专利名称：太阳能照明路灯智能控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于路灯控制装置，涉及一种太阳能照明路灯智能控制装置。 技术背景随着社会不断发展，太阳能照明路灯智能控制装置得到广泛应用，现有 技术中的智能化太阳能路灯控制装置，其由蓄电池充放电保护电路、光控电 路和单片机控制电路组成，蓄电池正负极两端连接有两路采样电路， 一路采 样电路对蓄电池电压进行采样，通过预先设置值对蓄电池进行监测和保护， 另一路将蓄电池电压采样后送入控制器中进行处理，控制器根据当天的充电 情况和蓄电池在春夏秋冬不同季节的充电量自动控制路灯的工作时间，该智 能化太阳能路灯控制器，其充电采用开关来控制，使用不方便，触点经常使用，容易损坏，从而縮短系统的使用寿命；对不同的光伏系统缺少自动识别 功能，不能兼容12V/24V的光伏系统，控制器缺少线路的保护， 一旦负载线 路出现短路，往往造成控制器烧坏，不利于工程开通和维护，太阳能电板没 有完善的保护，容易被雷击而损坏，太阳能电板不可识别白天和黄昏，不能 准确的启动照明系统，当负载出现故障时，不能及时通知，负载的运行状态 不能得到显示，不利于维护，程序一旦设定，就不可再修改，不能实现不同 的功能。 发明目的本实用新型所要解决的问题是提供一种使用方便、输出无触点、稳定性高、安全性好，可以识别不同光伏系统、能够兼容12V或24V光伏系统、便 于维护且对负载具有完善保护功能的太阳能智能照明控制系统。为了解决上述技术问题，本实用新型一种太阳能照明路灯智能控制装置， 设有包括太阳能板、蓄电池、负载、微处理器单元、蓄电池充电单元和负载 驱动单元，太阳能电板输出接蓄电池充电单元，其输出端及控制端分别接蓄 电池和接微处理器，蓄电池输出接负载驱动单元，其输出端及控制端分别接 照明负载和微处理器，所述装置还包括蓄电池电压检测单元、其输入端和输 出端分别接蓄电池输出端和微处理器单元；太阳能电板电压采集单元、其输 入端和输出端分别接太阳能电板和微处理器单元；电源自动识别单元、其输 入端和输出端分别接蓄电池和微处理器单元；负载上另接有负载过流短路保 护单元及负载在线检测单元，两者的输出信号均连接至微处理器。所述太阳能照明路灯智能控制装置，其微处理器上接有对应于负载处于 断开或短路状态的报警驱动单元。所述太阳能照明路灯智能控制装置，其微处理器上接有状态指示单元、 按键单元。所述太阳能照明路灯智能控制装置，其所述负载过流短路保护单元包括 通过微处理器单元与负载相并联的终端电阻，以向微处理器单元传送负载断 开或断开信号，所述负载在线检测单元包括由运放器与比较器组成的与负载 并联的保护电路，其输出端接微处理器单元。所述太阳能照明路灯智能控制装置，其负载驱动单元设有二组输出，连 接相应的双回路负载。所述太阳能照明路灯智能控制装置，其功能转换按键单元，包括两个按钮，以向微处理器单元传送信号。所述太阳能照明路灯智能控制装置，其状态指示单元，包括三个发光二 极管，其控制端接入微处理器单元。所述太阳能照明路灯智能控制装置，其蓄电池充电单元包括太阳能电板 反接单元及防雷击保护单元。 一种太阳能智能照明控制系统，其包括太阳能 电板、蓄电池、负载、控制器、蓄电池充电单元、蓄电池电压检测单元、太 阳能电板电压采集单元、电源自动识别单元、负载驱动单元、负载在线检测单元、负载过流短路保护单元、报警驱动单元、状态指示单元、按键单元；太阳能电板接蓄电池充电单元、太阳能电板电压采集单元和蓄电池，蓄电池 充电单元的控制端接微处理器，其输出端接蓄电池，其可判断白天、黄昏或黑夜，且太阳能板的电压大于蓄电池电压时，太阳能板对蓄电池开始充电； 蓄电池接负载驱动单元，蓄电池电压检测单元、电源自动识别单元，负载驱 动单元输出端接负载的灯泡，其控制端接入微处理器，蓄电池电压检测单元， 用于识别蓄电池的工作电压，进行蓄电池开路/过充保护，电源自动识别单元， 用于识别蓄电池电压为12V或为24V，且控制输入微处理器的电压；负载是由 灯泡双回路组成的单元；负载驱动单元是具有二组灯泡输出的单元，其输出 受控于微处理器，根据设定的时间工作；负载过流短路保护单元，用于识别 负载处于过流或短路状态，进而即时截止动作和程序监控；负载在线检测单 元，用于检测负载处于断开或短路状态；报警驱动单元，当负载处于断开或 短路状态时，发出报警提示；状态指示单元，用于显示系统工作状态；按键 单元，用于实现微处理器不同功能转换。上述太阳能智能照明控制系统，其蓄电池充电单元包括太阳能电板反接单元，用于避免太阳电板反接或反充电及防太阳能电板受雷击。有益效果采用上述太阳能智能照明控制系统，由于其是包括太阳能板、 蓄电池、负载(交流负载可以通过逆变器转换后实现)，蓄电池电压检测单元、 太阳能电池板电压采集、电源自动识别电路、负载输出控制与检测电路、微 处理器、报警驱动单元、状态指示单元、按键单元、蓄电池充电单元、负载 驱动单元组成。其中太阳能电池板电压采集单元，用于太阳光线强弱的判 断，作为白天、黄昏的识别信号，根据太阳能电池具有光生发电的科学原理， 控制器就可能自动识别黄昏和凌晨的来临，并延时2分钟后打开或关闭输出 负载，蓄电池充电单元，同时本系统具有对太阳能板防反接、反充保护，充 电短路、开路保护功能，采用压敏电阻作为浪涌吸收器，以实现对太阳能电 池板的防雷击保护功能。蓄电池电压采集，用于蓄电池工作电压的识别，具 有防太阳能电池和防蓄电池接反功能，具有防蓄电池过充电和过放电及蓄电 池容量进行设置功能，利用单片机的P丽功能，对蓄电池进行充电管理，进 行蓄电池开路保护、过充保护，通过P丽充电电路(智能三阶段充电)，可使 太阳能电池板发挥最大功效，提高系统充电效率，本系统具有对蓄电池防反 接、过充、过放的保护。负载输出控制与检测电路，本系统设计了两路负载 输出，每路的输出均有独立的控制和检测，具有完善的过流、短路保护措施。 具有对负载的在线检测功能，能识别负载是否处于离线及完好，负载过流及 短路保护设计了两级保护。解决了用传统保险丝只能对电路进行一次性保 护， 一旦烧毁必须人为更换的问题，同短路后需手动复位或断电后重新开启 的系统相比，也具有明显的优点，具有过流、短路保护，当线路转入正常时 自动恢复功能。简化了太阳能智能路灯控制器维护，提高了系统的安全性能，电源自动识别电路，具有自动识别12V或24V系统工作电压的功能，为了兼 容12V和24V的光伏系统，设计了电源自动识别电路。通过硬件自动切换电 路配合单片机，在初始化时识别该光伏系统是12V系统还是24V系统。这样 也解决了普通三端稳压器因功率损耗过大温升过高而导致热击穿的问题，避 免因微处理供电不可靠而引起系统运行不稳定的问题。工作模式可以灵活设 置，具有可编程的夜间照明时间及工作模式设置功能；允许异常断电而不破 坏任何设置的参数。控制器二路负载可以随意设置为同时点亮、分时点亮， 单独定时等工作模式，具有较高的自动化和智能化程度，具有充电状态指示、 负载状态指示和蓄电池储电状态指示。负载(灯具)保护功能，为保护负载 (灯具)，蓄电池过放保护恢复时，该控制器通过软件设置了一个回差电压， 这样负载开关不会出现颤抖现象，有利于延长灯具的使用寿命。人机界面良 好，该控制器状态指示采用发光二极管，用于设置、自检、充电、电池容量、 负载工作等状态指示。本系统用较少的按键实现了诸多功能，具有可编程的 夜间照明时间设置功能，具有自检和时间查询功能，具有双路输出、分时控 制功能，如负载工作模式的设置，双灯同时工作还是分时工作、负载工作时 间的设定，还有自检和查询功能等。本控制器具有蓄电池容量输入功能，控 制器可以按蓄电池不同容量的伏安特性对蓄电池充电，使蓄电池获得最佳充 电效果，延长其使用寿命，获得最佳充电效果。系统无触点使用，操作、维 护简单方便，组成电路的器件价格便宜，成本较低。
图l是本实用新型的流程图。图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。如附图1中所示一种太阳能智能照明控制系统是本实用新型一种太阳能 智能照明控制系统的优选方式，该太阳能智能照明控制系统包括太阳能电板1、蓄电池2、负载16、控制器IO、蓄电池充电单元ll、蓄电池电压检测单 元6、太阳能电板电压采集单元5、电源自动识别单元7、负载驱动单元14、 负载在线检测单元15、负载过流短路保护单元9、报警驱动单元12、状态指 示单元13、按键单元8，蓄电池充电单元11包括太阳能电板反接单元4及防 雷击保护单元3;太阳能电板l，通过连接器接充电单元ll、太阳能电板电压 采集单元5及蓄电池2，充电单元ll由快恢复二极管和场效应管组成，其控 制极受控于微处理器10的Pl. 6脚，其输出接蓄电池2，太阳能电池板1可探 测环境的光线强弱，进而判断出白天和黑夜，当太阳能电池板l的电压大于 蓄电池2电压时，充电单元ll有电流流过，蓄电池2在充电，蓄电池充电回 路ll，系统根据设置好的蓄电池2容量，利用单片机的P丽功能，控制器根 据蓄电池2不同容量的伏安特性自动调节对蓄电池充电电流，来获得最佳充 电效果，以单体标称电压为12V的铅酸蓄电池为例，当其单体电压在10V-11. 5V 时，便以0.2C的充电电流对蓄电池充电，当其单体电压在11.5V-12. 5V时， 便以0. 1C的充电电流对蓄电池充电，当其单体电压在12. 5V-15V时，便以 0.05C的充电电流对蓄电池充电。此后当电压掉至维护电压时，蓄电池进入浮 充状态，当低于维护电压后浮充关闭，进入均充状态。当蓄电池电压低于保 护电压时，控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过P丽充电 电路(智能三阶段充电)，可使太阳能电池板发挥最大功效，提高系统充电效率，太阳能电池板l防反接、反充保有护单元4，采用快恢复二极管实现对太阳能电池板l的防反接、反充保护，防雷击保护单元3，采用压敏电阻作为浪 涌吸收器，以实现对太阳能电池板的防雷击保护，太阳能电板电压采集单元5， 用于太阳光线强弱的判断，，作为白天、黄昏的识别信号；蓄电池2通过导线 接负载驱动回路14，蓄电池电压检测单元6、电源自动识别单元7，负载驱动 回路14是由2只场效应管组成，场效应管作为电子开关，控制回路的输出， 其控制极受微处理器10的Pl. 7、 P3.7两脚的控制，蓄电池2提供照明系统 所需的电源，负载驱动单元14输出端接负载的灯泡16，其控制端接入微处理 器10，蓄电池电压检测单元6，用于识别蓄电池2的工作电压，进行蓄电池2 开路/过充保护，电源自动识别电路7，是一稳压电路，用于识别蓄电池电压 为12V或为24V，且控制输入微处理器10的电压，为防止蓄电池2反接对系 统的损坏，蓄电池2经一隔离二极管后接入电源自动识别电路7，为了兼容 12V和24V的光伏系统，设计了电源自动识别电路7，整机静态电流在25mA 左右，由于单节12V蓄电池最高电压小于16V，两节12V蓄电池电压最低不小 于21V，故以18V作为门槛电压。当电源电压在18V以下时三极管8550导通， 限压电阻被短路，78L05输入端电压接近于电源电压；反之8550截止，限压 电阻起作用，78L05输入端电压被限压，这样解决了 78L05因功率损耗过大温 升过高而导致热击穿的问题，电源电压分压后送入P1.4(A/D 口)转换，单片 机在初始化时根据转换值范围不同来识别是12V还是24V系统；负载16是由 灯泡双回路组成的单元，负载驱动回路14所带的负载16，可以是与蓄电池2 相应电压的直流负载，如直流节能灯、LED灯，也可以通过逆变器驱动无极灯、 高压钠灯等交流负载；负载驱动单元14是具有二组灯泡输出的单元，其输出受控于微处理器IO，根据设定的时间工作，在蓄电池2欠压、白天来临时， 负载驱动回路14停止输出，在负载短路或严重过载时，负载驱动回路14每 隔10秒接通负载16，如负载16短路己解除，则负载16能正常工作，负载 16输出控制可采用SGS-THOMSOM公司的N型增强型功率MOS管P60N06。该功 率管具有低内阻(〈0.014欧)，能承受高的工作电流(最大为60A)，较高击 穿电压(〉60V)较低门槛驱动电压(〉4V)的特点，经试验表明在5A的额定负 载下，温升不超过1(TC，不需附加散热器。负载输出控制电路的参数选择要 保证12V和24V系统均能使P60N06可靠开通和关断，同时要注意MOS管的栅 源电压必须限制在20V范围内，以保护MOS管；微处理器IO，是系统的核心 器件，其可监测蓄电池2的工作状态，可以识别目前的光线情况，可以跟踪 负载16的运行情况，进而根据的流程调用不同的处理程序，为防止外界干扰 引起系统运行失常，微处理器10具有拦截程序失控的自动恢复功能；负载过 流短路保护单元9，用于识别负载16处于过流或短路状态，进而即时截止动 作和程序监控，负载过流短路检测单元9，负载过流及短路保护设计了两级 保护。第一级采用了 0. 01欧康铜丝以及运放LM358、比较器LM393等器件组 成的过流、短路检测电路配合单片机的A/D转换及外部中断响应来实现，这 种使用了硬件+软件的方式，LM358的输出送Pl. 7 (A/D转换)口 ，用作过流信 号识别，当电流超过额定电流20%并维持30秒以上时，确认为过流；短路电 流整定为10A，响应时间为毫秒数量级。第二级采用了电子保险丝保护，当流 经电子保险丝的电流骤然增加时，温度随之上升，其电阻大大增加，工作电 流大大降低，达到保护电路目的，响应时间为秒数量级，过流撤消或短路恢 复后电子保险丝恢复成低阻抗导体，无须任何人为更换或维修。系统采用了两级保护措施后，在长达数小时时间负载短路实验后，控制器仍没出现电路 烧毁现象。解决了用传统保险丝只能对电路进行一次性保护， 一旦烧毁必须 人为更换的问题，同短路后需手动复位或断电后重新开启的系统相比，也具有明显的优点。简化了太阳能路灯控制器维护，提高了系统的安全性能；负 载在线检测单元15，用于检测负载16处于断开或短路状态，可以是负载16 与一个终端电阻相并联，该电路在负载16未开启时起作用，当负载16断开 或短路时送到A/D转换口的电压值和负载16未发生故障等明显不一样。当微 处理器检测到时负载故障，报警驱动电路12会让蜂鸣器发出声音，报警驱动 单元12，当负载处于断开或短路状态时，发出报警提示；状态指示单元13， 用于显示系统工作状态状态指示电路13，由三个发光二极管组成，用于不同 状态的显示，正常运行时指示含义如下充电指示灯(绿色，以下称左灯)， 点亮时表示系统正处在充电状态，不亮时系统停止充电，蓄电池电量指示灯 (红绿双色，以下称中灯)，稳定地显示绿色，表示蓄电池电已充满，绿色慢 闪表示储存量在50%以下，红色慢闪表示蓄电池储能将尽，负载指示灯(红色， 以下称右灯)，点亮为负载处于打开状态，不亮为负载处于关闭状态；按键单 元8，用于实现微处理器不同功能转换，P3.4(T0)接F1键，该键用于设置状 态的识别及参数设置；P3.5(T1)接F2键，该键用于自检及"加1"功能，根 据程序流程，分别实现不同功能，太阳能智能照明控制系统按附图l连接好 以后，该系统即开始正常工作，无须人为开关灯控制。本实用新型的负载驱动回路输出，其时间设置和工作模式可以现场编程 的，具体操作如下 1、时间设置采用二进制三位编程方式设置。进入设置状态时，控制器左窗口内左、中、右三只LED作为三位计数代码显示。右窗口内左按钮为设置按 钮，右按钮为输数按钮，又是自检按钮。由于二进制三位计数方式，最 大计数只有7，所以采用了基础时数+修正时数的方法编程设置。表达式如下设置时间=基础时数+修正时数操作方法如下(1) 长按F1键5秒释放后，右LED指示灯连续闪烁3次后，进入基础 时数设置状态，每按右键一次，基础时数加l，最多加数是7，如果再按F2 键，基础时数将转为"0"。(2) 在设定好基础时数后(0—7个时数可任意定点)，第二次按F1键， 中间LED指示灯闪烁3次后，进入修正时数设定状态，设置方式同基础时数 设置。(3) 第三次按F1键，时间设置完毕。 2、工作模式设置(1) 模式l:负载同时开启，同时停止，负载点亮时间为基础时数与修正 时数之和。(2) 模式2:负载同时开启，l路负载先停止，l路负载点亮时间为基础时数，2路负载点亮时数为基础时数与修正时数之和。(3) 模式3: l路负载先开启，停止后打开2路负载，l路负载点亮时间 为基础时数，2路负载点亮时间为修正时数。为便于现场调试和开通、了解控制器是否处于正常工作状态，以及进 一步查询设置的负载工作时间和模式，本实用新型还具有自检和査询功能，具体操作方法如下1、 长按F2键5秒释放后，左窗口三只LED同时发光，并延时2秒后熄 灭后，将从左到右每只LED管依次闪烁一下，当右LED管发光时，负载随即 打开，并延时10秒后右LED管和负载同时熄灭，以上自检通过后，说明控制 系统处于正常工作状态。2、 负载熄灭后，右面LED管连续闪烁三下，调出基础时间，然后中间LED 灯连续闪烁三下，调出修正时间。以显示所设置的负载工作时间。3、 自检结束，系统恢复正常。本实用新型，可适用12V或24V工作的光伏系统，可以直接驱动直流节 能灯或通过逆变器驱动无极灯等灯具作为照明光源使用，也可以驱动一些直 流低压负载供城市亮化使用。控制器的两路负载输出，可以用于机动车道和 人行道的照明，照明时间和工作模式可以灵活设置。着重解决了如何对蓄电 池及负载进行有效管理的问题，既提高了太阳能电池板的使用效率，又延长 了蓄电池的使用寿命，防止了工程上因线路问题而造成意外事件的发生，本 实用新型太阳能智能照明控制系统，具有使用、维护、操作简单方便及高性 价比的优点。
权利要求1、一种太阳能照明路灯智能控制装置，包括太阳能板(1)、蓄电池(2)、负载(16)、微处理器单元(10)、蓄电池充电单元(11)和负载驱动单元(14)，太阳能电板(1)输出接蓄电池充电单元(11)，其输出端及控制端分别接蓄电池(2)和接微处理器(10)，蓄电池(2)输出接负载驱动单元(14)，其输出端及控制端分别接照明负载(16)和微处理器(10)，其特征在于，所述装置还包括蓄电池电压检测单元(6)、其输入端和输出端分别接蓄电池(2)输出端和微处理器单元；太阳能电板电压采集单元(5)、其输入端和输出端分别接太阳能电板和微处理器单元；电源自动识别单元(7)、其输入端和输出端分别接蓄电池(2)和微处理器单元；负载(16)上另接有负载过流短路保护单元(15)及负载在线检测单元(9)，两者的输出信号均连接至微处理器(10)。
2、 如权利要求l所述太阳能照明路灯智能控制装置，其特征在于，所述 微处理器上接有对应于负载(16)处于断开或短路状态的报警驱动单元(12)。
3、 如权利要求l所述太阳能照明路灯智能控制装置，其特征在于，所述 微处理器上接有状态指示单元(13)、按键单元(8)。
4、 如权利要求3所述太阳能照明路灯智能控制装置，其特征在于，功能 转换按键单元，包括两个按钮，以向微处理器单元传送信号。
5、 如权利要求3所述太阳能照明路灯智能控制装置，其特征在于，所述 状态指示单元，包括三个发光二极管，其控制端接入微处理器单元。
6、 如权利要求l所述太阳能照明路灯智能控制装置，其特征在于，所述负载过流短路保护单元(15)包括通过微处理器单元与负载相并联的终端电阻，以向微处理器单元传送负载断开或断开信号，所述负载在线检测单元(9)包括由运放器与比较器组成的与负载并联的保护电路，其输出端接微处理器单元。
7、 如权利要求l所述太阳能照明路灯智能控制装置，其特征在于，所述 负载驱动单元(14)设有二组输出，连接相应的双回路负载(16)。
8、 如权利要求l所述太阳能照明路灯智能控制装置，其蓄电池充电单元 (11)包括太阳能电板反接单元(4)及防雷击保护单元(3)。
9、 如权利要求8所述太阳能照明路灯智能控制装置，其特征在于，太阳 能电板反接单元包括快恢复二极管，其防雷击保护单元包括压敏电阻。
专利摘要本实用新型提供了一种太阳能照明路灯智能控制装置，包括太阳能板、蓄电池、负载、微处理器单元、蓄电池充电单元和负载驱动单元，太阳能电板输出接蓄电池充电单元，蓄电池输出接负载驱动单元，还包括蓄电池电压检测单元、太阳能电板电压采集单元、电源自动识别单元、负载上另接有负载过流短路保护单元及负载在线检测单元，本实用新型使用方便便于维护且对负载具有完善保护功能。
文档编号F21S9/00GK201119053SQ20072004304
公开日2008年9月17日 申请日期2007年8月8日 优先权日2007年8月8日
发明者何朝阳, 吴立琴 申请人:江苏中澳光伏能源科技有限公司