一种节能的锂电型太阳能路灯智能控制系统的制作方法

本发明涉及一种路灯照明控制系统，具体地说是一种太阳能发电、锂电池储能的路灯智能控制系统，尤其涉及一种节能的锂电型太阳能路灯智能控制系统。

背景技术：

路灯是最常见的城市公共照明基础设施，也是城市的耗电大户，为了响应国家提倡的节能减排及低碳生活的号召，新修道路上多采用太阳能路灯，并结合太阳能蓄电池存储电能，蓄电池对路灯进行独立供电。选用蓄电池通常要求电池具有循环充电次数多、容量高且寿命长等特点。但出于路灯成本价格的考量，多数太阳能路灯的专用蓄电池采用常规的价格较低的铅酸电池，而其使用寿命较短，长期使用时较难以满足太阳能路灯的使用性能，因此太阳能路灯由铅酸电池储能型逐步向锂电储能型过渡。与铅酸电池相比，锂电池具有高效率、高容量、长使用寿命及体积小等特点，可大大提高太阳能路灯的使用效果。然而现有使用锂电池供电的太阳能路灯多为统一开启和关闭，没有考虑到使用路段、时间、气候、人流密度等诸多方面因素的影响，尤其是在深夜，人流和车流明显稀少的情况下，太阳能路灯仍正常开启，这就造成了相当一部分电能资源的浪费。因此，有必要开发一种节能型太阳能路灯的智能控制系统来综合考虑上述的多个因素对路灯照明进行智能控制，从而实现能源的高效合理使用，对环境保护和资源的节约起到良好的促进作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种节能的锂电型太阳能路灯智能控制系统，该系统是在现有太阳能锂电型路灯的基础上，增加一电路结构合理、运行安全可靠且智能化程度高的中央控制器及感应路灯周围的光线、人流及车流情况的感应器，从而达到路灯照明的智能化和人性化控制，实现节能减排的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种节能的锂电型太阳能路灯智能控制系统，包括路灯杆、LED灯组、供电锂电池组、太阳能电池板、人体红外感应器、超声波车辆感应器和中央控制器，所述LED灯组可拆换式安装在路灯杆的上端，所述太阳能电池板通过安装支架倾斜向上安装在路灯杆的顶端，所述人体红外感应器和超声波车辆感应器均安装在位于路灯杆上的安装槽内，所述供电锂电池组和中央控制器放在同一封装壳体内，并放置在太阳能电池板的背面，所述LED灯组、供电锂电池组、太阳能电池板、人体红外感应器和超声波车辆感应器通过线缆均与中央控制器电连接；所述中央控制器至少包括电池监控管理模块、电池板监控管理模块、调光控制模块、升压模块、LED灯组恒流驱动模块、LED灯组感应开关模块和主控芯片，所述电池监控管理模块、电池板监控管理模块、调光控制模块、升压模块、LED灯组恒流驱动模块和LED灯组感应开关模块均与主控芯片相连，所述电池监控管理模块连接供电锂电池组，所述调光控制模块和LED灯组恒流驱动模块连接LED灯组，所述电池板监控管理模块和升压模块连接太阳能电池板，所述LED灯组感应开关模块连接人体红外感应器和超声波车辆感应器。

作为本发明的一种改进， 所述供电锂电池组包括封装壳体和设置在封装壳体内部的电池保护板、18650锂电池组（由若干节18650锂电池串并联组成）、保温层、恒温控制板和发热板，所述电池保护板设置在保温层的外部，所述18650锂电池组、恒温控制板和发热板设置在保温层的内部，所述发热板贴附在18650锂电池组的一个侧面，所述恒温控制板紧贴锂电池组的表面并远离发热板，所述发热板通过导线连接恒温控制板，所述恒温控制板和18650锂电池组通过导线连接电池保护板，所述电池保护板通过线缆连接中央控制器。

作为本发明的一种改进， 所述发热板为一采用纯铝片或铝箔包覆的PTC恒温发热元件，所述恒温控制板包括温度传感器和加热控制电路，所述温度传感器贴附在18650锂电池组的表面，并与加热控制电路电连接。

作为本发明的一种改进， 所述太阳能电池板在路灯杆上的安装平面与水平地面间的倾斜夹角为30°～60°，该倾斜夹角可根据路灯杆所处的当地纬度进行微调，以实现太阳能电池板的全年发电量最大化，并保证在光照微弱的冬季（一年中太阳辐射最差的情况）太阳能电池板具有较好的充电量，确保太阳能路灯仍能正常工作，从而有效改善太阳能路灯全年工作的可靠性。

作为本发明的一种改进， 所述电池监控管理模块包括电池组过流保护单元、充放电均衡控制单元、电池剩余容量估算单元、单体电池电压检测单元、电池充电过温保护单元、实时电量检测单元、电池过放保护单元、电池过充保护单元、防反接保护单元、电池充电涓流保护单元、欠压保护单元、过压保护单元和PIC单片机控制芯片。

作为本发明的一种改进， 所述路灯杆的安装地面设有压力感应器，所述压力感应器通过光缆连接中央控制器。

作为本发明的一种改进， 所述路灯杆上还设有风力发电器，所述风力发电器通过线缆连接中央控制器。

作为本发明的一种改进，所述电池板监控管理模块包括电池板电压检测单元、电池板汇流电流检测单元、实时转换效率检测单元、温度补偿单元、防雷击保护单元、防反充保护单元和PIC单片机芯片，所述LED灯组感应开关模块采用三极管和MOS管进行组合控制，通过三极管和MOS管的组合形成能够开启或关闭LED灯组的电压，从而自动对LED灯组进行自动开关控制。

作为本发明的一种改进， 所述调光控制模块包括外部环境光照强度调光单元、外部气候信息调光单元、预设时间表调光单元和道路车人流信息调光单元，其中外部环境光照强度调光单元主要根据电池板在不同光线条件下电压不同并利用检测电池板的电压来实现LED灯组的调光控制，LED灯组的灯光亮暗是根据电池电压的大小来正比控制LED灯组亮度，所述外部气候信息调光单元是根据获取的实时天气信息来对LED灯组的亮度进行控制，当所获取的天气信息为雨雪雾时，将LED灯组亮度调至最亮，所述预设时间表调光单元是根据预先设定的多个时间段LED灯组亮度等级对LED灯组分时间段按照亮度等级进行调光，在白天关闭 LED 灯组，晚上开启LED灯组，并将晚上根据纬度和季节分成傍晚、夜晚、凌晨和早晨4 个亮灯时区，并制定在傍晚使用低亮度、夜晚使用高亮度、凌晨使用低亮度和早晨使用中亮度的亮灯规则；所述道路车人流信息调光单元与预设时间表调光单元结合使用，当处于夜晚和凌晨这两个亮灯时区时，根据人体红外感应器和超声波车辆感应器/压力感应器所采集的人车流量信号强弱正比控制LED灯组亮度，当有人或车通过时，将LED 灯组亮度调至最强，并在有人或车通过后延迟数秒恢复原先亮度。

相对于现有技术，本发明至少包括的有益效果有：采用本系统的LED路灯可有效利用太阳能、光能和风力发电提供电能，免除了布线及铺设线缆的难题，大大提高了路灯的安装及使用便利性，同时也有效降低了城市照明用电占整个公共用电的比例，真正实现节能环保且减排的目的；此外，通过系统中设置的人流与车流量感应器以及系统中央控制器中设定的亮灯规则来合理地调控LED灯组的亮度，既能够更加有效的利用电能，避免浪费，达到节能环保的目的，又能增长连续阴雨天情况下LED路灯的照明时间，使得路灯充分发挥其照明效果；系统中所采用的供电锂电池组具有低温保护功能，从而使得供电锂电池组的性能不受外部环境温度的影响，有效保证供电锂电池组具有最佳的供电性能和较长的使用寿命，供电锂电池组的充放电次数可达到3000次，其寿命与LED灯组以及太阳能电池板更加接近，整体提高了路灯系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明系统中供电锂电池组与中央控制器的封装结构图。

图3为本发明系统中供电锂电池组的结构示意图。

图中：1-封装壳体，2-电池保护板，3-中央控制器，4-供电锂电池组，5-保险丝，6-线缆，7-保温层，8-恒温控制板，9-发热板，10-18650锂电池组，11-温度传感器。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1—图3，一种节能的锂电型太阳能路灯智能控制系统，包括路灯杆、LED灯组、供电锂电池组4、太阳能电池板、人体红外感应器、超声波车辆感应器和中央控制器3。其中，所述LED灯组可拆换式安装在路灯杆的上端，所述太阳能电池板通过安装支架倾斜向上安装在路灯杆的顶端，以更好的接收太阳能来发电，所述人体红外感应器和超声波车辆感应器均安装在位于路灯杆上的安装槽内，并在安装槽的外部设有防护栅板用于保护感应器并防盗。所述供电锂电池组和中央控制器放在同一封装壳体1内，并放置在太阳能电池板的背面，所述LED灯组、供电锂电池组4、太阳能电池板、人体红外感应器和超声波车辆感应器通过线缆6均与中央控制器3电连接。所述中央控制器3至少包括电池监控管理模块、电池板监控管理模块、调光控制模块、升压模块、LED灯组恒流驱动模块、LED灯组感应开关模块和主控芯片，所述电池监控管理模块、电池板监控管理模块、调光控制模块、升压模块、LED灯组恒流驱动模块和LED灯组感应开关模块均与主控芯片相连，所述电池监控管理模块连接供电锂电池组，所述调光控制模块和LED灯组恒流驱动模块连接LED灯组，所述电池板监控管理模块和升压模块连接太阳能电池板，所述LED灯组感应开关模块连接人体红外感应器和超声波车辆感应器。

实施例中，所述供电锂电池组4包括电池保护板2、18650锂电池组10、保温层7、恒温控制板8和发热板9，所述电池保护板2设置在保温层7的外部，所述18650锂电池组10、恒温控制板8和发热板9设置在保温层7的内部。所述18650锂电池组10采用若干节18650锂电池串并联组合形成，所述发热板9贴附在18650锂电池组10的一个侧面，所述恒温控制板8紧贴锂电池组的表面并远离发热板9，所述发热板9通过导线连接恒温控制板8，所述恒温控制板8和18650锂电池组10通过导线连接电池保护板2，所述电池保护板2通过线缆连接中央控制器3，利用锂电池放电率特性修正的放电控制，可保证锂电池得到最有效的使用。另外，在电池保护板2和中央控制器3之间设有保险丝5。

实施例中，所述发热板9为一采用纯铝片或铝箔作为传热外壳包覆的PTC恒温发热元件，并且所述传热外壳的面积至少为18650锂电池组表面积的4/5，从而能够将PTC恒温发热元件的热量全面快速传导给18650锂电池组10。在中小功率加热场合，PTC恒温发热元件具有恒温发热、热转换率高、自然寿命长以及不受电源电压影响等优点，其原理是PTC热敏电阻加点后自热升温使阻值进入跃变区，恒温加热PTC热敏电阻表面温度将保持恒定值，且温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关，而与环境温度无关。因此，使用PTC恒温发热元件即便加热控制电路因失控而不间断给其供电，其也只能升高至上限温度（通常不高于60度），从而可有效防止其对锂电池组的损坏和意外事故的发生。所述恒温控制板8包括温度传感器11和加热控制电路，所述温度传感器11电连接在加热控制电路上，所述温度传感器11贴附在18650锂电池组10的表面，用于感应18650锂电池组10的温度并将信号反馈给加热控制电路，所述加热控制电路控制PTC恒温发热元件的通断。所述加热控制电路是由场效应管和比较放大器组成的开关控制电路，当贴片式温度传感器所感知的温度低于设定的温度后，开关控制电路中的比较放大器输出增大，导通场效应管，从而启动PTC恒温发热元件对发热板加热。

实施例中，所述太阳能电池板在路灯杆上的安装平面与水平地面间的倾斜夹角为30°～60°，该倾斜夹角可根据路灯杆所处的当地纬度进行微调，以实现太阳能电池板的全年发电量最大化，并保证在光照微弱的冬季（一年中太阳辐射最差的情况）太阳能电池板具有较好的充电量，确保太阳能LED路灯仍能正常工作，从而有效改善太阳能LED路灯全年工作的可靠性。

实施例中，所述电池监控管理模块包括电池组过流保护单元、充放电均衡控制单元、电池剩余容量估算单元、单体电池电压检测单元、电池充电过温保护单元、实时电量检测单元、电池过放保护单元、电池过充保护单元、防反接保护单元、电池充电涓流保护单元、欠压保护单元、过压保护单元和PIC单片机控制芯片。所述PIC单片机控制芯片优先选用型号为PIC16F1829的单片机PIC芯片。

实施例中，所述路灯杆的安装地面周围埋设有耐受环境性能佳的压力感应器，所述压力感应器通过光缆连接中央控制器。压力感应器通过检测压力信号来辅助感应人流和车流，进一步提高中央控制器对太阳能路灯的调光控制准确度。

实施例中，为了进一步提高太阳能路灯的电能供电可靠性，在所述路灯杆上还设有风力发电器，所述风力发电器通过线缆连接中央控制器，风力发电器通过风力产生电能并通过中央控制器传送至供电锂电池组中进行存储。

实施例中，所述电池板监控管理模块包括电池板电压检测单元、电池板汇流电流检测单元、实时转换效率检测单元、温度补偿单元、防雷击保护单元、防反充保护单元和PIC单片机芯片，所述电池板电压检测单元用于判定亮度，确定白天与黑夜，所述电池板汇流电流检测单元用于检测电池板汇流条的电流进而实现电池板性能检测，所述温度补偿单元用于在温差较大的外部环境下保证供电锂电池组具有最佳的充电效果。所述LED灯组感应开关模块采用三极管和MOS管进行组合控制，通过三极管和MOS管的组合形成能够开启或关闭LED灯组的电压，从而自动对LED灯组进行自动开关控制。

实施例中，所述调光控制模块包括外部环境光照强度调光单元、外部气候信息调光单元、预设时间表调光单元和道路车人流信息调光单元，其中外部环境光照强度调光单元主要根据电池板在不同光线条件下电压不同并利用检测电池板的电压来实现LED灯组的调光控制，LED灯组的灯光亮暗是根据电池电压的大小来正比控制LED灯组亮度，所述外部气候信息调光单元是根据获取的实时天气信息来对LED灯组的亮度进行控制，当所获取的天气信息为雨雪雾时，将LED灯组亮度调至最亮，所述预设时间表调光单元是根据预先设定的多个时间段LED灯组亮度等级对LED灯组分时间段按照亮度等级进行调光，在白天关闭 LED 灯组，晚上开启LED灯组，并将晚上根据纬度和季节分成傍晚、夜晚、凌晨和早晨4 个亮灯时区，并制定在傍晚使用低亮度、夜晚使用高亮度、凌晨使用低亮度和早晨使用中亮度的亮灯规则；所述道路车人流信息调光单元与预设时间表调光单元结合使用，当处于夜晚和凌晨这两个亮灯时区时，根据人体红外感应器和超声波车辆感应器/压力感应器所采集的人车流量信号强弱正比控制LED灯组亮度，当有人或车通过时，将LED 灯组亮度调至最强，并在有人或车通过后延迟数秒恢复原先亮度。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。