CN204157128U - 一种数字控制式太阳能路灯控制系统 - Google Patents

一种数字控制式太阳能路灯控制系统 Download PDF

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胡青华
杜云
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Abstract

本实用新型公开了一种数字控制式太阳能路灯控制系统,包括太阳能电池板、防雷击模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块、LED灯板,其中:太阳能电池板通过充电控制模块对蓄电池进行充电,并通过对充电电路多点电压、电流参数的采样和相应PWM信号实时监测、控制充电电流;蓄电池通过放电控制模块对LED灯板进行供电,并通过对放电电路多点电压、电流参数的采样和相应PWM信号实时监测、控制控制供电电流;防雷击模块可有效防止雷击产生的过电压对电路系统的冲击。本实用新型具有结构简单、精确控制、成本低、易维护等优点。

Description

一种数字控制式太阳能路灯控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种照明控制系统,特别是一种数字控制式太阳能路灯控制系统。
背景技术
[0002] 太阳能作为一种可再生的清洁能源,在人类生产和生活中已经得到了广泛应用,如利用太阳能为日常生活提供热水、利用太阳能发电等。随着低耗能的LED照明技术的发展,城市道路照明系统也开始普遍利用太阳能作为电能来源,如白天利用太阳能电池板将太阳能转化为电能并储存到蓄电池中,晚上再由蓄电池为LED路灯供电,这种太阳能LED路灯系统不仅耐用,而且低成本、低耗能,节省了大量的电力资源。
[0003] 但由于太阳能资源具有不稳定性,如以重庆为例的西南地区处于东南暖湿气流与西北冷空气的交汇地带,四季潮湿多雨且多雷电天气,是全国日照时间最短、光照强度最差、太阳能资源最不稳定的地区。在充电过程中,由于受天气条件影响,太阳能电池板电压、电流都不稳定,因此充电效率低,且会因为过冲而发生蓄电池电流倒灌现象,在频繁的雷雨天气下也容易遭雷电击中而被烧毁;同时,在放电过程中,由于蓄电池长期使用之后电压降低、电流也不稳定,继续过度使用则会造成蓄电池容量和使用寿命减少,且容易因蓄电池极性接反、负载短路、电流过大和启动浪涌电流等因素对LED灯具造成损坏。
[0004] 为了使太阳能路灯系统能够满足我国西南地区典型气候条件的需求,不仅首先需要有防雷击设计,还对太阳能充电效率、蓄电池放电效率提出了更高的要求,因此需要设计一款效率高、生产成本低、使用更安全的的太阳能路灯系统,才能在复杂气候条件下有效利用太阳能。
实用新型内容
[0005] 为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种数字控制式太阳能路灯控制系统,以实现全自动控制太阳能路灯系统的充电和放电过程,保证太阳能的利用效率和设备的安全。
[0006] 本实用新型采用的是技术方案为:包括太阳能电池板、防雷击模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块、LED灯板,其中:太阳能电池板通过充电控制模块对蓄电池进行充电并控制充电电流;蓄电池通过放电控制模块对LED灯板进行供电并控制供电电流;防雷击模块一端接太阳能电池板输出端、另一端接地,在太阳能电池板遭受雷击时,可将产生的过电流导入地面,避免系统被烧毁;
[0007] 所述充电控制模块包括PWM电流控制模块A、电流采样模块A、电压采样模块A、电压采样模块B、单片机控制模块,其中:PWM电流控制模块A—端连接太阳能电池板输出端、另一端连接电流采样模块A,并与单片机控制模块相连;电流采样模块A—端连接PWM电流控制模块A、另一端连接蓄电池输入端,并与单片机控制模块相连;电压采样模块A —端连接太阳能电池板输出端、另一端连接单片机控制模块;电压采样模块B—端连接蓄电池输入端、另一端连接单片机控制模块;
[0008] 所述放电控制模块包括PWM电流控制模块B、电流采样模块B、电压采样模块B、电压采样模块C、单片机控制模块,其中:PWM电流采样模块B—端连接蓄电池输出端、另一端连接电流采样模块B,并与单片机控制模块相连;电流采样模块B —端连接PWM电流控制模块B、另一端连接LED灯板输入端,并与单片机控制模块相连;电压采样模块C 一端连接LED灯板输入端、另一端连接单片机控制模块。
[0009] 所述PWM电流控制模块A包括电阻R1、N沟道增强型MOS管Ql、电感L1、电解电容Cl和驱动模块U2、光电耦合器U7,其中U2的输入端与单片机控制模块相连、输出端PWMl经过U7与Ql的G极相连、输出端PWM2与Q2的G极相连,Ql的S极与太阳能电池板输出端相连、D极经过LI和Cl的正极相连,Q2的S极接地、D极与Ql的D极相连,Rl并联在Ql的G极和S极之间,Cl的负极接地、正极经过电流采集模块A与蓄电池输入端相连;可接收单片机控制模块的PWM脉冲信号,并传输到Ql的G极,从而控制通过Ql的S极和D极的充电电流。
[0010] 进一步地,所述防雷击模块包括两个串联的陶瓷气体放电管D4、D5,当遭受雷击时,其中气体被瞬时高压击穿而由高阻抗变成低阻抗,从而将雷击电流短路到地面。
[0011] 进一步地,所述PWM电流控制模块B包括电阻R7、N沟道增强型MOS管Q3、电感L2、电解电容C2和驱动模块U3、光电耦合器U8,其中U3的输入端与单片机控制模块相连、输出端PWM3经过U7与N沟道增强型MOS管Q4的G极相连、输出端PWM4与Q3的G极相连,Q3的S极与蓄电池输出端相连、D极经过LI和Cl的正极相连,Q4的S极接地、D极与Q3的S极相连,R7并联在Q3的G极和S极之间,C2的负极接地、正极经过电流采集模块B与LED灯板输入端相连;可接收单片机控制模块的PWM脉冲信号,并传输到Q3的G极,从而控制通过Q3的S极和D极的放电电流。
[0012] 进一步地,所述驱动模块U2、U3均为TC4469芯片。
[0013] 进一步地,所述电压采样模块A包括电阻R2、电阻R3、电阻R11、电容C5、运算放大器U1A,其中R2 —端连接太阳能电池板的输出端、另一端串联R3后接地,UlA的同相输入端经过Rll连接在R2、R3之间、同时经过C5接地,UlA的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对太阳能电池板的两端电压进行实时监测、采样,并将采样信号传入单片机控制模块。
[0014] 所述电压采样模块B包括电阻R4、电阻R5、电阻R12、电容C6、运算放大器U1B,其中R4 —端连接蓄电池的输出端、另一端串联R5后接地,UlB的同相输入端经过R12连接在R4、R5之间、同时经过C6接地,UlB的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对蓄电池的两端电压进行实时监测、采样,并将采样信号传入单片机控制模块。
[0015] 所述电压采样模块C包括电阻R8、电阻R9、电阻R13、电容C7、运算放大器U1C,其中R8 —端连接LED灯板的输入端、另一端串联R9后接地,UlC的同相输入端经过Rll连接在R8、R9之间、同时经过C7接地,UlC的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对LED灯板的两端电压进行实时监测、采样,并将采样信号传入单片机控制模块。
[0016] 进一步地,所述电流采样模块A包括电阻R6、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和运算放大器U1D,其中R6串联在PWM电流控制模块A和蓄电池输入端之间,UlD的同相输入端经过R15接蓄电池的输入端、同时经过R16接地,UlD的反相输入端经过R14接PWM电流控制模块A、同时经过R17与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对流入蓄电池的充电电流进行实时监测、采样,并将电流采样信号转化为电压信号传入单片机控制模块。
[0017] 所述电流采样模块B包括电阻R10、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21和运算放大器U1E,其中RlO串联在PWM电流控制模块B和LED灯板输入端之间,UlD的同相输入端经过R19接LED灯板的输入端、同时经过R20接地,UlD的反相输入端经过R18接PWM电流控制模块B、同时经过R21与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对流入LED灯板的放电电流进行实时监测、采样,并将电流采样信号转化为电压信号传入单片机控制模块。
[0018] 进一步地,所述单片机控制模块为AT91SAM7S32单片机。
[0019] 本实用新型的有益效果为:
[0020] 所述防雷击模块可有效解决太阳能路灯系统因遭受雷击而被烧坏的问题;所述充电控制模块可对充电电路中多点电路参数进行采样、分析,并根据不同情况对充电电流进行自动控制,可有效提高充电效率,并防止过充、倒灌等问题,保证了蓄电池使用寿命;所述放电控制模块可对放电电路中多点电路参数进行采样、分析,并根据不同情况对放电电流进行自动控制,可实现分段式功率设定以适应不同规格的负载,还可有效防止蓄电池欠压过度放电、蓄电池极性反接、负载过流、负载短路、启动浪涌电流冲击等问题,有效保护蓄电池和LED灯板。本实用新型相对现有太阳能LED路灯系统还具有结构简单、成本低、易维护等有点。
附图说明
[0021] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0022] 图2为本实用新型的主电路结构图。
[0023] 图3为本实用新型的电压采样模块A部分电路结构图。
[0024] 图4为本实用新型的电压采样模块B部分电路结构图。
[0025] 图5为本实用新型的电压采样模块C部分电路结构图。
[0026]图6为本实用新型的电流采样模块A部分电路结构图。
[0027] 图7为本实用新型的电流采样模块B部分电路结构图。
[0028] 图8为本实用新型的PWM电流控制模块A部分电路结构图。
[0029] 图9为本实用新型的PWM电流控制模块B部分电路结构图。
具体实施方式
[0030] 结合附图及实施例对本实用新型进一步说明。
[0031] 如图1所示,本实用新型包括太阳能电池板、防雷击模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块、LED灯板,其中:太阳能电池板通过充电控制模块对蓄电池进行充电并控制充电电流;蓄电池通过放电控制模块对LED灯板进行供电并控制供电电流;防雷击模块一端接太阳能电池板输出端、另一端接地,在太阳能电池板遭受雷击时,可将产生的过电流导入地面,避免系统被烧毁。
[0032] 所述充电控制模块包括PWM电流控制模块A、电流采样模块A、电压采样模块A、电压采样模块B、单片机控制模块,其中:PWM电流控制模块A—端连接太阳能电池板输出端、另一端连接电流采样模块A,并与单片机控制模块相连;电流采样模块A—端连接PWM电流控制模块A、另一端连接蓄电池输入端,并与单片机控制模块相连;电压采样模块A —端连接太阳能电池板输出端、另一端连接单片机控制模块;电压采样模块B—端连接蓄电池输入端、另一端连接单片机控制模块。
[0033] 所述放电控制模块包括PWM电流控制模块B、电流采样模块B、电压采样模块B、电压采样模块C、单片机控制模块,其中:PWM电流采样模块B—端连接蓄电池输出端、另一端连接电流采样模块B,并与单片机控制模块相连;电流采样模块B —端连接PWM电流控制模块B、另一端连接LED灯板输入端,并与单片机控制模块相连;电压采样模块C 一端连接LED灯板输入端、另一端连接单片机控制模块。
[0034] 所述单片机控制模块为AT91SAM7S32单片机。
[0035] 如图2所示,所述防雷击模块包括两个串联的陶瓷气体放电管D4、D5,当遭受雷击时,其中气体被瞬时高压击穿而由高阻抗变成低阻抗,从而将雷击电流短路到地面。
[0036] 如图2、图8所示,所述PWM电流控制模块A包括电阻R1、N沟道增强型MOS管Q1、电感L1、电解电容Cl和驱动模块U2、光电耦合器U7,其中U2为TC4469芯片,U2的输入端与单片机控制模块相连、输出端PWMl经过U7与Ql的G极相连、输出端PWM2与Q2的G极相连,Ql的S极与太阳能电池板输出端相连、D极经过LI和Cl的正极相连,Q2的S极接地、D极与Ql的D极相连,Rl并联在Ql的G极和S极之间,Cl的负极接地、正极经过电流采集模块A与蓄电池输入端相连;可接收单片机控制模块的PWM脉冲信号,并传输到Ql的G极,从而控制通过Ql的S极和D极的充电电流。
[0037] 如图2、图9所示,所述PWM电流控制模块B包括电阻R7、N沟道增强型MOS管Q3、电感L2、电解电容C2和驱动模块U3、光电耦合器U8,其中U3为TC4469芯片,U3的输入端与单片机控制模块相连、输出端PWM3经过U7与N沟道增强型MOS管Q4的G极相连、输出端PWM4与Q3的G极相连,Q3的S极与蓄电池输出端相连、D极经过LI和Cl的正极相连,Q4的S极接地、D极与Q3的S极相连,R7并联在Q3的G极和S极之间,C2的负极接地、正极经过电流采集模块B与LED灯板输入端相连;可接收单片机控制模块的PWM脉冲信号,并传输到Q3的G极,从而控制通过Q3的S极和D极的放电电流。
[0038] 如图2、图3所示,所述电压采样模块A包括电阻R2、电阻R3、电阻R11、电容C5、运算放大器U1A,其中R2 —端连接太阳能电池板的输出端、另一端串联R3后接地,UlA的同相输入端经过Rll连接在R2、R3之间、同时经过C5接地,UlA的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对太阳能电池板的两端电压进行实时监测、采样,并将采样信号传入单片机控制模块。
[0039] 如图2、图4所示,所述电压采样模块B包括电阻R4、电阻R5、电阻Rl2、电容C6、运算放大器UlB,其中R4 —端连接蓄电池的输出端、另一端串联R5后接地,UlB的同相输入端经过R12连接在R4、R5之间、同时经过C6接地,UlB的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对蓄电池的两端电压进行实时监测、采样,并将采样信号传入单片机控制模块。
[0040] 如图2、图5所示,所述电压采样模块C包括电阻R8、电阻R9、电阻R13、电容C7、运算放大器U1C,其中R8 —端连接LED灯板的输入端、另一端串联R9后接地,UlC的同相输入端经过Rll连接在R8、R9之间、同时经过C7接地,UlC的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对LED灯板的两端电压进行实时监测、采样,并将采样信号传入单片机控制模块。
[0041 ] 如图2、图6所示,所述电流采样模块A包括电阻R6、电阻R14、电阻Rl5、电阻R16、电阻R17和运算放大器U1D,其中R6串联在PWM电流控制模块A和蓄电池输入端之间,UlD的同相输入端经过R15接蓄电池的输入端、同时经过R16接地,UlD的反相输入端经过R14接PWM电流控制模块A、同时经过R17与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对流入蓄电池的充电电流进行实时监测、采样,并将电流采样信号转化为电压信号传入单片机控制模块。
[0042] 如图2、图7所示,所述电流采样模块B包括电阻RlO、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21和运算放大器U1E,其中RlO串联在PWM电流控制模块B和LED灯板输入端之间,UlD的同相输入端经过R19接LED灯板的输入端、同时经过R20接地,UlD的反相输入端经过R18接PWM电流控制模块B、同时经过R21与其输出端和单片机控制模块的输入端相连;可对流入LED灯板的放电电流进行实时监测、采样,并将电流采样信号转化为电压信号传入单片机控制模块。
[0043] 本实用新型的单片机控制模块可接收电压采样模块A、电流采样模块A和电压采样模块B的采样信号,通过向PWM电流控制模块A发送控制信号实现对充电电流的自动、精确控制,实时调整充电电流值以保证充电效率,并能有效解决蓄电池过充、蓄电池电流倒灌等问题;还可接收电压采样模块C、电流采样模块B的采样信号,通过向PWM电流控制模块B发送控制信号实现对放电电流的自动、精确控制,实时调整放电电流值以适应不同额定功率的负载,并能有效防止蓄电池欠压过度放电、蓄电池极性反接、启动浪涌电流冲击、负载电流过大等因素对蓄电池和负载的影响。

Claims (7)

1.一种数字控制式太阳能路灯控制系统,其特征在于:包括太阳能电池板、防雷击模块、充电控制模块、蓄电池、放电控制模块、LED灯板,太阳能电池板通过充电控制模块对蓄电池进行充电并控制充电电流,蓄电池通过放电控制模块对LED灯板进行供电并控制供电电流,防雷击模块一端接太阳能电池板输出端、另一端接地; 所述充电控制模块包括PWM电流控制模块A、电流采样模块A、电压采样模块A、电压采样模块B、单片机控制模块,其中:PWM电流控制模块A—端连接太阳能电池板输出端、另一端连接电流采样模块A,并与单片机控制模块相连;电流采样模块A—端连接PWM电流控制模块A、另一端连接蓄电池输入端,并与单片机控制模块相连;电压采样模块A —端连接太阳能电池板输出端、另一端连接单片机控制模块;电压采样模块B —端连接蓄电池输入端、另一端连接单片机控制模块; 所述放电控制模块包括PWM电流控制模块B、电流采样模块B、电压采样模块B、电压采样模块C、单片机控制模块,其中:PWM电流采样模块B—端连接蓄电池输出端、另一端连接电流采样模块B,并与单片机控制模块相连;电流采样模块B —端连接PWM电流控制模块B、另一端连接LED灯板输入端,并与单片机控制模块相连;电压采样模块C 一端连接LED灯板输入端、另一端连接单片机控制模块; 所述PWM电流控制模块A包括电阻R1、N沟道增强型MOS管Ql、电感L1、电解电容Cl和驱动模块U2、光电耦合器U7,其中:U2的输入端与单片机控制模块相连、输出端PWMl经过U7与Ql的G极相连、输出端PWM2与N沟道增强型MOS管Q2的G极相连,Ql的S极与太阳能电池板输出端相连、D极经过LI和Cl的正极相连,Q2的S极接地、D极与Ql的D极相连,Rl并联在Ql的G极和S极之间,Cl的负极接地、正极经过电流采集模块A与蓄电池输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能路灯控制系统,其特征在于:所述防雷击模块包括两个串联的陶瓷气体放电管D4、D5。
3.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能路灯控制系统,其特征在于:所述PWM电流控制模块B包括电阻R7、N沟道增强型MOS管Q3、电感L2、电解电容C2和驱动模块U3、光电耦合器U8,其中U3的输入端与单片机控制模块相连、输出端PWM3经过U7与N沟道增强型MOS管Q4的G极相连、输出端PWM4与Q3的G极相连,Q3的S极与蓄电池输出端相连、D极经过LI和Cl的正极相连,Q4的S极接地、D极与Q3的S极相连,R7并联在Q3的G极和S极之间,C2的负极接地、正极经过电流采集模块B与LED灯板输入端相连。
4.如权利要求3所述的一种数字控制式太阳能路灯控制系统,其特征在于:所述驱动模块U2、U3为TC4469芯片。
5.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能路灯控制系统,其特征在于:所述电压采样模块A包括电阻R2、电阻R3、电阻R11、电容C5、运算放大器U1A,其中R2 —端连接太阳能电池板的输出端、另一端串联R3后接地,UlA的同相输入端经过Rll连接在R2、R3之间、同时经过C5接地,UlA的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连; 所述电压采样模块B包括电阻R4、电阻R5、电阻R12、电容C6、运算放大器U1B,其中R4一端连接蓄电池的输出端、另一端串联R5后接地,UlB的同相输入端经过Rl2连接在R4、R5之间、同时经过C6接地,UlB的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连; 所述电压采样模块C包括电阻R8、电阻R9、电阻R13、电容C7、运算放大器U1C,其中R8一端连接LED灯板的输入端、另一端串联R9后接地,UlC的同相输入端经过Rll连接在R8、R9之间、同时经过C7接地,UlC的反相输入端与其输出端和单片机控制模块的输入端相连。
6.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能路灯控制系统,其特征在于:所述电流采样模块A包括电阻R6、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和运算放大器U1D,其中R6串联在PWM电流控制模块A和蓄电池输入端之间,UlD的同相输入端经过R15接蓄电池的输入端、同时经过R16接地,UlD的反相输入端经过R14接PWM电流控制模块A、同时经过R17与其输出端和单片机控制模块的输入端相连; 所述电流采样模块B包括电阻R10、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21和运算放大器U1E,其中RlO串联在PWM电流控制模块B和LED灯板输入端之间,UlD的同相输入端经过R19接LED灯板的输入端、同时经过R20接地,UlD的反相输入端经过R18接PWM电流控制模块B、同时经过R21与其输出端和单片机控制模块的输入端相连。
7.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能路灯控制系统,其特征在于:所述单片机控制模块为AT91SAM7S32单片机。
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