CN204836652U - 一种基于超级电容器的智能太阳能路灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于超级电容器的智能太阳能路灯，包括太阳能光伏系统、超级电容器、路灯灯源、控制系统、第二单片机、PC机、液晶屏、充电电路和均压电路，控制系统中包括第一单片机、电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块；控制系统中第一单片机分别与电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块相连，无线通信模块经第二单片机分别与PC机、液晶屏相连，第一单片机与太阳能光伏系统相连，电源保护模块与超级电容器相连，路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块均与路灯灯源相连，太阳能光伏系统经充电电路和均压电路、超级电容器与路灯灯源相连。

Description

一种基于超级电容器的智能太阳能路灯

技术领域

本实用新型属于路灯照明领域，特别涉及一种基于超级电容器的智能太阳能路灯。

背景技术

自工业革命以来，人类文明发展主要依赖于无节制地开发利用煤、石油、天然气等化石燃料的自然资源。而这些自然资源是不可再生的，据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采的时间不超过95年。为了减缓能源危机的加剧，世界各国都在寻求解决能源危机的办法，一条是利用新能源与可再生能源，另外一条是降低能源消耗的节能技术。其中，太阳能是新能源和可再生能源家族中最引人瞩目的。太阳能是一种无污染能源，并且还是一种无限的能源。太阳能在照明上的应用不仅集成了太阳能应用的所有优点，而且还使太阳能的利用得到了相当大的发展。

毋庸置疑，太阳能路灯经过大力推广，发展势头非常迅猛，各地政府纷纷出台政策，大力发展太阳能路灯照明。应该说，太阳能路灯经过近几年的快速发展已经趋于成熟，以其先进、稳定、智能、成熟的控制技术、显著的节能特性、较短的投资回报周期、简便的维护方式等特点得到大众的认可。但是太阳能路灯在不断的推广与应用的过程中，也出现了一些问题，如照明时间短、个别部件寿命短、路灯维护困难等。目前投入使用的太阳能路灯通常采用铅酸蓄电池、镍镉蓄电池等作为蓄能装置，存在使用寿命短、充电效率低、废旧蓄电池回收处理难、路灯维护消耗较大等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有太阳能路灯的不足，提供一种具有快速充电、低压充电、使用寿命长、能监测路灯状况的基于超级电容器的智能太阳能路灯。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的：包括太阳能光伏系统、路灯灯源、控制系统、第二单片机、PC机、液晶屏、充电电路和均压电路，其特点是：还包括超级电容器，所述控制系统中包括第一单片机、电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块；所述控制系统中第一单片机分别与电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块相连，所述无线通信模块经第二单片机分别与PC机、液晶屏相连，所述第一单片机与太阳能光伏系统相连，所述电源保护模块与超级电容器相连，所述路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块均与路灯灯源相连，所述太阳能光伏系统经充电电路和均压电路、超级电容器与路灯灯源相连。

上述的基于超级电容器的智能太阳能路灯中，所述第一单片机为MSP430F149。

上述的基于超级电容器的智能太阳能路灯中，所述充电电路所述充电电路包括串联的升压电路和降压电路。

上述的基于超级电容器的智能太阳能路灯中，所述升压电路采用开关稳压芯片LM2577，所述降压电路采用开关稳压芯片LM2596。

上述的基于超级电容器的智能太阳能路灯中，所述无线通讯模块为GSM模块。

上述的基于超级电容器的智能太阳能路灯中，所述GSM模块通过RS232与第二单片机进行通讯。

上述的基于超级电容器的智能太阳能路灯中，所述第二单片机为MSP430F149。

本实用新型所采用的超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件，兼具两者的优点，如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电，并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性。控制系统能实现对路灯当前工作状态、电源电量、路灯灯况、路灯损坏原因等信息的采集，并通过GSM无线通信技术，将控制系统采集的相关信息发送到路灯区域管理中心的PC机和液晶屏上，便于工作人员及时对路灯进行管理，减少了路灯维护对人力、物力的浪费，同时也实现路灯的智能化管理与控制。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的第1单片机主控电路图。

图3为本实用新型的电源电路图。

图4为本实用新型的驱动电路。

图5为本实用新型的负载供电限流电路。

图6为本实用新型的控制模块供电限流电路。

图7为本实用新型的升压电路。

图8为本实用新型的降压电路。

图9为GSM模块无线信号发射工作流程图。

具体实施方式

本实用新型的基于超级电容器的智能太阳能路灯的整体结构如图1所示，包括太阳能光伏系统、超级电容器、路灯灯源、控制系统、第二单片机、PC机、液晶屏、充电电路和均压电路，控制系统中包括第一单片机、电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块；控制系统中第一单片机分别与电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块相连，无线通信模块经第二单片机分别与PC机、液晶屏相连，第一单片机与太阳能光伏系统相连，电源保护模块与超级电容器相连，路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块均与路灯灯源相连，太阳能光伏系统经充电电路和均压电路、超级电容器与路灯灯源相连。

本实施例中第一单片机为MSP430F149，MSP430系列单片机是一个16位的单片机，处理能力强，运算速度快，超低功耗，适合应用于使用电池供电的仪器、仪表类产品中。另外它集成了较丰富的片内外设，片内资源丰富且有OTP型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，有方便高效的开发环境。

采用超级电容器作为蓄能装置，把太阳能转换成电能存储起来。其充电电路为升降压电路，可分为两个部分，即升压电路部分和降压电路部分。在太阳能电池板正常工作时，通过该充电电路先将太阳能电池板输出的电压升到一个稳定的电压值，再降压至蓄能装置的充电电压，从而实现稳定可靠的充电过程。

本实施例充电电路采用开关稳压芯片LM2577和LM2596设计而成的升降压电路，其最大能够输出3A的驱动电流，具有很好的输出线性，输出电压误差很小，功耗低、效率高，同时也具有过热保护和限流保护功能。在实际电路设计中，所需要的外接元件很少，简化了充电电路的设计与应用。

限流保护功能主要是为了限制超级电容器供电时的输出电流，避免电流过大而烧坏路灯灯源、控制系统等需供电模块。本实施例中提供限流保护的模块采用场效应管（MOS管）和三极管设计而成，就目前设计出来的限流保护模块，可以将超级电容器输出的电流限制在1A以下，既能保证路灯灯源正常工作，又能为控制系统等提供稳定的供电条件。

本实施例的路灯控制模块采用MSP430F149超低功耗单片机控制，检测光照强度电路的主要原理是通过检测到光敏电阻的电阻变化，从而引起电压的变化，再通过MSP430F149单片机内置的12位AD转换，能够很好的实现系统对光照强度的采集。本实施例的光敏电阻选用PGM5526，是一种薄膜的电子元器件，阻值随着光源强度而变化，再加上分压电阻构成一个简单的电路，当外界光照强度变化时，就会引起光敏电阻的阻值变化，经过分压后输出的电压就会变化，将采集到的电压值送入MSP430F149单片机，再根据光敏电阻的特性参数在程序中实现标度变换还原对应的光照强度值。

本实施例的亮度调节模块利用适当大小几个精密电阻串联后（小电阻串在靠近接地端）和负载并联，再和限流保护模块串联，三者共地，计算出压限流前后压降U1后，即可知小精密电阻串联组和负载两端电压U2，在小电阻非接地一端引出一条导线，与此同时在诸多电源入口处设置相应的滤波电路，既可作为电压信号U3通过稳压管输入给第一单片机的A/D进行转化处理，通过程序求解出电容本身两端电压和其带电量，并通过显示屏显示出来。

本实施例的使用GSM模块作为无线通讯模块，采用短信的形式上传信息及下达操作指令。GSM模块通过RS232与第一单片机进行通讯。第一单片机通过串口，向GSM模块发送标准AT命令，来实现对GSM模块的一系列操作。第一单片机向GSM模块中写入命令，进行设置，写入要发送的信息，并写入发送指令，将信息发送到控制中心，控制中心通过同样的方式，将指令发送到指定基站。通过上述方式，本实用新型通过GSM模块简便地实现了信息的上传和指令的下达。

本实用新型的工作过程如下：

通过路灯控制模块检测光照强度进行路灯自动开关并调节路灯灯源照明亮度，同时检测路灯灯况，利用GSM模块将控制系统采集的路灯工作状态、灯况、路灯损坏原因等信息发送至路灯区域管理中心。

本实施例的无线收发GSM模块通过RS232与第二单片机进行通讯。第二单片机通过串口，向GSM模块发送标准AT命令，来实现对GSM模块的一系列操作。第二单片机向GSM模块中写入命令，进行设置，写入要发送的信息，写入发送指令，将信息发送到控制中心，控制中心通过同样的方式，将指令发送到指定基站。通过周期性地向路灯区域管理中心发送路灯工作状态、路灯灯况、路灯损坏原因等情况，使管理中心及时掌握路灯状况。GSM模块无线信号发射工作流程如图9所示。

Claims (7)

1.一种基于超级电容器的智能太阳能路灯，包括太阳能光伏系统、路灯灯源、控制系统、第二单片机、PC机、液晶屏、充电电路和均压电路，其特征在于，还包括超级电容器，所述控制系统中包括第一单片机、电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块；所述控制系统中第一单片机分别与电源保护模块、路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块和无线通信模块相连，所述无线通信模块经第二单片机分别与PC机、液晶屏相连，所述第一单片机与太阳能光伏系统相连，所述电源保护模块与超级电容器相连，所述路灯控制模块、灯况检测模块、亮度调节模块均与路灯灯源相连，所述太阳能光伏系统经充电电路和均压电路、超级电容器与路灯灯源相连。

2.如权利要求1所述的基于超级电容器的智能太阳能路灯，其特征在于，所述第一单片机为MSP430。

3.如权利要求1所述的基于超级电容器的智能太阳能路灯，其特征在于，所述充电电路包括串联的升压电路和降压电路。

4.如权利要求3所述的基于超级电容器的智能太阳能路灯，其特征在于，所述升压电路采用开关稳压芯片LM2577，所述降压电路采用开关稳压芯片LM2596。

5.如权利要求1所述的基于超级电容器的智能太阳能路灯，其特征在于，所述无线通讯模块为GSM模块。

6.如权利要求5所述的基于超级电容器的智能太阳能路灯，其特征在于，所述GSM模块通过RS232与第二单片机进行通讯。

7.如权利要求1所述的基于超级电容器的智能太阳能路灯，其特征在于，所述第二单片机为MSP430F149。