集成电路IC1的7脚输出低电平，三极管BG2截止，继电器J2失电，继电器J2的常开触点J2-1断开，发光二极管LED1～LED12均不点亮；随着夜幕降临，光敏电阻Rt的阻值变大，经电阻R3分压后，集成电路IC1的5脚电压大于集成电路IC1的6脚电压，集成电路IC1的7脚输出高电平，三极管BG2导通，继电器J2得电，继电器J2的常开触点J2-1闭合，发光二极管LED1～LED12均点亮，等到天明，草坪灯会再次熄灭。
当太阳能电池PV的工作电压较高时，集成电路IC1的3脚电压大于集成电路IC1的2脚电压，集成电路IC1的1脚输出高电平，三极管BG1导通，继电器J1得电，继电器J1的常开触点J1-1、J1-2闭合，草坪灯由太阳能电池PV供电，并向蓄电池E充电。当太阳能电池PV的工作电压较低时，集成电路IC1的3脚电压小于集成电路IC1的2脚电压，集成电路IC1的1脚输出低电平，三极管BG1截止，继电器J1失电，继电器J1的常开触点J1-1、J1-2断开，继电器J1的常闭触点J1-3闭合，改由蓄电池E给草坪灯供电。
当太阳能电池PV板给蓄电池E充电，如果此时充电电压小于14V，即低于稳压二极管DW3的稳定电压，稳压二极管DW3截止，三极管BG3同样也处于截止状态，此时太阳能电池PV板完全给蓄电池E充电。此时随着蓄电池E充电过程的不断深入，充电电压逐步升高，当充电电压超过14V时，高于稳压二极管DW3的稳定电压，稳压二极管DW3被反向击穿，充电电路经电阻R11和电阻R12分压后给三极管BG3的基极加上0.8V左右的正向电压，使三极管BG3导通，此时电阻R13、电阻R14，电容C2组成充电电路，对蓄电池E的充电电流进行分流，防止蓄电池的电解液的蒸发，从而保护蓄电池过充电。
由于发光二极管LED1～LED12的工作电压为3V，最低点亮工作电流为10mA，因此蓄电池能够点亮所有发光二极管的最低电压为：3V×3+10mA×10Ω+Vce+1.25V＝10.55V，其中Vce为三极管BG3导通时的饱和管压降，为0.2V，1.25V是三端可调正稳压器集成电路IC2的最小工作电压，也就是说当蓄电池的电压低于10.55V，蓄电池停止放电，发光二极管LED1～LED12不发光，从而保护蓄电池过放电。

Claims (9)

1.一种智能太阳能草坪灯，包括草坪灯以及安装在草坪灯内部的控制电路，其特征在于，控制电路包括电阻R1～R14、电位器RP1～RP3、电解电容C1～C2、二极管D1～D3、三极管BG1～BG3、稳压二极管DW1～DW3、发光二极管LED1～LED12、光敏电阻Rt、双运算放大器IC1、三端可调正稳压器集成电路IC2、继电器J1、继电器J1的常开触点J1-1、继电器J1的常开触点J1-2、继电器J1的常闭触点J1-3、继电器J2、继电器J2的常开触点J2-1、太阳能电池PV、蓄电池E；
太阳能电池PV的正极分别连接电阻R1的一端、二极管D3的正极，电阻R1的另一端分别连接电解电容C1的正极、电阻R2的一端、双运算放大器IC1的3脚，二极管D3的负极分别连接继电器J1的常开触点J1-1的一端、继电器J1的常开触点J1-2的一端，继电器J1的常开触点J1-1的另一端分别连接三端可调正稳压器集成电路IC2的3脚、继电器J1的常闭触点J1-3的一端，继电器J1的常闭触点J1-3的另一端分别连接继电器J1的常开触点J1-2的另一端、蓄电池E的正极、稳压二极管DW3的负极、电阻R13的一端，三端可调正稳压器集成电路IC2的1脚分别连接电位器RP3的第一固定端、电位器RP3的滑动端、电阻R10的一端，三端可调正稳压器集成电路IC2的2脚分别连接电阻R10的另一端、光敏电阻Rt的一端、电位器RP1的第一固定端、电位器RP1的滑动端、电位器RP2的第一固定端、电位器RP2的滑动端、双运算放大器IC1的8脚、二极管D1的负极、继电器J1的一端、二极管D2的负极、继电器J2的一端、继电器J2的常开触点J2-1的一端，稳压二极管DW3的正极串接电阻R11后分别连接三极管BG3的基极、电阻R12的一端，三极管BG3的集电极连接电阻R13的另一端，三极管BG3的发射极分别连接电阻R14的一端电解电容C2的正极；
光敏电阻Rt的另一端分别连接电阻R3的一端、双运算放大器IC1的6脚，电位器RP1的第二固定端分别连接稳压二极管DW1的负极、双运算放大器IC1的2脚，电位器RP2的第二固定端分别连接稳压二极管DW2的负极、双运算放大器IC1的5脚，双运算放大器IC1的1脚串联电阻R4后连接三极管BG1的基极，三极管BG1的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器J1的另一端，双运算放大器IC1的7脚串联电阻R5后连接三极管BG2的基极，三极管BG2的集电极分别连接二极管D2的正极、继电器J2的另一端，继电器J2的常开触点J2-1的另一端分别连接发光二极管LED1的正极、发光二极管LED4的正极、发光二极管LED7的正极、发光二极管LED10的正极，发光二极管LED1的负极串联电阻R6、发光二极管LED2后连接发光二极管LED3的正极，发光二极管LED4的负极串联电阻R7、发光二极管LED5后连接发光二极管LED6的正极，发光二极管LED7的负极串联电阻R8、发光二极管LED8后连接发光二极管LED9的正极，发光二极管LED10的负极串联电阻R9、发光二极管LED11后连接发光二极管LED12的正极；
蓄电池E的负极分别连接电位器RP3的第二固定端、电阻R12的另一端、电阻R14的另一端、电解电容C2的负极、太阳能电池PV的负极、电解电容C1的负极、电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、稳压二极管DW1的正极、稳压二极管DW2的正极、双运算放大器IC1的4脚、三极管BG1的发射极、三极管BG2的发射极、发光二极管LED3的负极、发光二极管LED6的负极、发光二极管LED9的负极、发光二极管LED12的负极均接地。
2.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，双运算放大器IC1的型号为LM358；三端可调正稳压器集成电路IC2的型号为LM317。
3.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，二极管D1、二极管D2的型号为1N4148，二极管D3的型号为IN5819。
4.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，三极管BG1～BG3为NPN管型，型号为8050。
5.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，发光二极管LED1～LED12为白色LED超高亮度发光二极管，工作电压为3V，工作电流为20mA。
6.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，稳压二极管DW1的稳压值为5.6V，稳压二极管DW2的稳压值为3V，稳压二极管DW3的稳压值为14V。
7.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，光敏电阻Rt的型号为GL3516。
8.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，继电器J1、继电器J2的型号为JRX-20F。
9.根据权利要求1所述的一种智能太阳能草坪灯，其特征在于，太阳能电池PV为单晶硅太阳能电池片，工作电压为18V；蓄电池E为12V/4Ah免维护铅酸蓄电池。
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