CN201561358U - 智能控制的太阳能光电照明系统 - Google Patents

Abstract

一种智能控制的太阳能光电照明系统包括智能控制器、太阳能电池板群、蓄电池组群、蓄电池充电放电电流监测电路、蓄电池充电放电控制电路和高亮度LED灯组群。太阳能电池板群与蓄电池组群连接；蓄电池组群与高亮度LED灯组群连接。蓄电池充放电电流监测电路的两输入端分别连接于蓄电池组群的输入端和输出端，输出端连接于智能控制器。蓄电池充电放电控制电路与蓄电池组群和智能控制器连接。本实用新型的智能控制器通过蓄电池充电放电电流监测电路检测放电电流和充电电流而计算充电、放电的电能，并通过充放电控制电路信号而调整蓄电池组群的充电或者放电，保证设备的运行。

Description

智能控制的太阳能光电照明系统

技术领域

本实用新型涉及一种光电照明系统，尤其涉及一种智能控制的太阳能光电照明系统。

背景技术

近年来，由于化石能源(煤、石油、天然气)的价格不断攀升，其资源逐步枯竭的“前景”也略显端倪，由化石能源使用的环境污染、生态退化、全球变暖亦日益严重，因而人们都把眼光投向可再生能源和天然绿色能源，太阳能是一种天然、环保绿色能源。由太阳能电池板提供的绿色、清洁电能越来越受人们重视和被推广应用。随着人类文明社会的到来，照明是一项重要的需求，有资料表明在现代社会中，照明用电的消耗占总发电量的20％以上。提高照明灯具的光电转换效率，节省照明用电是节约型社会的一项重要标志。然而，休闲照明和景观照明又是一个城市文明的象征，他和节约照明用电之间存在有明显的矛盾。蓄电池是最常用的储存电能的设备，在电能不用时，将电能转换成化学能保存在蓄电池中，在需要时，再将化学能转换成电能释放。

目前，太阳能光电照明系统包括太阳能电池板群、充电电路、蓄电池、放电电路和LED灯群。太阳能电池板群通过充电电路向蓄电池充电。蓄电池通过放电电路向LED灯群放电，从而使得LED灯发光，达到照明的要求。然而，上述太阳能照明设备中，无法得知蓄电池的剩余电量，从而，不能保证正常照明。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种智能控制的太阳能光电照明系统，该照明系统获知蓄电池的剩余电量，从而，合理的利用电能，保证正常照明。

本实用新型为了达到上述的目的，所采取的技术方案是：

一种智能控制的太阳能光电照明系统包括智能控制器、太阳能电池板群、蓄电池组群、蓄电池充电放电电流监测电路、蓄电池充电放电控制电路和高亮度LED灯组群；太阳能电池板群与蓄电池组群连接；蓄电池组群与高亮度LED灯组群连接；蓄电池充放电电流监测电路的两输入端分别连接于蓄电池组群的输入端和输出端，蓄电池充放电电流监测电路的输出端连接于智能控制器；蓄电池充电放电控制电路与蓄电池组群和智能控制器连接。

所述蓄电池组群和高亮度LED灯组群之间还连接有高亮度LED可调亮度驱动电路，该高亮度LED可调亮度驱动电路还与智能控制器连接，所述控制器给予驱动电路指令而使得高亮度LED可调亮度驱动电路输出PWM信号而调整高亮度LED灯组群的亮度。

所述太阳能光电照明系统还包括太阳能电池板连接控制电路，该电路连接在智能控制器与太阳能电池板群之间，并根据智能控制器的指令而使得太阳能电路板串联或者并联。

所述智能控制的太阳能光电照明系统还包括太阳能电池板群电流输出控制电路，该电路连接在太阳能电池板群与蓄电池组群之间，并接受智能控制器的信号，而调节输入蓄电池组群的电流。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过蓄电池充电放电电流监测电路检测放电电流和充电电流并结合智能控制器记录的充电和放电时间而计算充电、放电的电能，智能控制器根据蓄电池的充放电电能估算蓄电池组群中的储存电能，智能控制器给予蓄电池充放电控制电路信号而调整蓄电池组群的充电或者放电，从而，保证蓄电池组群的电量，保证设备的照明。

2、本实用新型包括高亮度LED灯可调亮度驱动电路，可通过调制信号调节蓄电池的输出电流值，从而，可根据蓄电池中的储存电能和照明需求智能控制高亮度LED灯组的亮度，合理使用蓄电池储组群中储存电能。

3、本实用新型包括太阳能电池板连接控制电路，可根据太阳能电池板的输出电流使得太阳能电池板相互串联或者并联，使太阳能电池板群从光能转换获得的电能以较高效力输出给蓄电池。

4、本实用新型包括太阳能电池板群电流输出控制电路，这样，可以控制太阳能电池板群的输出电流与蓄电池的输出电流相匹配，从而，光能转换获得的电能以较高效力输出给蓄电池。

附图说明

图1是本实用新型智能控制的太阳能光电照明系统的原理图；

图2是本实用新型智能控制的太阳能光电照明系统的智能控制器的电路图；

图3是本实用新型智能控制的太阳能光电照明系统的蓄电池充电放电电流监测电路的电路图；

图4是本实用新型智能控制的太阳能光电照明系统的蓄电池充电放电控制电路的具体电路图；

图5是本实用新型智能控制的太阳能光电照明系统的高亮度LED可调亮度驱动电路的具体电路图；

图6是本实用新型智能控制的太阳能光电照明系统的太阳能电池板连接控制电路的具体电路图；

图7是本实用新型智能控制的太阳能光电照明系统的太阳能电池板群电流输出控制电路的具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的结构特征。

请参阅图1，本实施例中，智能控制的太阳能光电照明系统智能控制器1、太阳能电池板群2、蓄电池组群3、蓄电池充电放电电流监测电路4、蓄电池充电放电控制电路5和高亮度LED灯组群6。太阳能电池板群2与蓄电池组群3连接。蓄电池组群3与高亮度LED灯组群6连接。蓄电池充放电电流监测电路4的两输入端分别连接于蓄电池组群3的输入端和输出端。蓄电池充放电电流监测电路4的输出端连接于智能控制器1。蓄电池充电放电控制电路5与蓄电池组群3和智能控制器1连接。另外，本实用新型还包括高亮度LED灯可调亮度驱动电路7、太阳能电池板连接控制电路8和太阳能电池板群电流输出控制电路9。高亮度LED灯可调亮度驱动电路7连接在蓄电池组群3和高亮度LED灯组群6之间。太阳能电池板连接控制电路8连接在智能控制器1与太阳能电池板群2之间。太阳能电池板群电流输出控制电路9连接在太阳能电池板群2和蓄电池组群3之间，并且还与智能控制器1连接。

请参阅图2并结合图1，智能控制器1包括处理器模块U11、稳压模块12和时钟模块13。处理器模块U11采用ATMEL公司的ATmega48芯片。稳压模块12包括稳压芯片U12、电容C11和电容C12，稳压芯片U12采用三端集成稳器LM7805芯片。时钟模块13包括实时时钟芯片U13、晶振X12和电容C13，实时时钟芯片U13采用美信公司的DS1302芯片。电容C13采用法拉电容。

处理器模块U11、稳压模块U12和时钟模块13采用如下关系连接：

处理器模块U11、稳压模块U12和时钟模块U13之间以及附属电路连接如下：处理器模块U11的第3、5、20、21管脚接稳压模块12的第2管脚GND，第4、6管脚接稳压芯片U12的第3管脚Vcc，第29管脚经电阻R28接Vcc，第18管脚经电感L11接Vcc、经电容C14接GND，第1、2、32管脚分别接时钟芯片U13的第6、5、7管脚。

稳压芯片U12的第1管脚接蓄电池组群3的电能输端Vbatout，第1管脚经电容C11接第2管脚GND，第2管脚GND接蓄电池组群3的地GND，GND是智能控制的太阳能光电照明系统的参考地，第3管脚经电容C12接GND，第3管脚接Vcc，Vcc是太阳能光电照明系统的稳定工作电压。稳压芯片U12为智能控制器1提供稳定的电压，该电压来源于蓄电池组群3。

实时时钟芯片U13的第1管脚接稳压芯片12的第3管脚Vcc，第4管脚接稳压芯片12的第2管脚地GND，第2、3管脚分别接晶振X12的二个引脚，第5、6、7管脚分别接处理器模块U11的第1、2、32管脚，为处理器模块提供时钟数据，第8管脚经电容C13接地GND。

请参阅图3并结合图1，蓄电池充电放电电流监测电路4包括电流测量芯片U41、U42，电阻R41、R42、R43、R44和电流取样电阻R96、R76组成，电阻R96和R76是电流取样电阻，分别接在太阳能电池板群2的输出端和蓄电池组群3的输出端，电流测量芯片U41、U42采用美信公司出品的MAX4173芯片，电流取样电阻R96、R76采用康铜丝绕制，电流测量芯片U41的第1、2脚并接电流取样电阻R96的两端，采样太阳能电池板群对蓄电池组群的充电电流大小，电流测量芯片U41的第8脚接系统工作电压Vcc，第7脚经电阻R41接Vcc，第5脚接系统地GND，第6脚经电阻R42接GND，电流测量芯片U41的第5脚与智能控制器1的第一电流输入端ADC41连接，电流测量芯片U42的第1、2脚并接电流取样电阻R76的两端，采样蓄电池组群3的输出电流。电流测量芯片U42的第8脚接系统工作电压Vcc，第7脚经电阻R43接Vcc，第5脚接系统地GND，第6脚经电阻R44接GND，电流测量芯片U42的第5脚与智能控制器1的第二电流输入端ADC42连接。

请参阅图4，蓄电池充电放电控制电路5包括蓄电池B51、B52，继电器REL51、REL52，二极管D51、D52，晶体管Q51、Q52，电容C51、C52和电阻R51、R52。蓄电池B51的正极接继电器REL51的第3脚，负极接系统工作电源地GND。蓄电池B52的正极接继电器REL52的第3脚，负极接系统工作电源地GND。继电器REL51的第4脚接与继电器REL52的第3脚并接后接蓄电池组群的电源输入端Vbatin，继电器REL51的第3脚接与继电器REL52的第4脚并接后接蓄电池组群的电源输出端Vbatout。继电器REL51的第2脚并接二极管D51的第2脚后接系统工作电压Vcc，继电器REL51的第1脚并接二极管D51的第1脚后接晶体管Q51的第3脚。晶体管Q51的第2脚接系统的工作电源地GND，晶体管Q51的第1脚经电容C51接系统的工作电源地GND，晶体管Q51的第1脚经电组R51接智能控制器1的蓄电池B51控制信号端CTRL-51。继电器REL52的第2脚并接二极管D52的第2脚后接系统工作电压Vcc，继电器REL52的第2脚并接二极管D52的第1脚后接晶体管Q52的第3脚，晶体管Q52的第2脚接系统的工作电源地GND，晶体管Q52的第1脚经电容C52接系统的工作电源地GND，晶体管Q52的第1脚经电阻R52接智能控制器1的蓄电池B52控制信号CTRL-52端。

请参阅图1、图2、图3和图4，本实用新型的工作过程如下：

首先，实时时钟芯片U13产生智能控制器1的处理器模块U11工作所需的时钟信号，稳压模块12为处理器模块11提供工作电压。蓄电池充电放电电流监测电路4的电流测量芯片U41和U42分别测量蓄电池组群3的输入电流值和输出电流值并分别通过第一电流输入端ADC41和第二电流输入端ADC42输入智能控制器1的处理器模块U11，处理器模块U11根据输入电流值和输出电流值以及工作时间计算蓄电池组群3的剩余电量，智能控制器1的处理器模块U11根据剩余电量通过控制信号端CTRL_51以及CIRL_52向蓄电池充电放电控制电路5发出信号，所述信号经过晶体管Q51传输至继电器REL51，经过晶体管Q52传输至继电器REL52，继电器REL51和REL52工作使得蓄电池B51的输入端3和蓄电池B52的输入端3通过Vbatin与太阳能电池板群连接，从而，对蓄电池充电；当电量太多时，智能控制器1的处理器模块U11通过控制信号端CTRL_51以及CIRL_52向蓄电池充电放电控制电路5发出信号，所述信号经过晶体管Q51传输至继电器REL51，经过晶体管Q52传输至继电器REL52，继电器REL51和REL52工作使得蓄电池B51的输入端3和蓄电池52的输入端3通过Vbout向亮度LED灯组群6放电，使得高亮度LED灯组群6工作，因此，本实用新型能够智能计算蓄电池组群3中剩余的电量，并根据该电量智能调节蓄电池的充电或者放电，从而，保证设备的正常运行。

请参阅图5并结合图1，本实用新型还包括高亮度LED可调亮度驱动电路7，高亮度LED可调亮度驱动电路7包括恒流控制芯片U71，电感L71，电容C72，肖特基二极管D71，电阻R72、R73、R74、R75、R76。恒流控制芯片U71采用CATALYST公司的CAT4201芯片，恒流控制芯片U71的第5脚经电流取样电阻R76接蓄电池组群的电源输出端Vbatout，恒流控制芯片U71的第5脚接LED+，LED+接高亮度LED灯的阳极，第4脚经肖特基二极管D71接第5脚，第4脚经电感L1和电容C72接第5脚，第3脚经电阻R72接系统地GND，第1脚经电阻R73接晶体管Q71的第2脚，晶体管Q71的第3脚接电感L71与电容C71的连接点LED-，LED-接高亮度LED灯的阴极，晶体管Q71的第1脚经电阻R75接地GND，经电阻R74接智能控制器1的处理器模块U11的LED亮度控制调节信号输入端CTRL-71。

本实用新型包括高亮度LED可调亮度驱动电路7主要是在蓄电池组群3充电受限制且电量不是很充足的情况下，通过调整高亮度LED灯的亮度来保证持续供电。智能控制器1调整亮度的工作过程如下：智能控制器1的处理器模块U11根据存储的电能信号发出PWM信号，该PWM信号控制晶体管Q71的导通时间，从而，控制恒流控制芯片U71的第1脚的关闭和开启时间，进而，控制高亮度LED灯的亮度，比如，当PWM信号的幅值从2.6V逐渐下降到0.9V的时候，高亮度LED灯逐渐变暗直至熄灭。

请参阅图6并结合图1，本实用新型还包括太阳能电池板连接控制电路8，太阳能电池板连接控制电路8包括太阳能板S81和S82，晶体管Q81和Q82、电阻R81和R82、电容C81和C82、二极管D81和D82以及继电器REL81和REL82。太阳能电池板S81的第1脚接继电器REL82的第5脚，第二脚接继电器REL82的第3脚和继电器REL81的第5脚，太阳能电池板S82的第1脚接继电器REL81的第6脚和继电器REL82的第6脚，第二脚接继电器REL82的第4脚，太阳能电池板S81的第1脚接太阳能电池板群的电源输出Vsun，太阳能电池板S82的第2脚接太阳能电池板群的电源地Gsun，继电器REL81的第1脚并接二极管D81的第2脚后接系统的工作电压端Vcc，继电器REL81的第2脚并接二极管D81的第1脚后接晶体管Q81的第3脚，晶体管Q81的第2脚接系统的工作电源地GND，晶体管Q81的第1脚经电容C81接系统的工作电源地GND，晶体管Q81的第1脚经电阻R81接智能控制器1的处理器模块U11的串联控制端CTRL-81，继电器REL82的第1脚并接二极管D82的第2脚后接系统的工作电压端Vcc，继电器REL82的第2脚并接二极管D82的第1脚后接晶体管Q82的第3脚，晶体管Q82的第2脚接系统的工作电源地GND，晶体管Q82的第1脚经电容C82接系统的工作电源地GND，晶体管Q82的第1脚经电阻R82接智能控制器1的处理器模块U11的并联控制端CTRL-82。

请参阅图6并结合图1，本实用新型包括太阳能电池板连接控制电路8后，本实用新型的工作过程如下：智能控制器1通过判别监测到的太阳能电池给蓄电池充电电流，当充电电流值小于设定值时，智能控制器1的处理器模块U11给出串联指令，串联指令通过电阻R81、晶体管Q81传递至继电器REL81，继电器REL81工作使得开关5、6闭合，从而将太阳能电池板S81和S82串联，通过太阳能电池板群的电源输出Vsun向蓄电池组群3输出电流；智能控制器1通过判别监测到的太阳能电池给蓄电池充电电流，当充电电流值大于设定值时，智能控制器1的处理器模块U11给出并联指令，并联指令通过电阻R82、晶体管Q82传递至继电器REL82，继电器REL82工作使得开关5和6闭合以及3和4闭合，从而将太阳能电池板S81和S82并联，通过太阳能电池板群的电源输出Vsun向蓄电池组群3输出电流。通过控制太阳能电池板的连接方式，使太阳能电池板群从光能转换获得的电能以较高效力输出给蓄电池。

请参阅图7并结合图1，本实用新型还包括太阳能电池板输出电流控制电路9。太阳能电池板输出电流控制电路9包括恒流控制芯片U91，电感L91，电容C92，肖特基二极管D91，电阻R93、R95、R94、R96和光耦U95。恒流控制芯片U91采用ZETEX公司的ZXLD1360芯片，恒流控制芯片U91的第5脚接太阳能电池板群的电源输出Vsun，恒流控制芯片U91的第5脚经太阳能电池板输出电流取样电阻R96接恒流控制芯片U91第4脚，恒流控制芯片U91第4脚接蓄电池组群的电源输入端Vbatin，恒流控制芯片U91第1脚经肖特基二极管D91接第5脚，U91第1脚经电感L91接系统地GND，恒流控制芯片U91第2脚接太阳能电池板群的地Gsun，恒流控制芯片U91的第3脚经电阻R95接光耦U95第4脚，光耦U95第4脚经电阻R93接Vsun，光耦U95第3脚接地Gsun，光耦U95第2脚接系统地GND，光耦U95第2脚经电阻R94接智能控制器1的处理器模块U11的太阳能电池板输出电流控制信号端CTRL-91，电容C91接在太阳能电池板群2的电源输出Vsun和太阳能电池板群地Gsun间。

请参阅图7并结合图1，太阳能电池板输出电流控制电路9的工作过程是：处理器模块U11根据蓄电池充放电电路监测电路4的输入电流值和输出电流值作出判断，如果输出电流与输入电流的差值太大，处理器模块U11给出PWM信号，该PWM信号通过太阳能电池板输出电流控制信号端CTTRLL-91向恒流控制芯片U91发出信号，恒流控制芯片U91增大对蓄电池组群3的输出电流，通过改变PWM信号的幅值，可以改变恒流控制芯片U91对蓄电池组群3的输出电流的大小。通过改变太阳能电池板的输出电流，使得该电流与蓄电池组群的输出电流相一致，可以使得太阳能电池板群2从光能转换获得的电能以较高效力输出给蓄电池组群3。

Claims (4)

1.一种智能控制的太阳能光电照明系统，其特征在于：该系统包括智能控制器、太阳能电池板群、蓄电池组群、蓄电池充电放电电流监测电路、蓄电池充电放电控制电路和高亮度LED灯组群；太阳能电池板群与蓄电池组群连接；蓄电池组群与高亮度LED灯组群连接；蓄电池充放电电流监测电路的两输入端分别连接于蓄电池组群的输入端和输出端，蓄电池充放电电流监测电路的输出端连接于智能控制器；充电放电与蓄电池组群和智能控制器连接。

2.如权利要求1所述的太阳能光电照明系统，其特征在于：所述蓄电池组群和高亮度LED灯组群之间还连接有高亮度LED可调亮度驱动电路，该高亮度LED可调亮度驱动电路还与智能控制器连接，所述控制器给予驱动电路指令而使得高亮度LED可调亮度驱动电路输出PWM信号而调整高亮度LED灯组群的亮度。

3.如权利要求1所述的太阳能光电照明系统，其特征在于：所述太阳能光电照明系统还包括太阳能电池板连接控制电路，该电路连接在智能控制器与太阳能电池板群之间，并根据智能控制器的指令而使得太阳能电路板串联或者并联。

4.如权利要求1所述的太阳能光电照明系统，其特征在于：所述智能控制的太阳能光电照明系统还包括太阳能电池板群电流输出控制电路，该电路连接在太阳能电池板群与蓄电池组群之间，并接受智能控制器的信号，而调节输入蓄电池组群的电流。

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