CN201393328Y

CN201393328Y - 一种高寒地区太阳能路灯控制器

Info

Publication number: CN201393328Y
Application number: CN200920080428U
Authority: CN
Inventors: 王晏; 孙文君; 蒲盼年; 江林静; 莫小红; 甘桂林
Original assignee: QINGHAI SOLAR ENERGY POWER CO Ltd; QINGHAI NEW ENERGY (GROUP) CO Ltd
Current assignee: QINGHAI SOLAR ENERGY POWER CO Ltd; QINGHAI NEW ENERGY (GROUP) CO Ltd
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2019-04-23

Abstract

本实用新型涉及太阳能照明行业，具体地说是涉及一种适用于高寒地区的太阳能路灯控制器。本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器包括电压识别采样电路、电压比较电路、单片机、充电控制电路、稳压电源电路、拨码开关电路、系统指示电路和接线端子。本实用新型太阳能路灯控制器可使用于24V与48V自动转换系统，可以直接驱动直流节能灯或通过高频发生器驱动无极灯。通过对蓄电池的智能控制提高了蓄电池的使用寿命，提高了太阳能电池板的使用效率。由于本实用新型整个控制器的硬件选用的是耐电压、电流冲击，工作温度范围宽的器件，所选的器件适用于高寒地区使用。

Description

一种高寒地区太阳能路灯控制器

技术领域

本实用新型涉及太阳能照明行业，具体地说是涉及一种适用于高寒地区的太阳能路灯控制器。

背景技术

随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。同时，也随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能路灯的应用已经逐渐形成规模，太阳能在路灯照明领域发展已经日趋完善。无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充电放电条件加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电。太阳能控制器应兼有路灯控制功能，具有光控、并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。而目前太阳能路灯系统由于控制器对蓄电池保护不充分经常出现这样或那样的问题。

现有技术的路灯控制器的系统硬件包括SRC12C5410AD单片机、电压采集电路、负载输出控制与检测电路、LED显示电路及键盘电路，该系统的软件程序包括：主程序、定时中断程序、A/D转换子程序、外部中断子程序、负载管理子程序、充电管理子程序等。该控制器只能使用在自然环境较好的地区，而在自然环境较差而太阳能资源很丰富的地区该控制器很难正常工作。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有自适应功能、适合在高寒地区使用，可用在LED、高压钠灯、低压钠灯、金卤灯、无极灯等多种光源作为负载的的新型高寒地区太阳能路灯控制器。

本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器通过下述技术方案予以实现：本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器包括电压识别采样电路、输出控制电路、输出检测电路、单片机、充电控制电路、稳压电源电路、定时电路、系统指示电路和接线端子)，所述的电压识别采样电路，其采集电压B+、PV通过电阻R24和R27分压后得到AN0、AN1出的电压，AN0、AN1与单片机的17、18脚相连；所述的输出控制电路是由单片机的6、7脚送出信号给R2、R7用以控制Q2、Q4的导通状态，Q2、Q4的D端分别与L2-、L1-相连；所述的输出检测电路是Q2、Q4的S端a和b分别与输出检测电路的比较器U2的3脚和5脚连接，U2的1、7脚分别与单片机的12、13脚连接，比较器U2的8脚与稳压电源电路的+5V输出端连接，比较器U2的2、6脚分别串联电位器R9、R22后与稳压电源电路的+5V输出端连接，比较器U2的4脚与地线连接；所述的充电控制电路是由单片机的9脚送出PWM信号给R23，该信号通过Q6、R30、R28、Q7、R32、R31、Q8、D6、DZ3来控制Q9的导通状态，结合电压识别采样电路来实现充电控制，Q9的S端与PV-连接；所述的稳压电源电路输入端48VIN或24VIN分别通过接线端子的5脚或3脚与三端稳压器U3或U4连接，输出端+5V电源分别与单片机的3、4脚、14脚、比较器U2的8脚、定时电路的电阻R10、R11连接；所述的定时电路输入端通过电阻R10、R11与稳压电源电路输出端+5V连接，输出端AN2、AN3分别与单片机的1、2脚连接；所述的系统指示电路强充指示输入端EQC与单片机的8脚连接，欠压指示输入端EQY与单片机的10脚连接，光控指示输入端EGK与单片机的11脚连接。

本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器与现有技术相比较有如下有益效果：本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器具有自适应功能，适合在高寒地区使用，可用在LED、高压钠灯、低压钠灯、金卤灯、无极灯等多种光源作为负载。该控制器以PIC16F716-E/P单片机为核心，主要实现的功能有：对24V和48V蓄电池可自动识别、系统定时、蓄电池充放电控制、蓄电池状态指示、负载短路保护、内部短路保护、反向放电保护、极性反接保护、耐冲击电压、耐冲击电流等。本实用新型控制器具有两路负载输出，每路负载的额定电流为5A，两路负载可以随意设置同时亮点、分时亮点以及单独定时等工作模式，具有24V与48V自动识别功能，采用光控+定时对蓄电池进行智能控制。针对蓄电池的特性，实现了对蓄电池的保护功能，即：欠压保护、过充保护、反接保护和负载短路保护等功能，另外还具有防反充保护、耐冲击电压、耐冲击电流及耐高寒气候环境等功能。本实用新型太阳能路灯控制器可使用于24V与48V自动转换系统，可以直接驱动直流节能灯或通过高频发生器驱动无极灯等作为光源。通过对蓄电池的智能控制提高了蓄电池的使用寿命，提高了太阳能电池板的使用效率。由于本实用新型整个控制器的硬件选用的是耐电压、电流冲击，工作温度范围宽的器件，所选的器件适用于高寒地区使用。

附图说明

本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器有如下附图：

图1为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器原理框图；

图2为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器电压识别采样电路结构示意图；

图3为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器电压比较电路结构示意图；

图4为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器单片机接线电路结构示意图；

图5为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器充电控制电路结构示意图；

图6为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器稳压电源电路结构示意图；

图7为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器定时电路结构示意图；

图8为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器系统指示电路结构示意图；

图9为本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器接线端子接线结构示意图。

其中：1、电压识别采样电路；2、控制输出电路；3、输出检测电路；4、单片机；5、充电控制电路；6、稳压电源电路；7、定时电路；8、系统指示电路；9、接线端子。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器技术方案作进一步描述。

如图1-图9所示，本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器包括电压识别采样电路1、输出控制电路2、输出检测电路3、单片机4、充电控制电路5、稳压电源电路6、定时电路7、系统指示电路8和接线端子9，所述的电压识别采样电路1，其采集电压B+、PV通过电阻R24和R27分压后得到AN0、AN1出的电压，AN0、AN1与单片机4的17、18脚相连；所述的输出控制电路2是由单片机4的6、7脚送出信号给R2、R7用以控制Q2、Q4的导通状态，Q2、Q4的D端分别与L2-、L1-相连；所述的输出检测电路3是Q2、Q4的S端a和b分别与输出检测电路3的比较器U2的3脚和5脚连接，U2的1、7脚分别与单片机4的12、13脚连接，比较器U2的8脚与稳压电源电路6的+5V输出端连接，比较器U2的2、6脚分别串联电位器R9、R22后与稳压电源电路6的+5V输出端连接，比较器U2的4脚与地线连接；所述的充电控制电路5是由单片机4的9脚送出PWM信号给R23，该信号通过Q6、R30、R28、Q7、R32、R31、Q8、D6、DZ3来控制Q9的导通状态，结合电压识别采样电路1来实现充电控制，Q9的S端与PV-连接；所述的稳压电源电路6输入端48VIN或24VIN分别通过接线端子9的5脚或3脚与三端稳压器U3或U4连接，输出端+5V电源分别与单片机4的3、4脚、14脚、比较器U2的8脚、定时电路7的电阻R10、R11连接；所述的定时电路7输入端通过电阻R10、R11与稳压电源电路6输出端+5V连接，输出端AN2、AN3分别与单片机4的1、2脚连接；所述的系统指示电路8强充指示输入端EQC与单片机4的8脚连接，欠压指示输入端EQY与单片机4的10脚连接，光控指示输入端EGK与单片机4的11脚连接。

所述的电压识别采样电路1设置有内部短路保护和极性反接保护的F1和二极管D，设置有防反充电路Q5，防反充保护电路Q5一端F1连接，与PV连接；所述的接线端子电路9的1脚与太阳电池板的PV+和线路板的PV+连接，2脚与太阳电池板的PV-和线路板的PV-连接，3脚与24V蓄电池的B+和线路板的24VIN连接，4脚与F1连接，5脚与48V蓄电池的B+和线路板的48VIN连接，6脚与蓄电池B-和电路板的B-连接，7脚与负载2的负端和电路板的L2-连接，8脚与负载1的负端和电路板的L1-连接。

实施例1。

本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器包括电压识别采样电路1和输出控制电路2结构如图2所示，所述的输出检测电路3如图3所示，单片机4接线结构如图4所示，充电控制电路5结构如图5所示，稳压电源电路6结构如图6所示，拨码开关电路7结构如图7所示，系统指示电路8结构如图8所示，接线端子9接线结构如图9所示，所述的电压识别采样电路1，其采集电压B+、PV通过电阻R24和R27分压后得到AN0、AN1出的电压，AN0、AN1与单片机4的17、18脚相连；所述的输出控制电路2是由单片机4的6、7脚送出信号给R2、R7用以控制Q2、Q4的导通状态，Q2、Q4的D端分别与L2-、L1-相连；所述的输出检测电路3是Q2、Q4的S端a和b分别与输出检测电路3的比较器U2的3脚和5脚连接，U2的1、7脚分别与单片机4的12、13脚连接，比较器U2的8脚与稳压电源电路6的+5V输出端连接，比较器U2的2、6脚分别串联电位器R9、R22后与稳压电源电路6的+5V输出端连接，比较器U2的4脚与地线连接；所述的充电控制电路5是由单片机4的9脚送出PWM信号给R23，该信号通过Q6、R30、R28、Q7、R32、R31、Q8、D6、DZ3来控制Q9的导通状态，结合电压识别采样电路1来实现充电控制，Q9的S端与PV-连接；所述的稳压电源电路6输入端48VIN或24VIN分别通过接线端子9的5脚或3脚与三端稳压器U3或U4连接，输出端+5V电源分别与单片机4的3、4脚、14脚、比较器U2的8脚、定时电路7的电阻R10、R11连接；所述的定时电路7输入端通过电阻R10、R11与稳压电源电路6输出端+5V连接，输出端AN2、AN3分别与单片机4的1、2脚连接；所述的系统指示电路8强充指示输入端EQC与单片机4的8脚连接，欠压指示输入端EQY与单片机4的10脚连接，光控指示输入端EGK与单片机4的11脚连接。

所述的电压识别采样电路1设置有内部短路保护和极性反接保护的F1和二极管D，设置有防反充电路Q5，防反充保护电路Q5一端F1连接，与PV连接；所述的接线端子电路9的1脚与太阳电池板的PV+和线路板的PV+连接，2脚与太阳电池板的PV-和线路板的PV-连接，3脚与24V蓄电池的B+和线路板的24VIN连接，4脚与F1连接，5脚与48V蓄电池的B+和线路板的48VIN连接，6脚与蓄电池B-和电路板的B-连接，7脚与负载2的负端和电路板的L2-连接，8脚与负载1的负端和电路板的L1-连接。采用一级机两级降压后通过7805稳压，来给pic16f716单片机和比较器LM393提供电源。

所述的定时电路7输入端通过电阻R10、R11与稳压电源电路6输出端+5V连接，输出端AN2、AN3分别与单片机4的1、2脚连接；所述的系统指示电路8强充指示输入端EQC与单片机4的8脚连接，欠压指示输入端EQY与单片机4的10脚连接，光控指示输入端EGK与单片机4的11脚连接。单片机4根据检测到得B+、PV+的电压值，来让单片机的8、10、11脚送出相应的信号。

当系统接通电源时，单片机的17、18脚会采集到来自B+和PV+的电压值，然后根据这个电压值单片机会判断出该系统是12V系统还是24V系统、蓄电池的电压是否正常，系统是否处于充电状态、是白天还是黑夜，系统是否需要将负载点亮等，如果单片机检测蓄电池电压正常而且是白天，那么单片机的6、7脚会送出一高电平，整个系统的负载处于断开状态，如果是黑夜，那么单片机的6、7脚会送出一低电平，整个系统的负载处于点亮状态。如果在负载工作的过程中没有发生蓄电池欠压、负载短路、过载等情况的话，负载一直工作到我们通过定时电路所设定的时间，到设定的时间或蓄电池欠压、内部短路、负载短路、过载等情况后单片机的6、7会送出高电平去切断负载。

定时电路7是通过电阻R10、R14、R15、R16、和R11、R17、R18、R19借助拨码开关将5V电压分压来实现的，AN2、AN3处电压值与拨码开关的状态有关，将分压得到的电压值送至单片机4的1、2脚，然后由单片机4控制定时。

所述的电压识别采样电路1设置有内部短路保护和极性反接保护的三极管D3，设置有防反充保护电路Q5，防反充保护电路Q5一端与接线端子8的4脚和电阻R24一端连接，防反充保护电路Q5另一端分别与接线端子8的1脚和电阻R27一端连接。

本实用新型一种高寒地区太阳能路灯控制器是这样工作的：本实用新型控制器的欠压断开和恢复功能、充满断开和恢复功能通过对电压采样后由单片机4来实现。充电方式采用脉宽调制(PWM)模式，另外设置强充模式作为补充。当蓄电池电压低于10.8V时，蓄电池欠压保护，负载断开，蓄电池停止放电；当蓄电池电压升高到12.8V时，蓄电池欠压恢复，蓄电池可以继续放电；当蓄电池电压超过13.4V时，蓄电池开始浮充，即采用PWM脉宽调制模式充电；当蓄电池电压降到12.6V时，蓄电池浮充模式关闭开始进行正常的充电；当蓄电池电压上升到14.4V时，蓄电池过充保护，停止充电。另外当蓄电池连续三天内都有欠压情况出现时，蓄电池将进入强充状态。以上一系列充电控制都由蓄电池来完成，使蓄电池不会发生过放电或过充电，延长了蓄电池的使用寿命，提高了太阳能路灯系统运行可靠性。控制器所处的状态通过LED直观显示。电压识别采样电路1工作过程：单片机的6脚送出一驱动信号来控制Q2的导通状态，系统正常工作时，6脚送出低电平信号，当有负载短路、内部短路等情况时，R1上产生一大的压降，这个压降与提前设置好的电压值通过LM393AN比较，得到一个高电平把比较后得到的信号送入单片机的13脚，单片机的13脚接收到这个信号后马上通过单片机3的6脚送出高电平信号，使系统保护。负载短路保护过程分析：系统有两路输出，所以短路保护也分为两路，先一其中一路为例做一分析。当负载正常时，单片机的6脚送出一驱动信号来控制MOS管Q2(IRF540)的导通状态，系统正常工作时，6脚送出低电平信号，当有负载短路、内部短路等情况时，R1上产生一大的压降，这个压降与提前设置好的电压值通过LM393AN比较，得到一个高电平把比较后得到的信号送入单片机的13脚，单片机的13脚接收到这个信号后使其6脚送出高电平信号，负载被切断，系统得到保护。另一路保护是通过单片机的12脚和7脚控制的，控制过程与上述控制程序相同。

内部短路保护和极性反接保护是通过一大功率二极管D3和一个保险来实现；防反充保护是通过STTH2003双二极管Q5来实现。整个控制器的硬件器件的选型中都选用耐电压、电流的冲击，所选的器件都适合在高寒地区适用。

本实用新型控制器对路灯分为白天和黑夜定时启动关闭程序控制运行，通过拨码开关电路设定启动关闭时间，通过输出端AN2、AN3给单片机3的1、2脚发出指令，由单片机3判断定时控制路灯启动和关闭。

Claims

1、一种高寒地区太阳能路灯控制器，包括电压识别采样电路(1)、输出控制电路(2)、输出检测电路(3)、单片机(4)、充电控制电路(5)、稳压电源电路(6)、定时电路(7)、系统指示电路(8)和接线端子(9)，其特征在于：所述的电压识别采样电路(1)，其采集电压B+、PV通过电阻R24和R27分压后得到AN0、AN1出的电压，AN0、AN1与单片机(4)的17、18脚相连；所述的输出控制电路(2)是由单片机(4)的6、7脚送出信号给R2、R7用以控制Q2、Q4的导通状态，Q2、Q4的D端分别与L2-、L1-相连；所述的输出检测电路(3)是Q2、Q4的S端a和b分别与输出检测电路(3)的比较器U2的3脚和5脚连接，U2的1、7脚分别与单片机(4)的12、13脚连接，比较器U2的8脚与稳压电源电路(6)的+5V输出端连接，比较器U2的2、6脚分别串联电位器R9、R22后与稳压电源电路(6)的+5V输出端连接，比较器U2的4脚与地线连接；所述的充电控制电路(5)是由单片机(4)的9脚送出PWM信号给R23，该信号通过Q6、R30、R28、Q7、R32、R31、Q8、D6、DZ3来控制Q9的导通状态，结合电压识别采样电路(1)来实现充电控制，Q9的S端与PV-连接；所述的稳压电源电路(6)输入端48VIN或24VIN分别通过接线端子(9)的5脚或3脚与三端稳压器U3或U4连接，输出端+5V电源分别与单片机(4)的3、4脚、14脚、比较器U2的8脚、定时电路(7)的电阻R10、R11连接；所述的定时电路(7)输入端通过电阻R10、R11与稳压电源电路(6)输出端+5V连接，输出端AN2、AN3分别与单片机(4)的1、2脚连接；所述的系统指示电路(8)强充指示输入端EQC与单片机(4)的8脚连接，欠压指示输入端EQY与单片机(4)的10脚连接，光控指示输入端EGK与单片机(4)的11脚连接。

2、根据权利要求1所述的高寒地区太阳能路灯控制器，其特征在于：所述的电压识别采样电路(1)设置有内部短路保护和极性反接保护的F1和二极管D，设置有防反充电路Q5，防反充保护电路Q5一端F1连接，与PV连接；所述的接线端子电路(9)的1脚是连接太阳电池板的PV+与线路板的PV+的，2脚是连接太阳电池板的PV-与线路板的PV-的，3脚是连接24V蓄电池的B+与线路板的24VIN的，4脚与F1连接，5脚是连接48V蓄电池的B+与线路板的48VIN的，6脚是连接蓄电池B-与电路板的B-的，7脚是连接负载2的负端与电路板的L2-的，8脚是连接负载1的负端与电路板的L1-的。