CN212627293U - 一种节能型自恢复太阳能充电控制装置 - Google Patents

Abstract

该一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，包括太阳能电池板、锂电池充电管理模块、锂电池、负载电流与电压检测电路、电源输出接口、稳压电路、唤醒电路模块、光敏开关传感器、第一开关1、第二开关2、第三开关3、内置有ADC芯片的MCU控制器、光照强度传感器、温湿度传感器、风扇、硬件看门狗、温度传感器、LCD触摸显示屏、IIC接口、外部触发接口、RTC时钟模块。该装置在外部光照不足时，该装置不工作，也不需要从锂电池取电，同时锂电池也不充电，有效降低电池的能量消耗；当光照达到充电要求时，装置通过太阳能电池板获取工作电源，开始工作。操作简单，适合在电源充电管理领域推广应用。

Description

一种节能型自恢复太阳能充电控制装置

技术领域

本实用新型涉及电源充电管理领域，具体涉及一种节能型自恢复太阳能充电控制装置。

背景技术

我国幅员辽阔，电力线路监测、环境监测、视频监控等设备应用广泛，加之大多采用无线通讯方式进行数据传输，对供电系统的续航时间有较高要求，由此带来了光伏板、电池容量的增加，进而导致成本增加。

目前，太阳能供电是设备的主要供电方式，但是由于地域不同，光照覆盖时间差异较大，部分地区连续阴雨天、积雪覆盖、粉尘落叶覆盖的情况时常存在，严重影响电源系统的供电续航能力，极限情况下，导致电池处于过放保护状态；另外，市面上的太阳能充电控制装置，大多需要电池供电，在识别电池、光伏板后，才能正常工作，一旦电池处于过放保护状态，系统掉电，光照恢复后，由于电池处于过放保护状态，太阳能控制器难以自行启动，识别电池及光伏板，导致系统宕机，而需要人工维护。这对于安装于野外偏远地区的设备来说，人工维护困难，成本高；对于降雪、粉尘、落叶现象严重区域，存在光伏板被积雪、粉尘、落叶覆盖的情况，影响光伏板的光电转换。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种有效降低电池功耗、具有多种唤醒功能、自动清洁太阳能板的节能型自恢复太阳能充电控制装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：该一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，包括太阳能电池板、锂电池充电管理模块、锂电池、负载电流与电压检测电路、电源输出接口、稳压电路、唤醒电路模块、光敏开关传感器、第一开关1、第二开关2、第三开关3、内置有ADC芯片的MCU控制器、光照强度传感器、温湿度传感器、风扇、硬件看门狗、温度传感器、LCD触摸显示屏、IIC接口、外部触发接口、RTC时钟模块；

所述太阳能电池板与稳压电路相连，所述第一开关1设置在太阳能电池板与稳压电路之间，所述稳压电路与MCU控制器电连接；

所述太阳能电池板与锂电池充电管理模块相连，所述第一开关1与锂电池充电管理模块相连，所述锂电池充电管理模块与锂电池相连，所述锂电池与稳压电路相连，所述第二开关2设置在锂电池与稳压电路之间，所述第二开关2与唤醒电路模块相连，所述光敏开关传感器、RTC时钟模块分别与唤醒电路模块相连；

所述锂电池充电管理模块与负载电流与电压检测电路相连，所述负载电流与电压检测电路与MCU控制器中内置的ADC芯片的接口相连，所述负载电流与电压检测电路与电源输出接口相连，所述第三开关3设置在负载电流与电压检测电路与电源输出接口之间；

所述光照强度传感器、温湿度传感器、风扇、硬件看门狗、温度传感器、LCD触摸显示屏、IIC接口、外部触发接口、RTC时钟模块、第二开关2、第三开关3分别与MCU控制器相连；

进一步的是，所述太阳能电池板的背面设置有清洁装置，所述清洁装置包括驱动电机、丝杆、刮片、支架、滑块，所述丝杆的一端与驱动电机的输出轴固定连接，所述丝杆的两端分别通过轴承安装座固定在太阳能电池板的背面，所述滑块的上设置有前后贯穿的螺纹通孔，所述螺纹通孔与丝杆相匹配，所述滑块套设在丝杆上，所述支架包括左侧板、右侧板、后侧板，所述左侧板的一端与后侧板的左端固定相连且二者互相垂直，所述右侧板的一端与后侧板的右端固定相连且二者互相垂直，所述左侧板与右侧板相对且平行设置，所述后侧板设置在滑块的外侧表面，所述左侧板的表面沿其长度方向设置有第一滑槽，所述右侧板的表面沿其长度方向设置有第二滑槽，所述第一滑槽和第二滑槽关于后侧板的中心左右对称设置，所述刮片的两端通过蝶形螺丝分别固定在第一滑槽和第二滑槽内，所述刮片为角形结合板。

进一步的是，所述MCU控制器采用型号为STM32L1系列低功耗单片机，所述ADC芯片采用型号为ADC3422的芯片。

进一步的是，所述光照强度传感器采用TSL2561T型号的光照强度传感器。

进一步的是，所述锂电池充电管理模块采用BQ24610或BQ24617型号的集成芯片。

进一步的是，所述光敏开关传感器采用GL7537型号的光敏开关传感器。

进一步的是，所述RTC时钟模块采用PCF8563T的时钟模块。

进一步的是，所述硬件看门狗采用TPS3823-33DBVR型号的硬件看门狗。

进一步的是，所述温湿度传感器采用SHT30型号的温湿度传感器。

进一步的是，所述唤醒电路模块包括NE555时基芯片、电阻R1、电容C1、数字三极管Q1、电阻R2、电阻R3、MOS场效应管，所述数字三极管Q1内部集成限流电阻、下拉电阻，所述电阻R1的一端与锂电池电源正极相连，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端与接地端相连，所述电阻R1、电容C1串联后与NE555时基芯片相连，所述数字三极管Q1的基极与NE555时基芯片相连，所述数字三极管Q1的发射极与接地端相连，所述数字三极管Q1的集电极与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与MOS场效应管的栅极端相连，所述电阻R2并联在电阻R3与MOS场效应管的两端。

本实用新型的有益效果：该一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，通过光照强度传感器来识别光照强度，当外部光照不足时，该装置不工作，也不需要从锂电池取电，同时锂电池也不充电，有效降低电池的能量消耗；当光照达到充电要求时，装置通过太阳能电池板获取工作电源，开始工作；该装置还设置了RTC时钟模块、光敏开关传感器以及唤醒电路模块，当积雪、粉尘、落叶覆盖太阳能板，装置不能正常启动，可通过RTC设置的唤醒时间、光敏开关传感器或者外部设备的触发信号，唤醒该装置工作，触发清洁装置动作，保证太阳能电池板正常接收光照；第一开关1用于控制太阳能电池板输出电流给MCU控制器用于控制系统供电，第一开关1的开关模式由锂电池充电管理模块控制，锂电池充电管理模块检测到电流达到充电要求，给出使能信号EN1，第一开关1开启，若锂电池电量低于充电阈值，则开始给锂电池充电，若锂电池电量高于充电阈值，则处于充电截止状态，同时将电能直接提供给负载电流与电压检测电路，避免锂电池电量消耗，反复充电，延长锂电池寿命及续航时间。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置的结构框图；

图2是本实用新型所述的清洁装置的结构示意图；

图3是本实用新型所述的刮片的横面的示意图；

图4是本实用新型所述的唤醒电路模块的电路图；

图中标记说明：驱动电机1、丝杆2、刮片3、支架4、滑块5、轴承安装座6、左侧板401、右侧板402、后侧板403、第一滑槽7、第二滑槽8、蝶形螺丝9。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

如图1-4所示，该一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，包括太阳能电池板、锂电池充电管理模块、锂电池、负载电流与电压检测电路、电源输出接口、稳压电路、唤醒电路模块、光敏开关传感器、第一开关1、第二开关2、第三开关3、内置有ADC芯片的MCU控制器、光照强度传感器、温湿度传感器、风扇、硬件看门狗、温度传感器、LCD触摸显示屏、IIC接口、外部触发接口、RTC时钟模块；

所述太阳能电池板与稳压电路相连，所述第一开关1设置在太阳能电池板与稳压电路之间，所述稳压电路与MCU控制器电连接；

所述太阳能电池板与锂电池充电管理模块相连，所述第一开关1与锂电池充电管理模块相连，所述锂电池充电管理模块与锂电池相连，所述锂电池与稳压电路相连，所述第二开关2设置在锂电池与稳压电路之间，所述第二开关2与唤醒电路模块相连，所述光敏开关传感器、RTC时钟模块分别与唤醒电路模块相连；

所述锂电池充电管理模块与负载电流与电压检测电路相连，所述负载电流与电压检测电路与MCU控制器中内置的ADC芯片的接口相连，所述负载电流与电压检测电路与电源输出接口相连，所述第三开关3设置在负载电流与电压检测电路与电源输出接口之间；

所述光照强度传感器、温湿度传感器、风扇、硬件看门狗、温度传感器、LCD触摸显示屏、IIC接口、外部触发接口、RTC时钟模块、第二开关2、第三开关3分别与MCU控制器相连；

该一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，通过光照强度传感器来识别光照强度，当外部光照不足时，该装置不工作，也不需要从锂电池取电，同时锂电池也不充电，有效降低电池的能量消耗；当光照达到充电要求时，装置通过太阳能电池板获取工作电源，开始工作；该装置还设置了RTC时钟模块、光敏开关传感器以及唤醒电路模块，当积雪、粉尘、落叶覆盖太阳能板，装置不能正常启动，可通过RTC设置的唤醒时间、光敏开关传感器或者外部设备的触发信号，唤醒该装置工作，触发清洁装置动作，保证太阳能电池板正常接收光照；第一开关1用于控制太阳能电池板输出电流给MCU控制器用于控制系统供电，第一开关1的开关模式由锂电池充电管理模块控制，锂电池充电管理模块检测到电流达到充电要求，给出使能信号EN1，第一开关1开启，若锂电池电量低于充电阈值，则开始给锂电池充电，若锂电池电量高于充电阈值，则处于充电截止状态，同时将电能直接提供给负载电流与电压检测电路，避免锂电池电量消耗，反复充电，延长锂电池寿命及续航时间。

在上述实施例中，为了避免积雪、粉尘、落叶覆盖太阳能板导致装置不能正常启动，为此，所述太阳能电池板的背面设置有清洁装置，所述清洁装置包括驱动电机1、丝杆2、刮片3、支架4、滑块5，所述丝杆2的一端与驱动电机1的输出轴固定连接，所述丝杆2的两端分别通过轴承安装座6固定在太阳能电池板的背面，所述滑块5的上设置有前后贯穿的螺纹通孔，所述螺纹通孔与丝杆2相匹配，所述滑块5套设在丝杆2上，所述支架4包括左侧板401、右侧板402、后侧板403，所述左侧板401的一端与后侧板403的左端固定相连且二者互相垂直，所述右侧板402的一端与后侧板403的右端固定相连且二者互相垂直，所述左侧板401与右侧板402相对且平行设置，所述后侧板403设置在滑块5的外侧表面，所述左侧板401的表面沿其长度方向设置有第一滑槽7，所述右侧板402的表面沿其长度方向设置有第二滑槽8，所述第一滑槽7和第二滑槽8关于后侧板403的中心左右对称设置，所述刮片3的两端通过蝶形螺丝9分别固定在第一滑槽7和第二滑槽8内，所述刮片3为角形结合板，驱动电机1的启停开关与MCU控制器信号连接。可通过RTC设置的唤醒时间、光敏开关传感器或者外部设备的触发信号，唤醒装置工作进而触发清洁装置工作，驱动电机1为正反转电机，驱动电机1带动丝杆2正向或反向转动，进而使得滑块5沿丝杆2上下移动，通过刮板清理太阳能电池板的表面的积雪、粉尘、落叶等，使得太阳能电池板正常接收光照。

作为优选的，所述MCU控制器采用型号为STM32L1系列低功耗单片机，所述ADC芯片采用型号为ADC3422的芯片。

作为优选的，所述光照强度传感器采用TSL2561T型号的光照强度传感器。

锂电池充电管理模块为现有技术，根据实际需求，所述锂电池充电管理模块采用BQ24610或BQ24617型号的集成芯片。

作为优选的，所述光敏开关传感器采用GL7537型号的光敏开关传感器。

作为优选的，所述RTC时钟模块采用PCF8563T的时钟模块。

硬件看门狗为现有技术，根据实际需求，所述硬件看门狗采用TPS3823-33DBVR型号的硬件看门狗。

作为优选的，所述温湿度传感器采用SHT30型号的温湿度传感器。

所述唤醒电路模块用于控制电源的通、断，所述唤醒电路模块包括NE555时基芯片、电阻R1、电容C1、数字三极管Q1、电阻R2、电阻R3、MOS场效应管，所述数字三极管Q1内部集成限流电阻、下拉电阻，所述电阻R1的一端与锂电池电源正极相连，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端与接地端相连，所述电阻R1、电容C1串联后与NE555时基芯片相连，所述数字三极管Q1的基极与NE555时基芯片相连，所述数字三极管Q1的发射极与接地端相连，所述数字三极管Q1的集电极与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与MOS场效应管的栅极端相连，所述电阻R2并联在电阻R3与MOS场效应管的两端。

另外，第二开关2用于控制锂电池给MCU控制器供电；第三开关3用于控制电源输出，处于常开模式，关断由MCU控制器控制；电源输出接口用于连接负载设备；稳压电路用于降压稳压，提供MCU控制器所需电源；光敏开关传感器用于感应环境光线；RTC为实时时钟，主要由锂电池供电，若锂电池处于过放状态，由纽扣电池供电，用于定时闹钟中断触发唤醒电路，同时用于MCU控制器读取时间信息；唤醒电路模块由NE555时基芯片构成，R1、C1构成RC积分电路，与NE555一起构成触发延时电路，延时时间由R1、C1的乘积决定，EN3为延时电路的触发脉冲，Q1是数字三极管，与R2、R3、V1构成开关电路，用于控制电源的通、断；光照强度传感器用于感知光照强度；温湿度传感器用于感知环境温湿度；风扇用于设备机箱、电池散热；硬件看门狗用于防止MCU控制器的程序运行故障；温度传感器用于感知锂电池温度；LCD触摸显示屏用人机交互，查询、展示系统运行状态、锂电池容量、充电状态、负载消耗信息、电池续航时间等，无操作10秒后熄屏；IIC接口用于连接外部设备，提供装置的运行、监测数据；外部触发接口，用于连接外部设备，唤醒单片机，进行数据通讯。

MCU控制器的启动条件：①太阳能电池板输出电流达到充电阈值，锂电池充电管理EN1使能第一开关1；②第一开关1处于断开状态时，RTC中断信号或光敏开关传感器触发唤醒电路，EN3使能第二开关2，MCU控制器上电，并通过EN2端持续使能第二开关2，读取光照强度传感器、温湿度传感器数据，判断环境光照是否达到充电状态，进而判断太阳能电池板是否被积雪、粉尘、落叶覆盖，再控制清洁装置动作。

Claims (10)

1.一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：包括太阳能电池板、锂电池充电管理模块、锂电池、负载电流与电压检测电路、电源输出接口、稳压电路、唤醒电路模块、光敏开关传感器、第一开关1、第二开关2、第三开关3、内置有ADC芯片的MCU控制器、光照强度传感器、温湿度传感器、风扇、硬件看门狗、温度传感器、LCD触摸显示屏、IIC接口、外部触发接口、RTC时钟模块；

所述太阳能电池板与稳压电路相连，所述第一开关1设置在太阳能电池板与稳压电路之间，所述稳压电路与MCU控制器电连接；

所述太阳能电池板与锂电池充电管理模块相连，所述第一开关1与锂电池充电管理模块相连，所述锂电池充电管理模块与锂电池相连，所述锂电池与稳压电路相连，所述第二开关2设置在锂电池与稳压电路之间，所述第二开关2与唤醒电路模块相连，所述光敏开关传感器、RTC时钟模块分别与唤醒电路模块相连；

所述锂电池充电管理模块与负载电流与电压检测电路相连，所述负载电流与电压检测电路与MCU控制器中内置的ADC芯片的接口相连，所述负载电流与电压检测电路与电源输出接口相连，所述第三开关3设置在负载电流与电压检测电路与电源输出接口之间；

所述光照强度传感器、温湿度传感器、风扇、硬件看门狗、温度传感器、LCD触摸显示屏、IIC接口、外部触发接口、RTC时钟模块、第二开关2、第三开关3分别与MCU控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述太阳能电池板的背面设置有清洁装置，所述清洁装置包括驱动电机(1)、丝杆(2)、刮片(3)、支架(4)、滑块(5)，所述丝杆(2)的一端与驱动电机(1)的输出轴固定连接，所述丝杆(2)的两端分别通过轴承安装座(6)固定在太阳能电池板的背面，所述滑块(5)的上设置有前后贯穿的螺纹通孔，所述螺纹通孔与丝杆(2)相匹配，所述滑块(5)套设在丝杆(2)上，所述支架(4)包括左侧板、右侧板(402)、后侧板(403)，所述左侧板的一端与后侧板(403)的左端固定相连且二者互相垂直，所述右侧板(402)的一端与后侧板(403)的右端固定相连且二者互相垂直，所述左侧板与右侧板(402)相对且平行设置，所述后侧板(403)设置在滑块(5)的外侧表面，所述左侧板的表面沿其长度方向设置有第一滑槽(7)，所述右侧板(402)的表面沿其长度方向设置有第二滑槽(8)，所述第一滑槽(7)和第二滑槽(8)关于后侧板(403)的中心左右对称设置，所述刮片(3)的两端通过蝶形螺丝(9)分别固定在第一滑槽(7)和第二滑槽(8)内，所述刮片(3)为角形结合板。

3.根据权利要求2所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述MCU控制器采用型号为STM32L1系列低功耗单片机，所述ADC芯片采用型号为ADC3422的芯片。

4.根据权利要求3所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述光照强度传感器采用TSL2561T型号的光照强度传感器。

5.根据权利要求4所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述锂电池充电管理模块采用BQ24610或BQ24617型号的集成芯片。

6.根据权利要求5所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述光敏开关传感器采用GL7537型号的光敏开关传感器。

7.根据权利要求6所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述RTC时钟模块采用PCF8563T的时钟模块。

8.根据权利要求7所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述硬件看门狗采用TPS3823-33DBVR型号的硬件看门狗。

9.根据权利要求8所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述温湿度传感器采用SHT30型号的温湿度传感器。

10.根据权利要求9所述的一种节能型自恢复太阳能充电控制装置，其特征在于：所述唤醒电路模块包括NE555时基芯片、电阻R1、电容C1、数字三极管Q1、电阻R2、电阻R3、MOS场效应管，所述电阻R1的一端与锂电池电源正极相连，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端与接地端相连，所述电阻R1、电容C1串联后与NE555时基芯片相连，所述数字三极管Q1的基极与NE555时基芯片相连，所述数字三极管Q1的发射极与接地端相连，所述数字三极管Q1的集电极与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与MOS场效应管的栅极端相连，所述电阻R2并联在电阻R3与MOS场效应管的两端。

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