CN210579327U - 一种太阳能路灯的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能路灯的控制系统，包括环境亮度检测装置，用于检测当前环境的环境亮度信息；太阳位置检测装置，用于检测太阳位置信息；与环境亮度检测装置和太阳位置检测装置分别相连的主控制器，用于根据环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，并根据太阳位置信息生成相应的驱动指令；与主控制器相连的驱动电机，用于根据驱动指令，驱动太阳能电池板进行朝向变换。应用本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统，较大地节省了时间和人力，较大地提高了太阳能利用率，提高了太阳能电池板的发电效率。

Description

一种太阳能路灯的控制系统

技术领域

本实用新型涉及新能源及智能控制领域，特别是涉及一种太阳能路灯的控制系统。

背景技术

太阳能是一种可再生的资源，具有分布广泛、来源及使用清洁等突出特点，因此拥有非常广阔的利用前景。相比传统的用于道路照明的高压钠灯，LED灯具有较高的发光效率、较好的显色性能、长寿命以及材料的节能环保等优点。LED与太阳能相结合的太阳能路灯更是追求节能环保的现代社会的人们的最佳选择，我国太阳能路灯市场规模也在飞速扩大，太阳能为驱动能源的LED路灯正得到广泛接纳采用，所以未来的太阳能路灯市场也将会呈现朝气蓬勃的景象。

但是目前市面上大部分太阳能路灯的控制方式主要存在着两点不足，首先，太阳能电池板固定，而太阳位置随时间推移会发生相对移动，导致太阳能利用率不高，太阳能电池板的发电效率较低。其次，路灯开启关闭采用的人工控制方式，费时费力，或采用定时控制方式，定时控制方式无法顺应季节变换及天气阴晴的变化，使路灯的开启关闭是具有不确定性的。

综上所述，如何有效地解决现有的太阳能路灯控制方式太阳能利用率不高，太阳能电池板的发电效率较低，费时费力，无法顺应季节及天气阴晴的变化等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种太阳能路灯的控制系统，该系统较大地节省了时间和人力，较大地提高了太阳能利用率，提高了太阳能电池板的发电效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种太阳能路灯的控制系统，包括：

环境亮度检测装置，用于检测当前环境的环境亮度信息；

太阳位置检测装置，用于检测太阳位置信息；

与所述环境亮度检测装置和所述太阳位置检测装置分别相连的主控制器，用于根据所述环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，并根据所述太阳位置信息生成相应的驱动指令；

与所述主控制器相连的驱动电机，用于根据所述驱动指令，驱动太阳能电池板进行朝向变换。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述驱动电机包括水平旋转舵机和竖直旋转舵机，其中：

所述水平旋转舵机，用于控制所述太阳能电池板进行水平方向转动；

所述竖直旋转舵机，用于控制所述太阳能电池板进行竖直方向转动。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述水平旋转舵机和所述竖直旋转舵机均为转动角度在0°至90°之间的舵机。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述环境亮度检测装置包括第一光敏电阻、电位器及电压比较器，其中：

所述第一光敏电阻，用于感应当前环境的光照强度，并根据感应到的光照强度进行阻值调节；

所述电位器，用于根据所述第一光敏电阻的阻值信息进行相应的电位控制；

所述电压比较器，用于根据电位控制结果，输出相应的高低电平信号。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述太阳位置检测装置包括分布在所述太阳能电池板四周的各第二光敏电阻。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述第二光敏电阻为5506型光敏电阻。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述主控制器包括STC12C5A60S2单片机。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述主控制器还包括复位电路。

在本实用新型的一种具体实施方式中，与所述路灯继电器相连的路灯包括LED灯、三极管及二极管。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

与所述太阳能电池板相连的蓄电池，用于进行能量储备。

本实用新型提供了一种太阳能路灯的控制系统，包括：环境亮度检测装置，用于检测当前环境的环境亮度信息；太阳位置检测装置，用于检测太阳位置信息；与环境亮度检测装置和太阳位置检测装置分别相连，根据环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，并根据太阳位置信息生成相应的驱动指令的主控制器；与主控制器相连，根据驱动指令，驱动太阳能电池板进行朝向变换的驱动电机。

通过上述技术方案可知，通过环境亮度检测装置对环境亮度信息进行检测，利用主控制器根据获取到的环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，从而实现根据环境亮度信息控制路灯的亮灭，相较于现有的通过人工控制和定时控制的方式，较大地节省了时间和人力，能够根据季节及天气阴晴的变化，对路灯进行亮灭控制。通过设置太阳位置检测装置获取太阳位置信息，使得主控制器根据太阳位置信息驱动太阳能电池板进行朝向变换，较大地提高了太阳能利用率，提高了太阳能电池板的发电效率。

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为本实用新型实施例中一种太阳能路灯的控制系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例中一种云台的机械结构简图；

图3为本实用新型实施例中一种环境亮度检测装置的电路图；

图4为本实用新型实施例中一种太阳位置检测装置的部分电路图；

图5为本实用新型实施例中一种主控制器中的单片机的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中一种主控制器中晶振电路的电路图；

图7为本实用新型实施例中一种主控制器中复位电路的电路图；

图8为本实用新型实施例中一种太阳能路灯的电路图。

附图中标记如下：

41-云台底座、42-水平旋转舵机、43-竖直旋转舵机、44-太阳能电池板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。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做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为本实用新型实施例中一种太阳能路灯的控制系统的结构框图，该系统可以包括：

环境亮度检测装置1，用于检测当前环境的环境亮度信息；

太阳位置检测装置2，用于检测太阳位置信息；

与环境亮度检测装置1和太阳位置检测装置2分别相连的主控制器3，根据环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，并根据太阳位置信息生成相应的驱动指令；

与主控制器3相连，根据驱动指令的驱动电机4，驱动太阳能电池板进行朝向变换。

可以在太阳能路灯控制系统中预先设置环境亮度检测装置1和太阳位置检测装置2。环境亮度检测装置1检测太阳能路灯所安装环境的环境亮度信息，并将环境亮度信息发送给太阳能路灯控制系统中的主控制器3，太阳位置检测装置2检测太阳位置信息，并将太阳位置信息发送给主控制器3，主控制器3接收环境亮度信息和太阳位置信息。主控制器3根据环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，如可以预先设置亮度阈值，当检测到的环境亮度信息高于亮度阈值时，不开启太阳能路灯，当检测到的环境亮度信息低于亮度阈值时，才开启太阳能路灯。

承接上述举例，如当确定环境亮度信息高于亮度阈值时，向路灯继电器发送关闭控制指令，当确定环境亮度信息低于亮度阈值时，向路灯继电器发送开启控制指令。可以在太阳能路灯控制系统中预先设置驱动太阳能电池板进行朝向变换的驱动电机4，主控制器3在接收到太阳位置信息之后，可以根据太阳位置信息生成相应的电机驱动指令，并将电机驱动指令发送给太阳能电池板的驱动电机4，驱动电机4根据驱动指令，驱动太阳能电池板进行朝向变换，使得太阳能电池板能够始终处于正对太阳状态。

需要说明的是，本实用新型实施例对主控制器3根据环境亮度信息生成针对路灯继电器的开关控制指令，及主控制器3根据太阳位置信息生成相应的驱动指令的计算程序是现有的，本实用新型实施例对此不作保护。

本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统，利用太阳能进行驱动，不需要其他能源来源，节约了宝贵的不可再生能源，对太阳能路灯照明系统实现了计算机化、自动化的现代化控制，使得太阳能电池板与太阳同行，太阳能路灯随环境亮度变化而启动。这些设计特点不仅提高了太阳能的转换效率，而且提高了太阳能的有效利用率，具有较强的实用性和可行性。并且充分体现了现代化社会所提倡的节能、环保、智能、科学的理念，对创建资源节约型、环境友好型的节能环保社会具有极其重要的意义，可广泛应用于城市路灯、交通信号灯及户外照明系统。

通过上述技术方案可知，通过环境亮度检测装置对环境亮度信息进行检测，利用主控制器根据获取到的环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，从而实现根据环境亮度信息控制路灯的亮灭，相较于现有的通过人工控制和定时控制的方式，较大地节省了时间和人力，能够根据季节及天气阴晴的变化，对路灯进行亮灭控制。通过设置太阳位置检测装置获取太阳位置信息，使得主控制器根据太阳位置信息驱动太阳能电池板进行朝向变换，较大地提高了太阳能利用率，提高了太阳能电池板的发电效率。

在本实用新型的一种具体实施方式中，驱动电机4包括水平旋转舵机和竖直旋转舵机，其中：

水平旋转舵机，用于控制太阳能电池板进行水平方向转动；

竖直旋转舵机，用于控制太阳能电池板进行竖直方向转动。

驱动电机4负责执行主控制器3传来的控制指令，驱动电机4的转动，从而调整太阳能电池板的朝向，是系统的执行机构，与太阳位置检测装置2配合实现太阳位置的检测和追踪功能。如可以采用SG90舵机，具有重量轻，扭矩大，响应速度快等优点。SG90舵机的技术参数如表1所示，脉冲宽度与舵机转角的关系如表2所示。

表1 SG90舵机技术参数表

项目	参数
		重量	9g
无负载速度	0.12s/60°(4.8V)
		堵转扭矩	1.2-1.4Kg/cm(4.8V)
死区设定	7us
		工作电压	4.8V-6V

表2脉冲宽度与舵机转动角度关系表

脉冲宽度(ms)	转动角度(°)
		0.5	0
1.0	45
		1.5	90
2.0	135
		2.5	180

参见图2，图2为本实用新型实施例中一种云台的机械结构简图。为满足太阳能电池板44需要转动的设计需求，本实用新型实施例所提供的路灯太阳能驱动电机4采用具有水平和竖直两个自由度的云台结构。在路灯太阳能驱动系统云台底座41放置一个水平旋转舵机42，从而控制太阳能电池板44的水平方向转动；并在水平旋转舵机42转动轴上设置竖直旋转舵机43，竖直旋转舵机43的转动轴用作太阳能电池板44的支撑轴，从而控制太阳能电池板44竖直方向的转动。主控制器3可以包括STC12C5A60S2单片机，水平旋转舵机42控制信号输入端连接单片机的P2.4口，竖直旋转舵机43控制信号输入端连接单片机的P2.7口。并且具体可以设置水平旋转舵机42与竖直旋转舵机43的转动轴相互垂直。太阳能电池板44能根据光照强度的变化进行相应方向的转动，舵机转动的角度与太阳位置偏移量的大小成正比。图2中箭头所指方向为示意的一种水平旋转舵机42和竖直旋转舵机43的旋转方向。

在本实用新型的一种具体实施方式中，水平旋转舵机和竖直旋转舵机均为转动角度在0°至90°之间的舵机。

可以预先设置水平旋转舵机和竖直旋转舵机的转动角度均在0°至90°之间，从而使得太阳能电池板能够全方位地根据光照强度的变化进行相应方向的转动。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图3所示，环境亮度检测装置1包括第一光敏电阻、电位器及电压比较器，其中：

第一光敏电阻，用于感应当前环境的光照强度，并根据感应到的光照强度进行阻值调节；

电位器，用于根据第一光敏电阻的阻值信息进行相应的电位控制；

电压比较器，用于根据电位控制结果，输出相应的高低电平信号。

环境亮度检测装置1可以包括第一光敏电阻、电位器及电压比较器。利用第一光敏电阻感应当前环境的光照强度，并根据感应到的光照强度进行阻值调节。电位器根据第一光敏电阻的阻值信息进行相应的电位控制，并将得到的电位控制结果发送给电位比较器。电压比较器根据电位控制结果，输出相应的高低电平信号。

环境亮度检测装置1负责检测环境亮度信息是否达到设定的亮度阈值，输出电平信号传送给主控制器3，与照明模块配合工作，实现太阳能路灯的自动开启和关闭功能。参见图3，图3为本实用新型实施例中一种环境亮度检测装置1的电路图。环境亮度检测装置1具体可以包括5506光敏电阻R14、LM393D电压比较器及10K电位器VR1。此外，在比较器LM393D的输出端口1上还可以设置有一个LED开关电源指示灯D3和一个1K的上拉电阻R11用于指示模式工作状态和提高输出电压。光敏电阻R14的电压分量接入电压比较器LM393D的输入端口3，电位器VR1的电压分量接入比较器LM393D的输入端口2，当主控制器3中的单片机采用STC12C5A60S2单片机时，比较器LM393D输出端口1接单片机P0.1口，比较器LM393D的端口8接电源正极，比较器LM393D的端口4接电源负极。

在本实用新型的一种具体实施方式中，太阳位置检测装置2包括分布在太阳能电池板四周的各第二光敏电阻。

本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统中的太阳位置检测装置2可以包括分布在太阳能电池板四周的各第二光敏电阻，通过各第二光敏电阻感应四周环境的光照强度，并根据感应到的光照强度进行阻值调节，主控制器3获取各第二光敏电阻的阻值信息，并根据各阻值信息确定太阳位置信息。

太阳位置检测装置2负责监测太阳的实时位置，并将位置偏移量信号反馈给主控制器3，实现物理信号到电信号的转换，是系统的传感器部分，实现对太阳位置的自动检测和追踪。太阳位置检测装置2具体的可以由分布在太阳能电池板四边的四个光敏电阻及位于单片机P1口的A/D转换器组成。该装置的部分电路如图4所示，当主控制器3中的单片机采用STC12C5A60S2单片机时，太阳能电池板上端的光敏电阻电压信号传进单片机的P1.1口，下端的光敏电阻电压信号传进单片机的P1.2口，左端的光敏电阻电压信号传进单片机的P1.3口，右端的光敏电阻电压信号传进单片机的P1.4口。光敏电阻阻值越大，则光敏电阻的电压分量也越大。随着时间推移，太阳的位置与太阳能电池板出现相对位移，因此四个光敏电阻产生的四路电压也将发生一定的电压差。因为光敏电阻产生的是模拟信号，不方便进行比较，所以将四路模拟电压信号输入单片机P1口，利用单片机内部的A/D转换器进行模数转换，然后用数字信号进行比较，得出上下与左右两组光敏电阻的电压差，从而单片机能够判断太阳位置是否出现了偏移以及偏移量大小，进而向电机发送控制旋转的信号，使太阳能电池板重新正对太阳，四路光敏电阻的电压也进入一个新的平衡。

在本实用新型的一种具体实施方式中，第二光敏电阻为5506型光敏电阻。

本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统中的第二光敏电阻可以具体选用电阻体型小、对光线亮度敏感、反应速度快的5506型光敏电阻。在有阳光照射情况下，它的电阻才2KΩ到5KΩ之间，而在没有阳光照射的情况下，电阻0.2MΩ。它的反应速度也十分迅速，响应时间上升和下降沿均为30ms，符合太阳位置有规律移动的特点。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图5所示，主控制器3包括STC12C5A60S2单片机。

如图5所示，本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统中主控制器3可以包括STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2单片机是该公司生产的一款高性能、高性价比、低功耗的单时钟的具有8051内核的芯片，而且它的操作命令能够全部兼容老式的使用51内核的芯片，运行速度快了8至12倍。单片机芯片内部自带了2路PWM方波产生器和在线编程的计数器，因此该芯片能用作两个定时器或实现两个外部中断操作。单片机的P1口有8路高速运算的A/D转换器，转换得到的数字信号位数能达到10位级别，而且转换速度达到了25万次每秒，非常适合用于电机的控制。

STC12C5A60S2单片机各I/O口的主要功能如下：

RST口：连接复位电路，引入单片机复位信号。

XTAL1/2口：连接晶振电路，引入外部时钟信号，晶振电路图如图6所示。

P0.0口：连接路灯继电器电路，用于发送控制路灯继电器工作的控制信号。

P0.1口：连接环境亮度检测装置1的亮度检测电路，用于接收光敏传感器的高低电平信号。

P1.1口：连接太阳位置检测装置2的上端光敏电阻，用于接收上端光敏电阻的电压信号。

P1.2口：连接太阳位置检测装置2的下端光敏电阻，用于接收下端光敏电阻的电压信号。

P1.3口：连接太阳位置检测装置2的左端光敏电阻，用于接收左端光敏电阻的电压信号。

P1.4口：连接太阳位置检测装置2的右端光敏电阻，用于接收右端光敏电阻的电压信号。

P2.4口：连接电机模块的水平旋转舵机，用于发送控制水平舵机的旋转信号。

P2.7口：连接电机模块的垂直旋转舵机，用于发送控制垂直舵机的旋转信号。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图7所示，主控制器3还包括复位电路。

如图7所示，本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统中主控制器3还可以包括复位电路。如当太阳能路灯的控制系统出现异常时，通过轻触开关键KEY实现复位。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图8所示，与路灯继电器相连的路灯包括LED灯、三极管及二极管。

如图8所示，本实用新型实施例中，与路灯继电器相连的路灯包括LED灯、三极管及二极管。三极管Q1提供了继电器K2线圈工作所需的电流，当单片机的P0.0口输出低电平信号时，Q1的发射极正偏，集电极反偏，因此Q1处于放大状态，K2的线圈中瞬间出现极大的电流。根据电磁效应的原理，K2线圈中的铁芯将吸合，K2中的公共端触点与常开触点接触，照明电路将导通；反之，当单片机的P0.0口输出高电平信号时，Q1的发射极反偏，集电极反偏，因此Q1处于截止的状态，K2中的线圈电流为零，K2中的公共端触点与常开触点不接触，照明电路不导通。本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统可以选用继电器SRD-05DC-SL-C，其是一路直流5V控制的继电器。采用低电压，大电流的PNP型三极管8050进行驱动，使用功率为10×10-3KW低功耗、高亮度的白光LED灯D2。

在本实用新型的一种具体实施方式中，本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统还可以包括：

与太阳能电池板相连的蓄电池，用于进行能量储备。

本实用新型实施例所提供的太阳能路灯的控制系统还可以包括蓄电池，该蓄电池与太阳能电池板相连，通过蓄电池进行能量储备。除此之外，还可以包括和蓄电池输入输出有关的集成稳压电路。太阳能电池板主要负责在白天时间吸收太阳光，转化太阳能，将太阳能转化为电能传输给蓄电池，这是电能的生产环节。集成稳压电路能稳定太阳能电池板的输出电压和蓄电池的输入输出电压。太阳能以化学能的形式存储在蓄电池中，这是电能的存储环节。而蓄电池为负载提供所需的电能的时候又将化学能转化为电能，最终以光和热的形式释放到环境中，这是电能的消耗环节。本系统选择的太阳能电池板参数如表3所示。蓄电池可以选用两节能量密度较大的18650可反复充电放电的锂电池。每节电池额定电压为3.7V，电池容量达到4800mA。经过集成稳压电路后能够输出5V/1A。

表3太阳能电池板参数表

名称	参数
		封装材料	PET
硅片类型	A级单晶硅
		尺寸	275*170*2mm
开路电压	6V
		短路电流	1A
重量	0.1kg
		最大功率	6W

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的一种太阳能路灯的控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种太阳能路灯的控制系统，其特征在于，包括：

环境亮度检测装置，用于检测当前环境的环境亮度信息；

太阳位置检测装置，用于检测太阳位置信息；

与所述环境亮度检测装置和所述太阳位置检测装置分别相连的主控制器，用于根据所述环境亮度信息向路灯继电器发送相应的开关控制指令，并根据所述太阳位置信息生成相应的驱动指令；

与所述主控制器相连的驱动电机，用于根据所述驱动指令，驱动太阳能电池板进行朝向变换；

所述驱动电机包括水平旋转舵机和竖直旋转舵机，其中：

所述水平旋转舵机，用于控制所述太阳能电池板进行水平方向转动；

所述竖直旋转舵机，用于控制所述太阳能电池板进行竖直方向转动。

2.根据权利要求1所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述水平旋转舵机和所述竖直旋转舵机均为转动角度在0°至90°之间的舵机。

3.根据权利要求1所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述环境亮度检测装置包括第一光敏电阻、电位器及电压比较器，其中：

所述第一光敏电阻，用于感应当前环境的光照强度，并根据感应到的光照强度进行阻值调节；

所述电位器，用于根据所述第一光敏电阻的阻值信息进行相应的电位控制；

所述电压比较器，用于根据电位控制结果，输出相应的高低电平信号。

4.根据权利要求1所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述太阳位置检测装置包括分布在所述太阳能电池板四周的各第二光敏电阻。

5.根据权利要求4所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述第二光敏电阻为5506型光敏电阻。

6.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述主控制器包括STC12C5A60S2单片机。

7.根据权利要求6所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，所述主控制器还包括复位电路。

8.根据权利要求1所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，与所述路灯继电器相连的路灯包括LED灯、三极管及二极管。

9.根据权利要求1所述的太阳能路灯的控制系统，其特征在于，还包括：与所述太阳能电池板相连的蓄电池，用于进行能量储备。