CN206247231U - 太阳能照明灯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能照明灯系统，包括光照采集装置、控制装置、太阳能充电装置、电源装置和可调节照明装置，控制装置连接光照采集装置、太阳能充电装置、电源装置和可调节照明装置，太阳能充电装置连接电源装置，电源装置连接可调节照明装置。光照采集装置进行光照采集，输出光强值至控制装置。控制装置根据光强值与预设光强范围的关系输出照明控制信号至电源装置，输出充电控制信号至太阳能充电装置，及输出亮度调节信号至可调节照明装置。根据环境光强进行太阳能充电、照明供电以及照明亮度调节，优化能源利用，提高了能源利用率。

Description

太阳能照明灯系统

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，特别是涉及一种太阳能照明灯系统。

背景技术

伴随着经济的快速增长，全球性的能源锐减、环境恶化、温度变暖等问题一天天困扰人类社会，作为一种清洁的可再生能源，太阳能已成为最有价值的可再生能源。

传统的太阳能照明灯装置包括开关、控制器、太阳能电池板、蓄电池和照明灯，控制器通过太阳能电池板或蓄电池输出的电能给照明灯供电，用户通过开关控制供电的通断。如果用户忘记关掉开关，照明灯会一直处于亮灯状态，造成能源浪费。传统的太阳能照明灯装置存在能源利用率低的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高能源利用率的太阳能照明灯系统。

一种太阳能照明灯系统，包括光照采集装置、控制装置、太阳能充电装置、电源装置和可调节照明装置，所述控制装置连接所述光照采集装置、所述太阳能充电装置、所述电源装置和所述可调节照明装置，所述太阳能充电装置连接所述电源装置，所述电源装置连接所述可调节照明装置，

所述光照采集装置进行光照采集，输出光强值至所述控制装置；所述控制装置输出照明控制信号至所述电源装置，输出充电控制信号至所述太阳能充电装置，及输出亮度调节信号至所述可调节照明装置。

上述太阳能照明灯系统，光照采集装置进行光照采集，输出光强值至控制装置。控制装置根据光强值与预设光强范围的关系输出照明控制信号至电源装置，输出充电控制信号至太阳能充电装置，及输出亮度调节信号至可调节照明装置。根据环境光强进行太阳能充电、照明供电以及照明亮度调节，优化能源利用，提高了能源利用率。

附图说明

图1为一实施例中太阳能照明灯系统的结构图；

图2为一实施例中控制装置的原理图；

图3为一实施例中第一开关电路的原理图；

图4为一实施例中升压电路的原理图；

图5为一实施例中第二电压检测电路和蓄电池的原理图；

图6为一实施例中第二开关电路和蓄电池的原理图；

图7为一实施例中第二稳压电路的原理图；

图8为一实施例中可调节照明装置的原理图；

图9为一实施例中串口通信装置的原理图。

具体实施方式

在一个实施例中，一种太阳能照明灯系统，如图1所示，包括光照采集装置110、控制装置120、太阳能充电装置130、电源装置140和可调节照明装置150，控制装置120连接光照采集装置110、太阳能充电装置130、电源装置140和可调节照明装置150，太阳能充电装置130连接电源装置140，电源装置140连接可调节照明装置150。光照采集装置110进行光照采集，输出光强值至控制装置120；控制装置120输出照明控制信号至电源装置140，输出充电控制信号至太阳能充电装置130，及输出亮度调节信号至可调节照明装置150。

具体地，控制装置120根据光强值与预设光强范围的关系输出照明控制信号至电源装置140，输出充电控制信号至太阳能充电装置130，及输出亮度调节信号至可调节照明装置150。其中，预设光强范围的具体取值并不唯一，可根据实际需求调整。当光强值小于预设光强范围的下限值时，可认为处于无光环境中；当光强值位于预设光强范围内时，可认为处于在黄昏或者光强度不强的环境中；当光强值大于预设光强范围的上限值时，则可认为处于强光环境中。控制装置120在光强值小于预设光强范围的下限值时控制太阳能充电装置130停止对电源装置140充电，反之则控制太阳能充电装置130持续对电源装置140充电。控制装置120在光强值大于预设光强范围的上限值时控制电源装置140停止对可调节照明装置150供电，反之则控制电源装置140持续对可调节照明装置150供电。控制装置120在控制电源装置140对可调节照明装置150供电时，还根据采集到的光强值调节可调节照明装置150的照明亮度。具体可通过对照明灯亮度进行智能控制，实现随着环境光照变强，照明亮度变暗，环境光照变弱，照明亮度变强，使得光线较暗或完全无光时，可调节照明装置150的亮度不同。根据环境光强控制太阳能充电装置130的工作状态和可调节照明装置150的发光强度，实现能源利用的最优化。

需要说明书的是，控制装置120在光强值小于预设光强范围的下限值时控制太阳能充电装置130停止对电源装置140充电，在光强值大于预设光强范围的上限值时控制电源装置140停止对可调节照明装置150供电，以及根据采集到的光强值调节可调节照明装置150的照明亮度，均可以采用目前市面上成熟的产品，并利用这些成熟产品上自带的常用程序来实现其数据处理过程，可以不需要依赖于新的程序来实现。

光照采集装置110的具体结构并不唯一，本实施例中，光照采集装置110包括连接控制装置120的BH1750FVI光强度传感器。BH1750FVI光强度传感器对环境光照进行检测，得到光强值并输出至控制装置。BH1750FVI光强度传感器分辨率高、光强探测范围大、节能且误差小。

在一个实施例中，如图2所示，控制装置120包括单片机U1和晶振电路122，单片机U1连接光照采集装置110、太阳能充电装置130、电源装置140和可调节照明装置150，晶振电路122连接单片机U1。此外，控制装置120还包括电阻R1和电容C1。单片机U1的类型并不唯一，本实施例中为STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2单片机低功耗、高性能，内部集成了AD(Analogueto-Digital，模数转换)模块、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)模块及MAX810硬件复位电路。

具体地，单片机U1的端口VCC通过端口VCC_1连接电源装置140，接收工作电压，电容C1一端连接单片机U1的端口VCC，另一端接地。单片机U1的端口P21和端口P20与光照采集装置110连接，单片机U1的端口P4.7通过电阻R1接地，使单片机U1内部自动延时复位。单片机U1的端口P1.0和端口P1.3连接太阳能充电装置130，端口P1.1和P3.7连接电源装置140，单片机U1的端口P1.4连接可调节照明装置150。

具体地，单片机U1通过端口P21和端口P20模拟IIC协议与光照采集装置110的光强度传感器进行数据采集，并根据采集的数据通过端口P1.4对调节照明装置150进行亮度控制，适应整个环境的变化。单片机U1通过端口P3.7控制电源装置140开启与关断对可调节照明装置150的供电，以节省能源。此外，单片机U1还通过端口P1.0和端口P1.1分别对太阳能充电装置130和电源装置140的电压进行检测，根据两个电压之间关系，通过端口P1.3调节太阳能充电装置130输出浮动电压给电源装置140充电。

进一步地，在一个实施例中，继续参照图2，晶振电路122包括晶振器Y1、第一电容C9和第二电容C10，晶振器Y1连接单片机U1，具体连接单片机U1的端口XTAL1和端口XTAL2。第一电容C9和第二电容C10均一端连接晶振器Y1，另一端接地。

在一个实施例中，太阳能充电装置130包括太阳能电池板、第一电压检测电路、第一开关电路和升压电路，电源装置140包括蓄电池、第二电压检测电路，第二开关电路、第一稳压电路和第二稳压电路。

太阳能电池板连接第一电压检测电路和第一开关电路，第一电压检测电路连接控制装置120，第一开关电路连接升压电路和控制装置120，升压电路连接蓄电池的正极。蓄电池的正极连接第二电压检测电路、第二开关电路和第一稳压电路，蓄电池的负极接地；第二电压检测电路连接控制装置120，第二开关电路连接第二稳压电路和控制装置120，第一稳压电路连接控制装置120，第二稳压电路连接可调节照明装置150。

第一电压检测电路和第二电压检测电路的具体结构类似，均可通过两个串联的电阻进行分压采样，由公共端输出采样电压。第一稳压电路和第二稳压电路的结构也类似，均可通过稳压芯片对电压进行稳压处理后输出。

具体地，第一电压检测电路对太阳能电池板的输出电压进行采样，得到采样电压并输出至控制装置120中单片机U1的端口P1.0。第二电压检测电路对蓄电池的输出电压进行采样，得到采样电压并输出至控制装置120中单片机U1的端口P1.1。升压电路对第一开关电路输出的电压进行升压后输出至蓄电池，给蓄电池充电。单片机U1在光强值大于预设光强范围的下限值时，根据两路采样电压之间的关系，控制由端口P1.3输出至第一开关电路的第一路PWM信号PWM0的占空比，通过不同占空比的脉冲调制第一开关电路，进行智能的充电电压调节，从而达到控制充电电压的目的。

第一稳压电路对蓄电池的输出电压进行稳压，由输出端输出电压至控制装置120中单片机U1的端口VCC，为单片机U1提供工作电源。第二开关电路连接控制装置120中单片机U1的端口P3.7，单片机U1根据采集到的光强值，通过端口P3.7控制第二开关电路的通断。第二稳压电路在第二开关电路导通时，对第二开关电路的输出电压进行稳压，由输出端输出电压至可调节照明装置150，为可调节照明装置150提供工作电源。单片机U1由端口P1.4输出第二路PWM信号PWM1至可调节照明装置150，通过调节第二路PWM信号PWM1的占空比，改变可调节照明装置150的发光亮度。

在一个实施例中，如图3所示，第一开关电路包括第一电阻R4、第二电阻R6、第三电阻R5、第一开关管Q1、第二开关管Q2和第一二极管D1。本实施例中，第一开关管Q1为NPN型三极管，第二开关管Q2为N沟道MOS管，第一二极管D1为肖特基二极管。

第一电阻R4和第二电阻R6串联且公共端连接控制装置120，具体连接单片机U1的端口P1.3，接收第一路PWM信号PWM0。第一电阻R4另一端连接第一稳压电路的输出端VCC_1，第二电阻R6另一端连接第一开关管Q1的控制端，第一开关管Q1的输入端连接第二开关管Q2的控制端，并通过第三电阻R5连接第二开关管Q2的输入端，第一开关管Q1的输出端接地，第二开关管Q2的输入端连接太阳能电池板，第二开关管Q2的输出端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接升压电路。

通过单片机U1改变第一路PWM信号PWM0的占空比，调节第二开关管Q2输出的电压，利用第一二极管D1有效阻止蓄电池向太阳能电池反向充电，避免出现过充、倒灌等现象，实现了太阳能电池与蓄电池的良好保护。

在一个实施例中，如图4所示，升压电路包括开关稳压芯片U5、电感L1、第二二极管D10、第三电容C21、可调电阻R14、第四电阻R12和第五电阻R13。本实施例中，开关稳压芯片U5为LM2577芯片，第二二极管D10同样为肖特基二极管。

电感L1一端连接第一开关电路，另一端连接第二二极管D10的阳极，第二二极管D10的阴极连接蓄电池的正极，开关稳压芯片U5连接电感L1的两端。第三电容C21和第四电阻R12串联，第四电阻R12另一端连接开关稳压芯片U5，第三电容C21另一端接地。可调电阻R14和第五电阻R13串联且公共端连接开关稳压芯片U5，第五电阻R13另一端连接第二二极管D10的阴极，可调电阻R14另一端接地。

具体地，开关稳压芯片U5的端口5连接电感L1靠近第一开关电路的一端，端口4连接电感L1靠近第二二极管D10的一端。开关稳压芯片U5的端口2连接可调电阻R14和第五电阻R13的公共端，端口1连接第四电阻R12，端口3接地。此外，升压电路还可包括电容C20和电容C22。电容C20一端连接电感L1靠近第一开关电路的一端，另一端接地，电容C22一端连接第二二极管D10的阴极，另一端接地。

在一个实施例中，如图5所示，第二电压检测电路包括第六电阻R8、第七电阻R10和第四电容C17，第六电阻R8和第七电阻R10串联且公共端连接控制装置120，具体连接单片机U1的端口P1.1，且通过第四电容C17接地，第六电阻R8另一端连接蓄电池BT1的正极，第七电阻R10的另一端接地。

在一个实施例中，如图6所示，第二开关电路包括功率开关芯片U3和第五电容C12。本实施例中，功率开关芯片U3为BTS422芯片。功率开关芯片U3连接蓄电池BT1的正极、第二稳压电路和控制装置120，第五电容C12一端连接功率开关芯片U3和控制装置120的公共端，另一端接地。

具体地，蓄电池BT1的正极通过POW1+端连接第一稳压电路，通过BAT+端连接升压电路中第二二极管D10的阴极。功率开关芯片U3的端口1和端口4接地，端口2连接控制装置120中单片机U1的端口P3.7，并通过第五电容C12接地。功率开关芯片U3的端口3连接蓄电池BT1的正极，端口5通过POW2+端连接第二稳压电路。此外，第二开关电路还可包括电容C13和电容C11，电容C13和电容C11均一端连接蓄电池BT1的正极，另一端接地。

在一个实施例中，如图7所示，第二稳压电路包括稳压芯片U4、第六电容C14、第七电容C15和第八电容C2。本实施例中，稳压芯片U4为LM7805芯片。

稳压芯片U4的输入端1连接第二开关电路，具体连接功率开关芯片U3的端口5。稳压芯片U4的输出端3通过第二稳压电路的输出端VCC_2连接可调节照明装置150，稳压芯片U4的接地端2接地；第六电容C14一端连接稳压芯片U4的输入端1，另一端接地，第七电容C15和第八电容C2均一端连接稳压芯片U4的输出端3，另一端接地。

在一个实施例中，如图8所示，可调节照明装置150包括第三开关管Q3和多个LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯，本实施例中，第三开关管Q3为NPN型三极管，多个LED灯包括LED灯D2、LED灯D3、LED灯D4、LED灯D5和LED灯D6。多个LED灯的阳极均连接第二稳压电路的输出端VCC_2，阴极均连接第三开关管Q3的输入端，第三开关管Q3的控制端连接控制装置120，具体连接单片机U1的端口P1.4。

此外，可调节照明装置150还可包括电阻R3和电阻R11，第三开关管Q3的输入端通过电阻R3连接各LED灯的阴极，第三开关管Q3的控制端通过电阻R11连接单片机U1的端口P1.4。

在一个实施例中，太阳能照明灯系统还包括连接控制装置120的串口通信装置。可通过串口通信装置进行通信，便于数据下载备份；还可通过串口通信装置对控制装置120进行调试检测。

在一个实施例中，如图9所示，串口通信装置包括电平转换芯片U2和串口接头J2，电平转换芯片U2连接控制装置120和串口接头J2。本实施例中，电平转换芯片U1为MAX232芯片，串口接头J2为DB9接头。以电平转换芯片U2作为桥梁，将单片机U1的UART信号与电脑的USB信号进行转换通信。此外，串口通信装置还可包括电容C5、电容C6、电容C7和电容C8。

具体地，电平转换芯片U2的端口T1IN和端口R1OUT分别连接控制装置120中单片机U1的端口P3.1和端口P3.0。电平转换芯片U2的端口R1IN和端口T1OUT连接串口接头J2。电平转换芯片U2的端口VCC和端口V+连接第一稳压电路的输出端VCC_1，电平转换芯片U2的端口GND接地。电平转换芯片U2的端口C1+通过电容C6连接端口C1-，电平转换芯片U2的端口C2+通过电容C5连接端口C2-。电容C7一端连接电平转换芯片U2的端口VCC，另一端接地，电容C8一端连接电平转换芯片U2的端口V-，另一端接地。

上述太阳能照明灯系统，光照采集装置110进行光照采集，输出光强值至控制装置120。控制装置120根据光强值与预设光强范围的关系输出照明控制信号至电源装置140，输出充电控制信号至太阳能充电装置130，及输出亮度调节信号至可调节照明装置150。根据环境光强进行太阳能充电、照明供电以及照明亮度调节，优化能源利用，提高了能源利用率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太阳能照明灯系统，其特征在于，包括光照采集装置、控制装置、太阳能充电装置、电源装置和可调节照明装置，所述控制装置连接所述光照采集装置、所述太阳能充电装置、所述电源装置和所述可调节照明装置，所述太阳能充电装置连接所述电源装置，所述电源装置连接所述可调节照明装置，

所述光照采集装置进行光照采集，输出光强值至所述控制装置；所述控制装置输出照明控制信号至所述电源装置，输出充电控制信号至所述太阳能充电装置，及输出亮度调节信号至所述可调节照明装置。

2.根据权利要求1所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述控制装置包括单片机和晶振电路，所述单片机连接所述光照采集装置、所述太阳能充电装置、所述电源装置和所述可调节照明装置，所述晶振电路连接所述单片机。

3.根据权利要求2所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述晶振电路包括晶振器、第一电容和第二电容，所述晶振器连接所述单片机，所述第一电容和所述第二电容均一端连接所述晶振器，另一端接地。

4.根据权利要求1所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述太阳能充电装置包括太阳能电池板、第一电压检测电路、第一开关电路和升压电路，所述电源装置包括蓄电池、第二电压检测电路，第二开关电路、第一稳压电路和第二稳压电路，

所述太阳能电池板连接所述第一电压检测电路和所述第一开关电路，所述第一电压检测电路连接所述控制装置，所述第一开关电路连接所述升压电路和所述控制装置，所述升压电路连接所述蓄电池的正极；

所述蓄电池的正极连接所述第二电压检测电路、所述第二开关电路和所述第一稳压电路，所述蓄电池的负极接地；所述第二电压检测电路连接所述控制装置，所述第二开关电路连接所述第二稳压电路和所述控制装置，所述第一稳压电路连接所述控制装置，所述第二稳压电路连接所述可调节照明装置。

5.根据权利要求4所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述第一开关电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一开关管、第二开关管和第一二极管，

所述第一电阻和所述第二电阻串联且公共端连接所述控制装置，所述第一电阻另一端连接所述第一稳压电路，所述第二电阻另一端连接所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的输入端连接所述第二开关管的控制端，并通过所述第三电阻连接所述第二开关管的输入端，所述第一开关管的输出端接地，所述第二开关管的输入端连接所述太阳能电池板，所述第二开关管的输出端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极连接所述升压电路。

6.根据权利要求4所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述升压电路包括开关稳压芯片、电感、第二二极管、第三电容、可调电阻、第四电阻和第五电阻，

所述电感一端连接所述第一开关电路，另一端连接所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述蓄电池的正极，所述开关稳压芯片连接所述电感的两端；所述第三电容和所述第四电阻串联，所述第四电阻另一端连接所述开关稳压芯片，所述第三电容另一端接地；所述可调电阻和所述第五电阻串联且公共端连接所述开关稳压芯片，所述第五电阻另一端连接所述第二二极管的阴极，所述可调电阻另一端接地。

7.根据权利要求4所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述第二电压检测电路包括第六电阻、第七电阻和第四电容，所述第六电阻和所述第七电阻串联且公共端连接所述控制装置，且通过所述第四电容接地，所述第六电阻另一端连接所述蓄电池的正极，所述第七电阻的另一端接地。

8.根据权利要求4所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述第二开关电路包括功率开关芯片和第五电容，所述功率开关芯片连接所述蓄电池的正极、所述第二稳压电路和所述控制装置，所述第五电容一端连接所述功率开关芯片和所述控制装置的公共端，另一端接地。

9.根据权利要求4所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，所述第二稳压电路包括稳压芯片、第六电容、第七电容和第八电容，所述稳压芯片的输入端连接所述第二开关电路，所述稳压芯片的输出端连接所述可调节照明装置，所述稳压芯片的接地端接地；所述第六电容一端连接所述稳压芯片的输入端，另一端接地，所述第七电容和所述第八电容均一端连接所述稳压芯片的输出端，另一端接地。

10.根据权利要求1所述的太阳能照明灯系统，其特征在于，还包括连接所述控制装置的串口通信装置。