CN206332879U - 一种太阳能和市电互补led路灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，所述系统包括：太阳能供电模块、控制模块、LED照明负载与市电电源模块；所述太阳能供电模块包括蓄电池和太阳能电池板和电压调节电路，所述蓄电池与所述太阳能电池板相连存储电能，所述蓄电池的输出电压经过所述电压调节电路输出所述LED照明负载的工作电压；以在太阳能作为重要能源供电的基础上，将市电当作备用能源。应用本实用新型，整个电路正常供电时，蓄电池会给LED负载供给电力，当蓄电池电压不够用时，市电会直接给LED负载供给电力，防止当蓄电池电压不够时导致LED负载不亮的情形。与此同时，在制作时能够恰当减少蓄电池的容量，减少系统成本。

Description

一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能技术领域，特别涉及一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统。

背景技术

太阳能-市电互补LED路灯和传统交流电的LED路灯相对比：交流电LED 路灯还得安装电源开关把交流转换为直流，它的效率大概在80％上下浮动，低档次的电源开关有的还没有使用功率因数补偿，如果大量运用，则会导致整个电网的使用效率减少；然而太阳能-市电互补LED路灯供电时仅仅使用直流恒流源，它的利用率超过95％之上，能够很大力度的提高资源的的使用效率。并且交流供电时要用电解电容来过滤波段，然而电解电容的使用寿命和LED路灯相比要低很多，这样会缩短整套设备的使用寿命，加大修理成本，然而太阳能电池板和LED灯的使用寿命都很长，所以采用太阳能供电能够减轻经济压力，增加社会效益。交流供电的设备存在着很大的安全问题我们不能忽视，然,而太阳能供电使用的是低压直流供电，不需要铺设电缆线。所以太阳能-市电互补LED 路灯是以后城市照明的新走势。

太阳能LED路灯和古老的太阳能路灯相比较：古老的太阳能路灯大部分是把白炽灯或者是突光灯当做发光源，然而这两个发光源是选用交流供电的，不仅仅是要把太阳能电池发出的直流电转变成交流电供负载运用，然而直流转变为交流的效率很低，这样会浪费很多的能量，减少了能源使用率，所以承载数值为定时要采用更大容量的太阳能电池与大容量的蓄电池，这样会加大系统的费用。然而太阳能LED路灯采用低压直流的LED成为照明光源，这样能够把太阳能电池板组成串并方式结合达到真实承载所用的电压，如此把此两者相结合能够达到更高的资源利用率、更高的安全系数与靠谱性，达到节能减排、安全高效的照明系统。

因为太阳能电池发射电量受天气因素影响很大，在四季中和不相同天气的发电量也会存在着较大的差异，假如太阳能LED路灯只选用单调的太阳能电池板供电，则会致使光源超载、并且使太阳能电池容量和蓄电池容量这三者的搭配上有很严重的问题。在承载一定的时候，如果按照不多的发电量情况下采用了大容量的太阳能板，就会增加生产支出，并且蓄电池很有可能处在过充状态，减少蓄电池寿命；如果按照较多发电量情况下采用了小容量的太阳能板，很可能使蓄电池处在过放状态，这样也会减少蓄电池的使用寿命，可能会造成没法满足承载供电需要。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，以在太阳能作为重要能源供电的基础上，将市电当作备用能源。当整个电路正常供电时，蓄电池会给LED负载供给电力，当蓄电池电压不够用时，市电会直接给LED负载供给电力，防止当蓄电池电压不够时导致LED负载不亮的情形。与此同时，在制作时能够恰当减少蓄电池的容量，减少系统成本。

为达到上述目的，本实用新型实施例公开了一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，技术方案如下：

所述系统包括：太阳能供电模块、控制模块、LED照明负载与市电电源模块；

所述太阳能供电模块包括蓄电池和太阳能电池板和电压调节电路，所述蓄电池与所述太阳能电池板相连存储电能，所述蓄电池的输出电压经过所述电压调节电路输出所述LED照明负载的工作电压；

所述市电电源模块包括经过整流输出所述LED照明负载的工作电压；

所述LED照明负载包括一组或者多组串联的LED灯；

所述控制模块包括：单片机、LCD显示电路、模数转换电路、继电器控制电路、光线检测电路，所述单片机分别与所述LCD显示电路、所述模数转换电路、所述继电器控制电路相连，所述继电器控制电路相连与所述光线检测电路相连；所述继电器控制电路根据所述光线检测电路的检测结果判断是否需要给所述LED照明负载的供电，且当所述太阳能供电模块输出的所述LED照明负载的工作电压低于所述LED照明负载的设定工作电压时切换至所述市电电源模块，以使得所述市电电源模块为所述LED照明负载提供工作电压。

可选的，所述单片机的型号为STC89C52。

可选的，所述LCD显示电路包括采用液晶屏LCD1602。

可选的，所述模数转换电路的模数转换芯片为PCF8591。

可选的，所述LED照明负载的一端与工作电压相连，另一端与所述单片机的引脚相连。

应用本实用新型，以在太阳能作为重要能源供电的基础上，将市电当作备用能源。当整个电路正常供电时，蓄电池会给LED负载供给电力，当蓄电池电压不够用时，市电会直接给LED负载供给电力，防止当蓄电池电压不够时导致 LED负载不亮的情形。与此同时，在制作时能够恰当减少蓄电池的容量，减少系统成本。

相比较现有技术，本发明实施例的有益效果有：

(1)天黑时自动开灯，天亮时自动关灯；

(2)在蓄电池电量不足时自动断开开关，防止蓄电池过度放电；

(3)检测太阳能电池板的输出电压及蓄电池两端电压；

(4)在蓄电池电量不足的情况下，采用市电供电。

(5)具有LCD液晶屏实时显示，更加人性化。同时通过多个白色LED来模拟LED路灯。

当然，实施本实用新型的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为太阳能市电互补LED路灯控制系统电路图；

图2为光生伏打效应原理图。

图3太阳能电池板充电原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，图1为太阳能市电互补LED路灯控制系统电路图，系统包括：太阳能供电模块、控制模块、LED照明负载与市电电源模块；太阳能供电模块包括蓄电池和太阳能电池板和电压调节电路，蓄电池与太阳能电池板相连存储电能，蓄电池的输出电压经过电压调节电路输出LED照明负载的工作电压；市电电源模块包括经过整流输出LED照明负载的工作电压；LED照明负载包括一组或者多组串联的LED灯；控制模块包括：单片机、LCD显示电路、模数转换电路、继电器控制电路、光线检测电路，单片机分别与LCD显示电路、模数转换电路、继电器控制电路相连，继电器控制电路相连与光线检测电路相连；继电器控制电路根据光线检测电路的检测结果判断是否需要给LED照明负载的供电，且当太阳能供电模块输出的LED照明负载的工作电压低于LED照明负载的设定工作电压时切换至市电电源模块，以使得市电电源模块为LED照明负载提供工作电压。

进一步的，单片机的型号为STC89C52。

进一步的，LCD显示电路包括采用液晶屏LCD1602。

进一步的，模数转换电路的模数转换芯片为PCF8591。

进一步的，LED照明负载的一端与工作电压相连，另一端与单片机的引脚相连。

太阳能-市电互补LED路灯控制体系在信号处理这一模块里包含了单片机的最小体系，说明了单片机最小体系在系统正常运转中是不可或缺的一部分，包含单片机自身和复位电路与时钟电路。运用STC体系单片机，跟其他系列的单片机相比它具有很多优势。通常STC单片机数量和其他单片机相比它多许多，并且运行速度也快；STC89C52单片机运用串口使单片机通过烧写、下载相当方便，而且这种单片机里面组成了看门狗电路；并且拥有很强的抗干扰性能。通常，正常的工作电压大概在4.5V-5.5V左右，而STC89C52单片机一般给它供给5V直流电压，让它达到最好的工作状态，因为单片机P0口是高阻状态，内部构造不包括上拉电阻，不能够正常地输出高/低电压，所以这组I/O口在运用时务必要外接上拉电阻才能确保它正常地输出高/低电压。STC89C51单片机的复位电路包括了上电复位与上电加按键复位，这种设计运用上电加按键的复位电路，加大复位开关的重要目的是在微控制体系运转过程中死机或是当程序跑飞时让单片机回到原来状态重新运行。时钟电路就如同单片机的中枢神经，它操控着单片机运转在相同的时钟脉冲下一下的工作，单片机的内部已经构成了一个高增益反向放大器，如果要组成时钟脉冲，仅仅需要外加一个电路即可，一般有晶振与两个电容构成。假如外加晶振时，平常都会挑选两个30PF电容焊在两端，它起两个作用，一个是对频率具有微调作用，另一个是起到保护晶振电路的作用。

太阳能电池板是运用半导体的光生伏打效应(光伏效应)促使太阳能辐射经过半导体介质转变成电能的元器件。照射在太阳能电池板上的太阳光一部分被太阳板所吸收，进而刺激出足够太阳能电池板使用的光生载流子，然而与这些电性符号相悖的光生载流子在太阳板内部电场的作用下发生迁徙，进而在结两侧构成和内建电场方向相悖的光生电场，形成光生电效应。假如这时在太阳能电池结两侧提出电极，连接到负载，即在这个电势差额的运作下，外电路则会有光生电流通过，进而得到一定数值的功率输出，此能量转变和传承流程就是太阳能电池板产生电流的基础原理。光生伏打效应原理如图2所示。

假如太阳能光照射在掺杂的硅片上，P-N结构里的硅原子受到光的刺激进而发生电子空穴对。在太阳板内电场的运作下，P-N周围构成和内电场方向相悖的光生电效应，导致P区为正电，N区为负电。假如在太阳能电池单体两侧提出电极连接上负载，即承载就会有“光生电流”通过。太阳能电池板充电原理图如图3所示。

蓄电池作为路灯体系中不可或缺的一部分，它不但能够存储电量，随时可以向负载提供电力，还可以过滤电波、稳定电压、提高供电质量。所以，挑选蓄电池尤为重要。蓄电池由正极、负极与电解液组成。当蓄电池运作时，它的正负两极都能够产生可逆效应，也就是用完蓄电池后，能够经过充电方式让正负两极回到初始状态，这样可以再次使用。蓄电池最明显的特征就是能够充放电。

当蓄电池处于充电完成的状态下，在特定放电情形下，放电给蓄电池端电压达到特定的功率时可以提供的总电力叫做蓄电池容量。它划分为理论容量、实际容量与限定容量，在衡量蓄电池指数里，额定容量是最为常用的。额定容量也被称为标准容量，按国家的相关部门宣布的标准来规定，蓄电池型号就是用额定容量来规定的。在现实运用过程中干扰蓄电池容量的有放电率、放电制度、放电终止电压及温度。对电压而言最重要是充电电压与放电终止电压，然而充电电压又划分为均充电压与浮充电压。均充电压指的是特定电流与特定时间给蓄电池充电的充电电压。浮充电压指的是蓄电池在完成充电后，持续用小电流充电，用来填补蓄电池放电时造成内部容量减少的充电电压。通常均充电压高于浮充电压数值。放电终止电压指的是蓄电池放电时它的电压减少到不可以再放电程度时的最小工作电压。放电率：根据蓄电池放电电流多少，放电率可划分为时间率与电流率，但现实通常用电流率表示。电流率指的是蓄电池放电流与额定容量相比的倍数，蓄电池放电率越高，它的放电电流就越高，所用的放电时间就越短，容量越少，一般用电流率为标准。

具体的，太阳能-市电互补LED路灯的整体设计参数为：太阳能电池板倾角 A＝25°；路灯灯杆高度H＝7.5m；路灯灯杆底部外径大小R＝158mm。太阳能电池板的光照度的采样值来判断为白天和黑夜,当光照度高于设定值时为白天，LED 路灯熄灭；反之判断为夜晚，LED路灯亮。并根据蓄电池电压判断太阳能电池板是否对蓄电池充电,以及蓄电池是否对负载放电。根据控制器采集到的太阳能电池板光照度判断为白天时,并根据蓄电池输出端的电压大小,来判断蓄电池的充电模式,通过I/Q端口送高低电平来控制MOSFET的开通与关闭,进而进行太阳能电池板对蓄电池的充电。

对蓄电池充电采用的是PWM控制模式。当蓄电池发生过度放电时,首先需要对蓄电池进行充电来提升电压,并且持续一段充电时间,然后把电压降到直充电压,并且持续一段时间,以便激活蓄电池,为了避免硫化结晶,最后把电压降到浮充电压,并且把浮充电压持续充电。如果蓄电池没有发生过度放电过程时,不用运用提升充电方式,只需要直充与浮充两种模式进行充电就行。这种控制模式能够使蓄电池达到很不错的充电效果,而且可以延长蓄电池的使用时间。

太阳能-市电互补LED路灯控制系统的输出电压及蓄电池两端电压和光照度的检测是通过PCF8591芯片AD转换来实现的，光照强度的检测是通过采集光敏电阻的光照度信息，采集后的模拟信号通过PCF8591引脚2和引脚6发送给A/D数模转换模块得到各种光照度数值，交给单片机控制系统来处理判断是否为白天或者是黑夜，再通过LCD1602显示来读出。输出电压及蓄电池电压的检测是通过PCF8591来读出电压的数值，通过AD转换后可以得到电压后，交给单片机控制器处理判断是否采用蓄电池供电还是市电供电。

PCF8591是一个单独供电、单独集成、低功耗、8-bit CMO数据采集器。 PCF8591具有4个模拟输入端、1个模拟输出端和1个串行总线接口端。PCF8591 的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同一个总线上接入8 个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。 PCF8591的最大转化速率由I2C总线的最大速率决定。

采用LCD1602液晶显示屏，三极管S8550进行驱动的，动态扫描可以随时接收单片机控制系统内部的蓄电池两端输出电压值和光照度的数字信号，电压的显示范围为0-4.8V，光照强度的显示0-999L。

LCD1602液晶显示屏各种图形的显示原理线段的显示：点阵图形式液晶由 M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8＝128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。PCF1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，其特征在于，所述系统包括：太阳能供电模块、控制模块、LED照明负载与市电电源模块；

所述太阳能供电模块包括蓄电池和太阳能电池板和电压调节电路，所述蓄电池与所述太阳能电池板相连存储电能，所述蓄电池的输出电压经过所述电压调节电路输出所述LED照明负载的工作电压；

所述市电电源模块包括经过整流输出所述LED照明负载的工作电压；

所述LED照明负载包括一组或者多组串联的LED灯；

所述控制模块包括：单片机、LCD显示电路、模数转换电路、继电器控制电路、光线检测电路，所述单片机分别与所述LCD显示电路、所述模数转换电路、所述继电器控制电路相连，所述继电器控制电路相连与所述光线检测电路相连；所述继电器控制电路根据所述光线检测电路的检测结果判断是否需要给所述LED照明负载的供电，且当所述太阳能供电模块输出的所述LED照明负载的工作电压低于所述LED照明负载的设定工作电压时切换至所述市电电源模块，以使得所述市电电源模块为所述LED照明负载提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，其特征在于，所述单片机的型号为STC89C52。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，其特征在于，所述LCD显示电路包括采用液晶屏LCD1602。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，其特征在于，所述模数转换电路的模数转换芯片为PCF8591。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能和市电互补LED路灯控制系统，其特征在于，所述LED照明负载的一端与工作电压相连，另一端与所述单片机的引脚相连。