太陽能照明路燈智能控制裝置的制作方法

專利名稱：太陽能照明路燈智能控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于路燈控制裝置，涉及一種太陽能照明路燈智能控制裝置。 技術背景隨著社會不斷發展，太陽能照明路燈智能控制裝置得到廣泛應用，現有 技術中的智能化太陽能路燈控制裝置，其由蓄電池充放電保護電路、光控電 路和單片機控制電路組成，蓄電池正負極兩端連接有兩路采樣電路， 一路采 樣電路對蓄電池電壓進行采樣，通過預先設置值對蓄電池進行監測和保護， 另一路將蓄電池電壓采樣后送入控制器中進行處理，控制器根據當天的充電 情況和蓄電池在春夏秋冬不同季節的充電量自動控制路燈的工作時間，該智 能化太陽能路燈控制器，其充電采用開關來控制，使用不方便，觸點經常使用，容易損壞，從而縮短系統的使用壽命；對不同的光伏系統缺少自動識別 功能，不能兼容12V/24V的光伏系統，控制器缺少線路的保護， 一旦負載線 路出現短路，往往造成控制器燒壞，不利于工程開通和維護，太陽能電板沒 有完善的保護，容易被雷擊而損壞，太陽能電板不可識別白天和黃昏，不能 準確的啟動照明系統，當負載出現故障時，不能及時通知，負載的運行狀態 不能得到顯示，不利于維護，程序一旦設定，就不可再修改，不能實現不同 的功能。 發明目的本實用新型所要解決的問題是提供一種使用方便、輸出無觸點、穩定性高、安全性好，可以識別不同光伏系統、能夠兼容12V或24V光伏系統、便 于維護且對負載具有完善保護功能的太陽能智能照明控制系統。為了解決上述技術問題，本實用新型一種太陽能照明路燈智能控制裝置， 設有包括太陽能板、蓄電池、負載、微處理器單元、蓄電池充電單元和負載 驅動單元，太陽能電板輸出接蓄電池充電單元，其輸出端及控制端分別接蓄 電池和接微處理器，蓄電池輸出接負載驅動單元，其輸出端及控制端分別接 照明負載和微處理器，所述裝置還包括蓄電池電壓檢測單元、其輸入端和輸 出端分別接蓄電池輸出端和微處理器單元；太陽能電板電壓采集單元、其輸 入端和輸出端分別接太陽能電板和微處理器單元；電源自動識別單元、其輸 入端和輸出端分別接蓄電池和微處理器單元；負載上另接有負載過流短路保 護單元及負載在線檢測單元，兩者的輸出信號均連接至微處理器。所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其微處理器上接有對應于負載處于 斷開或短路狀態的報警驅動單元。所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其微處理器上接有狀態指示單元、 按鍵單元。所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其所述負載過流短路保護單元包括 通過微處理器單元與負載相并聯的終端電阻，以向微處理器單元傳送負載斷 開或斷開信號，所述負載在線檢測單元包括由運放器與比較器組成的與負載 并聯的保護電路，其輸出端接微處理器單元。所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其負載驅動單元設有二組輸出，連 接相應的雙回路負載。所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其功能轉換按鍵單元，包括兩個按鈕，以向微處理器單元傳送信號。所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其狀態指示單元，包括三個發光二 極管，其控制端接入微處理器單元。所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其蓄電池充電單元包括太陽能電板 反接單元及防雷擊保護單元。 一種太陽能智能照明控制系統，其包括太陽能 電板、蓄電池、負載、控制器、蓄電池充電單元、蓄電池電壓檢測單元、太 陽能電板電壓采集單元、電源自動識別單元、負載驅動單元、負載在線檢測單元、負載過流短路保護單元、報警驅動單元、狀態指示單元、按鍵單元；太陽能電板接蓄電池充電單元、太陽能電板電壓采集單元和蓄電池，蓄電池 充電單元的控制端接微處理器，其輸出端接蓄電池，其可判斷白天、黃昏或黑夜，且太陽能板的電壓大于蓄電池電壓時，太陽能板對蓄電池開始充電； 蓄電池接負載驅動單元，蓄電池電壓檢測單元、電源自動識別單元，負載驅 動單元輸出端接負載的燈泡，其控制端接入微處理器，蓄電池電壓檢測單元， 用于識別蓄電池的工作電壓，進行蓄電池開路/過充保護，電源自動識別單元， 用于識別蓄電池電壓為12V或為24V，且控制輸入微處理器的電壓；負載是由 燈泡雙回路組成的單元；負載驅動單元是具有二組燈泡輸出的單元，其輸出 受控于微處理器，根據設定的時間工作；負載過流短路保護單元，用于識別 負載處于過流或短路狀態，進而即時截止動作和程序監控；負載在線檢測單 元，用于檢測負載處于斷開或短路狀態；報警驅動單元，當負載處于斷開或 短路狀態時，發出報警提示；狀態指示單元，用于顯示系統工作狀態；按鍵 單元，用于實現微處理器不同功能轉換。上述太陽能智能照明控制系統，其蓄電池充電單元包括太陽能電板反接單元，用于避免太陽電板反接或反充電及防太陽能電板受雷擊。有益效果采用上述太陽能智能照明控制系統，由于其是包括太陽能板、 蓄電池、負載(交流負載可以通過逆變器轉換后實現)，蓄電池電壓檢測單元、 太陽能電池板電壓采集、電源自動識別電路、負載輸出控制與檢測電路、微 處理器、報警驅動單元、狀態指示單元、按鍵單元、蓄電池充電單元、負載 驅動單元組成。其中太陽能電池板電壓采集單元，用于太陽光線強弱的判 斷，作為白天、黃昏的識別信號，根據太陽能電池具有光生發電的科學原理， 控制器就可能自動識別黃昏和凌晨的來臨，并延時2分鐘后打開或關閉輸出 負載，蓄電池充電單元，同時本系統具有對太陽能板防反接、反充保護，充 電短路、開路保護功能，采用壓敏電阻作為浪涌吸收器，以實現對太陽能電 池板的防雷擊保護功能。蓄電池電壓采集，用于蓄電池工作電壓的識別，具 有防太陽能電池和防蓄電池接反功能，具有防蓄電池過充電和過放電及蓄電 池容量進行設置功能，利用單片機的P麗功能，對蓄電池進行充電管理，進 行蓄電池開路保護、過充保護，通過P麗充電電路(智能三階段充電)，可使 太陽能電池板發揮最大功效，提高系統充電效率，本系統具有對蓄電池防反 接、過充、過放的保護。負載輸出控制與檢測電路，本系統設計了兩路負載 輸出，每路的輸出均有獨立的控制和檢測，具有完善的過流、短路保護措施。 具有對負載的在線檢測功能，能識別負載是否處于離線及完好，負載過流及 短路保護設計了兩級保護。解決了用傳統保險絲只能對電路進行一次性保 護， 一旦燒毀必須人為更換的問題，同短路后需手動復位或斷電后重新開啟 的系統相比，也具有明顯的優點，具有過流、短路保護，當線路轉入正常時 自動恢復功能。簡化了太陽能智能路燈控制器維護，提高了系統的安全性能，電源自動識別電路，具有自動識別12V或24V系統工作電壓的功能，為了兼 容12V和24V的光伏系統，設計了電源自動識別電路。通過硬件自動切換電 路配合單片機，在初始化時識別該光伏系統是12V系統還是24V系統。這樣 也解決了普通三端穩壓器因功率損耗過大溫升過高而導致熱擊穿的問題，避 免因微處理供電不可靠而引起系統運行不穩定的問題。工作模式可以靈活設 置，具有可編程的夜間照明時間及工作模式設置功能；允許異常斷電而不破 壞任何設置的參數。控制器二路負載可以隨意設置為同時點亮、分時點亮， 單獨定時等工作模式，具有較高的自動化和智能化程度，具有充電狀態指示、 負載狀態指示和蓄電池儲電狀態指示。負載(燈具)保護功能，為保護負載 (燈具)，蓄電池過放保護恢復時，該控制器通過軟件設置了一個回差電壓， 這樣負載開關不會出現顫抖現象，有利于延長燈具的使用壽命。人機界面良 好，該控制器狀態指示采用發光二極管，用于設置、自檢、充電、電池容量、 負載工作等狀態指示。本系統用較少的按鍵實現了諸多功能，具有可編程的 夜間照明時間設置功能，具有自檢和時間查詢功能，具有雙路輸出、分時控 制功能，如負載工作模式的設置，雙燈同時工作還是分時工作、負載工作時 間的設定，還有自檢和查詢功能等。本控制器具有蓄電池容量輸入功能，控 制器可以按蓄電池不同容量的伏安特性對蓄電池充電，使蓄電池獲得最佳充 電效果，延長其使用壽命，獲得最佳充電效果。系統無觸點使用，操作、維 護簡單方便，組成電路的器件價格便宜，成本較低。

圖l是本實用新型的流程圖。圖2是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。如附圖1中所示一種太陽能智能照明控制系統是本實用新型一種太陽能 智能照明控制系統的優選方式，該太陽能智能照明控制系統包括太陽能電板1、蓄電池2、負載16、控制器IO、蓄電池充電單元ll、蓄電池電壓檢測單 元6、太陽能電板電壓采集單元5、電源自動識別單元7、負載驅動單元14、 負載在線檢測單元15、負載過流短路保護單元9、報警驅動單元12、狀態指 示單元13、按鍵單元8，蓄電池充電單元11包括太陽能電板反接單元4及防 雷擊保護單元3;太陽能電板l，通過連接器接充電單元ll、太陽能電板電壓 采集單元5及蓄電池2，充電單元ll由快恢復二極管和場效應管組成，其控 制極受控于微處理器10的Pl. 6腳，其輸出接蓄電池2，太陽能電池板1可探 測環境的光線強弱，進而判斷出白天和黑夜，當太陽能電池板l的電壓大于 蓄電池2電壓時，充電單元ll有電流流過，蓄電池2在充電，蓄電池充電回 路ll，系統根據設置好的蓄電池2容量，利用單片機的P麗功能，控制器根 據蓄電池2不同容量的伏安特性自動調節對蓄電池充電電流，來獲得最佳充 電效果，以單體標稱電壓為12V的鉛酸蓄電池為例，當其單體電壓在10V-11. 5V 時，便以0.2C的充電電流對蓄電池充電，當其單體電壓在11.5V-12. 5V時， 便以0. 1C的充電電流對蓄電池充電，當其單體電壓在12. 5V-15V時，便以 0.05C的充電電流對蓄電池充電。此后當電壓掉至維護電壓時，蓄電池進入浮 充狀態，當低于維護電壓后浮充關閉，進入均充狀態。當蓄電池電壓低于保 護電壓時，控制器自動關閉負載開關以保護蓄電池不受損壞。通過P麗充電 電路(智能三階段充電)，可使太陽能電池板發揮最大功效，提高系統充電效率，太陽能電池板l防反接、反充保有護單元4，采用快恢復二極管實現對太陽能電池板l的防反接、反充保護，防雷擊保護單元3，采用壓敏電阻作為浪 涌吸收器，以實現對太陽能電池板的防雷擊保護，太陽能電板電壓采集單元5， 用于太陽光線強弱的判斷，，作為白天、黃昏的識別信號；蓄電池2通過導線 接負載驅動回路14，蓄電池電壓檢測單元6、電源自動識別單元7，負載驅動 回路14是由2只場效應管組成，場效應管作為電子開關，控制回路的輸出， 其控制極受微處理器10的Pl. 7、 P3.7兩腳的控制，蓄電池2提供照明系統 所需的電源，負載驅動單元14輸出端接負載的燈泡16，其控制端接入微處理 器10，蓄電池電壓檢測單元6，用于識別蓄電池2的工作電壓，進行蓄電池2 開路/過充保護，電源自動識別電路7，是一穩壓電路，用于識別蓄電池電壓 為12V或為24V，且控制輸入微處理器10的電壓，為防止蓄電池2反接對系 統的損壞，蓄電池2經一隔離二極管后接入電源自動識別電路7，為了兼容 12V和24V的光伏系統，設計了電源自動識別電路7，整機靜態電流在25mA 左右，由于單節12V蓄電池最高電壓小于16V，兩節12V蓄電池電壓最低不小 于21V，故以18V作為門檻電壓。當電源電壓在18V以下時三極管8550導通， 限壓電阻被短路，78L05輸入端電壓接近于電源電壓；反之8550截止，限壓 電阻起作用，78L05輸入端電壓被限壓，這樣解決了 78L05因功率損耗過大溫 升過高而導致熱擊穿的問題，電源電壓分壓后送入P1.4(A/D 口)轉換，單片 機在初始化時根據轉換值范圍不同來識別是12V還是24V系統；負載16是由 燈泡雙回路組成的單元，負載驅動回路14所帶的負載16，可以是與蓄電池2 相應電壓的直流負載，如直流節能燈、LED燈，也可以通過逆變器驅動無極燈、 高壓鈉燈等交流負載；負載驅動單元14是具有二組燈泡輸出的單元，其輸出受控于微處理器IO，根據設定的時間工作，在蓄電池2欠壓、白天來臨時， 負載驅動回路14停止輸出，在負載短路或嚴重過載時，負載驅動回路14每 隔10秒接通負載16，如負載16短路己解除，則負載16能正常工作，負載 16輸出控制可采用SGS-THOMSOM公司的N型增強型功率MOS管P60N06。該功 率管具有低內阻(〈0.014歐)，能承受高的工作電流(最大為60A)，較高擊 穿電壓(〉60V)較低門檻驅動電壓(〉4V)的特點，經試驗表明在5A的額定負 載下，溫升不超過1(TC，不需附加散熱器。負載輸出控制電路的參數選擇要 保證12V和24V系統均能使P60N06可靠開通和關斷，同時要注意MOS管的柵 源電壓必須限制在20V范圍內，以保護MOS管；微處理器IO，是系統的核心 器件，其可監測蓄電池2的工作狀態，可以識別目前的光線情況，可以跟蹤 負載16的運行情況，進而根據的流程調用不同的處理程序，為防止外界干擾 引起系統運行失常，微處理器10具有攔截程序失控的自動恢復功能；負載過 流短路保護單元9，用于識別負載16處于過流或短路狀態，進而即時截止動 作和程序監控，負載過流短路檢測單元9，負載過流及短路保護設計了兩級 保護。第一級采用了 0. 01歐康銅絲以及運放LM358、比較器LM393等器件組 成的過流、短路檢測電路配合單片機的A/D轉換及外部中斷響應來實現，這 種使用了硬件+軟件的方式，LM358的輸出送Pl. 7 (A/D轉換)口 ，用作過流信 號識別，當電流超過額定電流20%并維持30秒以上時，確認為過流；短路電 流整定為10A，響應時間為毫秒數量級。第二級采用了電子保險絲保護，當流 經電子保險絲的電流驟然增加時，溫度隨之上升，其電阻大大增加，工作電 流大大降低，達到保護電路目的，響應時間為秒數量級，過流撤消或短路恢 復后電子保險絲恢復成低阻抗導體，無須任何人為更換或維修。系統采用了兩級保護措施后，在長達數小時時間負載短路實驗后，控制器仍沒出現電路 燒毀現象。解決了用傳統保險絲只能對電路進行一次性保護， 一旦燒毀必須 人為更換的問題，同短路后需手動復位或斷電后重新開啟的系統相比，也具有明顯的優點。簡化了太陽能路燈控制器維護，提高了系統的安全性能；負 載在線檢測單元15，用于檢測負載16處于斷開或短路狀態，可以是負載16 與一個終端電阻相并聯，該電路在負載16未開啟時起作用，當負載16斷開 或短路時送到A/D轉換口的電壓值和負載16未發生故障等明顯不一樣。當微 處理器檢測到時負載故障，報警驅動電路12會讓蜂鳴器發出聲音，報警驅動 單元12，當負載處于斷開或短路狀態時，發出報警提示；狀態指示單元13， 用于顯示系統工作狀態狀態指示電路13，由三個發光二極管組成，用于不同 狀態的顯示，正常運行時指示含義如下充電指示燈(綠色，以下稱左燈)， 點亮時表示系統正處在充電狀態，不亮時系統停止充電，蓄電池電量指示燈 (紅綠雙色，以下稱中燈)，穩定地顯示綠色，表示蓄電池電已充滿，綠色慢 閃表示儲存量在50%以下，紅色慢閃表示蓄電池儲能將盡，負載指示燈(紅色， 以下稱右燈)，點亮為負載處于打開狀態，不亮為負載處于關閉狀態；按鍵單 元8，用于實現微處理器不同功能轉換，P3.4(T0)接F1鍵，該鍵用于設置狀 態的識別及參數設置；P3.5(T1)接F2鍵，該鍵用于自檢及"加1"功能，根 據程序流程，分別實現不同功能，太陽能智能照明控制系統按附圖l連接好 以后，該系統即開始正常工作，無須人為開關燈控制。本實用新型的負載驅動回路輸出，其時間設置和工作模式可以現場編程 的，具體操作如下 1、時間設置采用二進制三位編程方式設置。進入設置狀態時，控制器左窗口內左、中、右三只LED作為三位計數代碼顯示。右窗口內左按鈕為設置按 鈕，右按鈕為輸數按鈕，又是自檢按鈕。由于二進制三位計數方式，最 大計數只有7，所以采用了基礎時數+修正時數的方法編程設置。表達式如下設置時間=基礎時數+修正時數操作方法如下(1) 長按F1鍵5秒釋放后，右LED指示燈連續閃爍3次后，進入基礎 時數設置狀態，每按右鍵一次，基礎時數加l，最多加數是7，如果再按F2 鍵，基礎時數將轉為"0"。(2) 在設定好基礎時數后(0—7個時數可任意定點)，第二次按F1鍵， 中間LED指示燈閃爍3次后，進入修正時數設定狀態，設置方式同基礎時數 設置。(3) 第三次按F1鍵，時間設置完畢。 2、工作模式設置(1) 模式l:負載同時開啟，同時停止，負載點亮時間為基礎時數與修正 時數之和。(2) 模式2:負載同時開啟，l路負載先停止，l路負載點亮時間為基礎時數，2路負載點亮時數為基礎時數與修正時數之和。(3) 模式3: l路負載先開啟，停止后打開2路負載，l路負載點亮時間 為基礎時數，2路負載點亮時間為修正時數。為便于現場調試和開通、了解控制器是否處于正常工作狀態，以及進 一步查詢設置的負載工作時間和模式，本實用新型還具有自檢和査詢功能，具體操作方法如下1、 長按F2鍵5秒釋放后，左窗口三只LED同時發光，并延時2秒后熄 滅后，將從左到右每只LED管依次閃爍一下，當右LED管發光時，負載隨即 打開，并延時10秒后右LED管和負載同時熄滅，以上自檢通過后，說明控制 系統處于正常工作狀態。2、 負載熄滅后，右面LED管連續閃爍三下，調出基礎時間，然后中間LED 燈連續閃爍三下，調出修正時間。以顯示所設置的負載工作時間。3、 自檢結束，系統恢復正常。本實用新型，可適用12V或24V工作的光伏系統，可以直接驅動直流節 能燈或通過逆變器驅動無極燈等燈具作為照明光源使用，也可以驅動一些直 流低壓負載供城市亮化使用。控制器的兩路負載輸出，可以用于機動車道和 人行道的照明，照明時間和工作模式可以靈活設置。著重解決了如何對蓄電 池及負載進行有效管理的問題，既提高了太陽能電池板的使用效率，又延長 了蓄電池的使用壽命，防止了工程上因線路問題而造成意外事件的發生，本 實用新型太陽能智能照明控制系統，具有使用、維護、操作簡單方便及高性 價比的優點。
權利要求1、一種太陽能照明路燈智能控制裝置，包括太陽能板(1)、蓄電池(2)、負載(16)、微處理器單元(10)、蓄電池充電單元(11)和負載驅動單元(14)，太陽能電板(1)輸出接蓄電池充電單元(11)，其輸出端及控制端分別接蓄電池(2)和接微處理器(10)，蓄電池(2)輸出接負載驅動單元(14)，其輸出端及控制端分別接照明負載(16)和微處理器(10)，其特征在于，所述裝置還包括蓄電池電壓檢測單元(6)、其輸入端和輸出端分別接蓄電池(2)輸出端和微處理器單元；太陽能電板電壓采集單元(5)、其輸入端和輸出端分別接太陽能電板和微處理器單元；電源自動識別單元(7)、其輸入端和輸出端分別接蓄電池(2)和微處理器單元；負載(16)上另接有負載過流短路保護單元(15)及負載在線檢測單元(9)，兩者的輸出信號均連接至微處理器(10)。
2、 如權利要求l所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其特征在于，所述 微處理器上接有對應于負載(16)處于斷開或短路狀態的報警驅動單元(12)。
3、 如權利要求l所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其特征在于，所述 微處理器上接有狀態指示單元(13)、按鍵單元(8)。
4、 如權利要求3所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其特征在于，功能 轉換按鍵單元，包括兩個按鈕，以向微處理器單元傳送信號。
5、 如權利要求3所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其特征在于，所述 狀態指示單元，包括三個發光二極管，其控制端接入微處理器單元。
6、 如權利要求l所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其特征在于，所述負載過流短路保護單元(15)包括通過微處理器單元與負載相并聯的終端電阻，以向微處理器單元傳送負載斷開或斷開信號，所述負載在線檢測單元(9)包括由運放器與比較器組成的與負載并聯的保護電路，其輸出端接微處理器單元。
7、 如權利要求l所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其特征在于，所述 負載驅動單元(14)設有二組輸出，連接相應的雙回路負載(16)。
8、 如權利要求l所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其蓄電池充電單元 (11)包括太陽能電板反接單元(4)及防雷擊保護單元(3)。
9、 如權利要求8所述太陽能照明路燈智能控制裝置，其特征在于，太陽 能電板反接單元包括快恢復二極管，其防雷擊保護單元包括壓敏電阻。
專利摘要本實用新型提供了一種太陽能照明路燈智能控制裝置，包括太陽能板、蓄電池、負載、微處理器單元、蓄電池充電單元和負載驅動單元，太陽能電板輸出接蓄電池充電單元，蓄電池輸出接負載驅動單元，還包括蓄電池電壓檢測單元、太陽能電板電壓采集單元、電源自動識別單元、負載上另接有負載過流短路保護單元及負載在線檢測單元，本實用新型使用方便便于維護且對負載具有完善保護功能。
文檔編號F21S9/00GK201119053SQ20072004304
公開日2008年9月17日 申請日期2007年8月8日 優先權日2007年8月8日
發明者何朝陽, 吳立琴 申請人:江蘇中澳光伏能源科技有限公司