一种微光伏LED物联网智能照明灯的制作方法

本发明涉及一种微光伏led物联网智能照明灯。

背景技术：

传统太阳能及风能路灯在连续阴雨天气，在没有太阳的照射及弱风时，不能带动螺旋桨转动，而不能储能充电，只能靠蓄电池供电实践证明只能维持3-5天时间就没电了，一到阴雨天就不能亮了(或采用市电二次供电建设成本高)以至于造成不少的安全事故。微光伏智能路灯是一款在太阳能及风能路灯的基础上新开发的产品，微光伏智能路灯采用优质单晶硅或无晶硅光伏板，吸收弱光转换电力，不再完全依赖太阳的强光发电驱动照明。即使是连续的阴雨天气，只要有光，微光伏智能路灯的高效能电池都可以得到充电、保障365天夜间持续照明。微光伏智能路灯彻底解决了之前的太阳能、风能阴雨天不亮灯或靠晴天多储存电量供亮灯的技术瓶颈问题。

目前的光伏控制器产品主要是对特定光伏板(目前主流为单晶硅或无晶硅)向电池充电、电池向发光体供电、电池过冲保护、电池输出功率分时控制、电池放电保护、遥控开关这几项功能。

目前光伏照明只限于，利用光伏发电存储到电池，再驱动led发光体进行简单的光源补充，由于光源应用形式固定、应用形式主要为单一光源路灯、小型移动式照明。

现有技术的客观缺点和改进：目前的光伏照明产品只能够单一支持单晶硅或无晶硅光伏板，不能够组合使用，更不能支持新一代石墨烯光伏技术。

图1为现在的光伏发电照明灯产品结构原理，主要控制部分为控制器。控制器负责接收光伏板转换输出的电能，并控制电压给电池进行充电，同时防止电池过冲。在光伏板没有输入电压时，按照事先设定好的分时供电计划、或根据电池电量计划，进行供电。由于整套系统是一个机械运行方式，当出现连续阴雨天气时，电池得不到有效充电，任然会导致电池用光停止工作。

由于目前所有产品只局限于，利用光伏进行光能转换，形成一个只具备单一光源，只为补光的单一类型产品，不具备任何物联网感知功能。整体系统只能够机械工运行，任何一个环节出现问题都导致整套系统失效，且工作人员无法获知是那一个环节发生故障。因此，目前光伏照明维护全部靠人工排查，当产品发生故障、光伏板失效、电池失效、led发光体失效等故障时，只能人工发现不亮后拆除返厂维修。维护周期长、维护成本级高，更加严重的问题是光伏照明产品失效后，靠人工排查不能急时发现故障，产生安全隐患。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种微光伏led智能照明灯。

本发明的技术方案在于：一种微光伏led物联网智能照明灯，包括微光伏模块、电池储能模块、ecu控制模块和led发光模块，还包括与所述ecu控制模块电连接的网络模块和故障检测模块，所述故障检测模块用于监测微光伏模块、led发光模块和电池储能模块的运行状态并在监测到故障后将故障报警信息通过网络模块发送给后端平台。通过设置故障检测模块，后端平台能够远程得知微光伏led物联网智能照明灯的具体哪个部分出现故障，后端维护人员只需根据故障报警提示，携带相对应的模块到现场更换维护即可；免除了现场故障排查过程，极大的提升了运维实时性，同时大幅度降低了运维成本和运维人力投入。

优选的，所述故障检测模块监测包括：微光伏模块失效或者被遮挡、微光伏模块的充电电压、led发光模块的灯珠故障、led发光模块当前功率、电池储能模块当前储能百分比、电池储能模块充电次数、电池储能模块性能状态、网络模块工作状态和/或网络模块工作模式。

作为本发明的进一步改进，ecu控制模块还用于实时接收后端平台发送的未来天气气象信息，ecu控制模块根据天气气象信息控制微光伏模块对电池储能模块进行快速、正常或慢速充电。ecu控制模块能够根据未来的天气气象情况选择控制微光伏模块对电池储能模块的充电方式，以保护电池储能模块、延长电池使用寿命。

作为本发明的进一步改进，所述ecu控制模块上集成有限流和增压功能，其用于检测接入的微光伏模块的充电电压并自动匹配与之对应的电能转换，微光伏模块的充电电压低于ecu控制模块的安全电压时，ecu控制模块对微光伏模块进行增压后再输出给电池储能模块充电，微光伏模块的充电电压高于ecu控制模块的安全电压时，ecu控制模块对微光伏模块限流后在输出给电池储能模块充电。通过该技术方案解决了微光伏模块损坏更换问题，即可使用任意材料的光伏板进行维修更换，同时兼容正负50w的不同功率区间，解决了目前必须使用相同功率微光伏模块更换问题，

作为本发明的进一步改进，所述微光伏led物联网智能照明灯还包括与所述ecu控制模块连接的彩色氛围光模块，所述彩色氛围光模块安装在灯体的内部或外围或者灯杆的内部或外围，ecu控制模块用于控制彩色氛围光模块进行常亮、闪烁、轮巡或渐变发光。这一技术方案的改进的效果在于，可以远程控制ecu控制模块在节日或指定时间开启彩色氛围灯光，提高节日氛围，彩色氛围光应用于户外亮化、城镇亮化、景区亮化、广场亮化、小区亮化、家用照明。

更进一步的，所述的ecu控制模块用于根据当前电池容量对led发光模块和彩色氛围光模块进行优化配比。所述故障检测模块还用于将监测的彩色氛围光模块的发光状态、清洁模块的启用次数和清洁模块当前状态给后端平台

作为本发明的进一步改进，所述微光伏led物联网智能照明灯还包括与所述ecu控制模块电连接的清洁模块，ecu控制模块检测微光伏模块的充电功率低于正常值时，启动清洁模块对微光伏模块的表面进行清洁。这一改进技术方案的效果在于：对雨雪天气微光伏板上的雨雪或微光伏板上的遮盖物、鸟粪、灰尘等进行自动清理，提高微光伏模块的充电功率，也提高微光伏模块的使用寿命。

作为本发明的进一步改进，所述微光伏led物联网智能照明灯还包括与所述ecu控制模块电连接的视频监控摄像机，所述视频监控摄像机设置在安装有微光伏模块的安装杆上，所用视频监控摄像机用于对其所在的环境进行实时拍摄并将拍摄的视频流通过网络模块传输给后端平台。这一改进技术方案的效果在于：增加视频监控摄像机，能够有效的保障微光伏模块安全，防止被盗。同时通过电联的网络模块远程传输到后端，采用深度学习算法对视频进行分析、识别可为公安安全防范提供有效数据支撑。

作为本发明的进一步改进，所述的网络模块还用于反向mac采集，实时获取用户手机mac地址、收集人员信息、统计交通人流量、定位人员位置、统计可疑人员出入地点、行动轨迹。

本发明的目地在于实现了智能控制技术和物联网技术，能够兼容多种类型光伏板以最优化的方式对电池充能，同时具备电池保护功能，从而提高兼容性。能够以自动和远程控制方式对彩色氛围灯光进行开启、关闭和发光模式切换，从而提升环境照明氛围。能够自动检测判断电池当前容量，根据电池容量优化配比led发光模块、彩色氛围光模块工作功率，有效延长发光时间。能够实时远程获取照明灯的运行状态并在其出现故障后准确获取具体故障信息从而缩短维护周期，节约维护成本。能够获取用户手机mac地址、收集人员信息、统计交通人流量、定位人员位置、统计可疑人员出入地点、行动轨迹，从而向社会治安提供基础数据。能够实现远程无线通信，传输前端视频画面、报警信息，从而向社会治安提供实时数据。

本发明的提供一种微光伏led物联网智能照明灯，采用ecu控制模块实现智能控制，能够对匹配多种不同类型的光伏板(即微光伏模块)，不需要更换控制器(即ecu控制模块)，简单方便。同时，ecu控制模块采用深度学习的智能算法模型训练结果，对微光伏动力系统进行合理、有效的智能动态分配，提高了能源应用效率，保护、延长电池寿命。本发明能够实现灯的实时功率、led发光体状态(含彩色氛围灯)、电池容量状态、光伏发电状态、联动报警状态、网络通信状态、发光体故障、光伏板故障、电池故障、网络通信故障、清洁模块故障的实时监测和报警。进一步，通过集成的网络模块实现远程通信，将前端的运行状态数据和故障报警数据传回后端平台，同时实现远程控制、调节功能。再进一步，集成的网络模块可以反向mac采集，可实时获取用户手机mac地址、收集人员信息、统计交通人流量、定位人员位置、统计可疑人员出入地点、行动轨迹，为公安治安防控提供基础数据支撑。在办公户外区域、户外公共区域、私人院落、露台等户外区域，提供稳定的无线中继功能。实现信号的中继和放大，从而延伸无线网络的覆盖范围。更进一步的，通过ecu控制模块检测到微光伏板充电效率低于正常值时，启动清洁模块对微光伏板进行清洁，在本系统基础上加装视频监控摄像机，系统ecu控制模块按照摄像机功率分配电池动力给摄像机工作，摄像机视频流通过网络通信模块(lora,2g/3g/4g/5g,wifi/北斗)，实现远程无线传输，在本系统基础上加装2.4g/5.8g无线网桥，系统ecu控制模块按照无线网桥功率分配电池动力，实现远距离无线通信组网，在本系统基础上加装一键报警按钮，通过ecu控制模块分配电池动力，通过网格模块实现报警信息发送。内部的北斗系统可实时发送报警地理位置坐标，同时过ecu控制模块可联动摄像机抓拍视频图像、现场照片。

其中，故障检测模块采用中国专利申请(201720470263.8)中公开的检测模块。所述故障检测模块由多路信号取样电路组成。型号cxbg-1-ps-mc-cx-ht03x。

本发明采用微芯片架构，集成网络通信模块(模块可以选配如lora,2g/3g/4g/5g,wifi/北斗)，实现远程通信功能。使得核心控制实现智能化运行，彻底取代了传统的机械化运行方式。

1、ecu控制模块：采用mcu微控制单元(microcontrollerunit)，加入智能算法。采用物联网技术，集成网络通信模块与核心控制器关联。

ecu控制模块可自动检测判断接入的微光伏模块，支持单晶硅、无晶硅和新一代石墨烯光伏技术，根据不同类型的光伏模块自动匹配适合的接入控制方案，具体的，ecu控制模块集成了限流和增压功能，当光伏板模块(即微光伏模块)接入时，ecu控制模块首先检测光伏板充电电压，当光伏板充电电压低于安全电压时，ecu控制模块对其进行增压后再输出给电池充电，当微光伏模块充电电压高于安全电压时，ecu控制模块对其进行限流后再输出给电池充电。解决了，光伏板模块损坏更换问题，可使用任意材料的光伏板进行维修更换。同时兼容正负50w的不同功率区间，解决了目前必须使用相同功率光伏板更换问题，如原80w功率的光伏板损坏，可任意更换50w、80w、100w功率的光伏板，设备可正常运行。

ecu控制模块通过网络模块与后端平台实现通信，后端平台可同步实时当地气象信息给控制模块。控制模块自动判断当前光伏板充电电压状态、当前电池状态，防止电池过冲。同时对电池充电具备三种方式：快速、正常、慢速。这三种充电方式的原理就是在单位时间内电流的速度不同；具体的：

快速充电应用场景：首先，气象信息同步后，已预知未来一两天会转晴。在连续阴雨天气中，中间可能有会出现一两天晴天，而由于之前的连续阴雨天气，电池剩余容量不足以支持后续的阴雨天气供电。在这种气象条件下，ecu控制模块对电池启用快速充电方式，利用中间的一两天晴好气象条件对电池进行最大功率快速充电，使电池获得足够电量以应对后续阴雨天气。快充是一种应急充电方式，充电的电压都是大于电池电压的，对动力电池组的耐压性和保护提出更高要求；充电电流大，是常规充电电流的十倍甚至几十倍。快速充电方式的优点在于可快速充满电池80％容量，超过80％后，为保护电池安全，充电电流变小，充到100％的时间将较长。

正常充电应用场景：在正常气象条件下，控制模块以最优化的充、放电方案对电池进行控制。正常充电是一种常态充电方式，先使用快速充电充满电池50％容量，超过50％后，为保护电池安全，充电电流变小，充到100％的时间将较长。

慢速充电方式：在夏季日照非常充足且未来一周没有阴雨气象环境的条件下，控制模块对电池进行慢速充电，以保护电池部件延长电池使用寿命；慢速冲电是一种维护型充电方式，在冲电前放空电池电量，用电池电压的电量进行慢速充电，是一种电池周期性维护方式，更有利于保护电池寿命。

ecu控制模块可自动检测判断电池当前容量，根据电池容量优化配比led发光模块、彩色氛围光模块工作功率，有效延长发光时间。具体的，ecu控制模块首先保障led照明发光部分工作，给出以下多个可选的工作计划方案。

1)：当电池容量100％时，自动分配30％的电池容量给彩色氛围模块工作，30％电量用完后自动关闭彩色氛围模块。不同比例的电池起始容量都按照此比例执行。

2)：电池在任意百分比容量时，自动分配当前电池容量的x％(x值可设置)，一直保持此比例执行，直至电池用完。

3)：主、备电池工作模式，主电池只负责led照明部分，当启用彩色氛围模块时，开启备用电池，两块电池独立工作。

ecu控制模块可对动力锂电池进行保护,具有量测电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现。

2、网络模块：根据应用环境及传输方式模块可以选配或复用lora,2g/3g/4g/5g,wifi/北斗，通过网络模块实现前端与后端的互联互通。

通过移动终端app，实现任意点位的运行状态查询，手动开关、复位、计划配置操作。

wifi功能：

集成人工智能wifi数据探针技术，应用于交通及治安行业。反向mac采集，可实时获取用户手机mac地址、收集人员信息、统计交通人流量、定位人员位置、统计可疑人员出入地点、行动轨迹，为公安治安防控提供基础数据支撑。

集成无线网桥、ap(accesspoint)节点技术，应用于提升wifi信号覆盖范围。在办公户外区域、户外公共区域、私人院落、露台等户外区域，提供稳定的无线中继功能。实现信号的中继和放大，从而延伸无线网络的覆盖范围。

北斗功能：

可获取、发送地址位置坐标信息。

4g/5g功能：

应用于公共安全行业，实现前端视频图像信息传输。

3、故障检测模块：实时监测微光伏模块、led发光模块、电池储能模块等，任意模块发生故障可实时推送故障报警信息到后端平台或通过app、短信等方式发送给值班人员、维护人员，发送时同步推送点位信息(使用北斗网络模块可推送地理位置坐标)，整套系统实现无人值守式自动运维。当前端发生故障时，可推送准确的故障信息到后端，后端维护人员只需根据故障报警提示，携带相对应的模块到现场更换维护即可。极大的提升了运维实时性，同时大幅度降低了运维成本和运维人力投入。

监测信息内容包括：微光伏模块失效(或遮挡)、微光伏模块充电电压、led发光模块灯珠故障、led发光模块光前功率、电池模块当前储能百分比、电池冲、放电次数、电池性能状态、网络模块工作状态、网络模块工作模式、清洁模块启用次数、清洁模块当前状态。

4、电池储能模块：铁锂电池具有以下优点：能量密度高、安全性强高温性能好、高功率输出、长循环寿命、重量轻，节省机房加固成本、体积小，电池长寿命、安全性好等优点。通过ecu控制模块对动力锂电池进行保护,具有量测电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现。

5、彩色氛围光模块：在灯体或灯杆内部或外围，集成彩色led发光体或彩色二极管发光体，通过ecu控制模块在节日或指定时间开启彩色氛围灯光。开启方式手机app、后端平台、遥控开关。彩色氛围光发光方式：常亮、闪烁、轮巡、渐变。电源动力分配由ecu控制模块，根据当前电池容量进行调整，如led发光模块正常功率为50w，在开启彩色氛围光后降低led发光模块功率到30w，剩余20w分配给彩色氛围光模块(分配方案可远程调整)。彩色氛围光应用于户外亮化、城镇亮化、景区亮化、广场亮化、小区亮化、家用照明。

6、led发光模块：采用低功耗阵列式或cob式led发光体，发光体颜色根据色温不同主要分为正白光、暖白光、黄光，通过ecu控制模块使用最小能耗达到最好照明效果。

7、微光伏模块：采用单晶硅、无晶硅或新一代石墨烯光伏板，通过ecu控制模块检测充电效率和功率，自动检测判断接入的微光伏模块，同时自动匹配对应的电能转换方案。

8、清洁模块：采用雨刮器或滚筒扫雪器，对雨雪天气微光伏板上的雨雪或微光伏板上的遮盖物、鸟粪、灰尘等进行自动清理。通过ecu控制模块检测到微光伏板充电效率低于正常值时，启动清洁模块对微光伏板进行清洁。

9、视频监控远程传输：在本系统基础上加装视频监控摄像机，系统ecu控制模块按照摄像机功率分配电池动力给摄像机工作，摄像机视频流通过网络通信模块(lora,2g/3g/4g/5g,wifi/北斗)，实现远程无线传输。

10、无线通信：在本系统基础上加装2.4g/5.8g无线网桥，系统ecu控制模块按照无线网桥功率分配电池动力，实现远距离无线通信组网。

11、一键报警：在本系统基础上加装一键报警按钮，通过ecu控制模块分配电池动力，通过网格模块实现报警信息发送。内部的北斗系统可实时发送报警地理位置坐标，同时过ecu控制模块可联动摄像机抓拍视频图像、现场照片。

本发明的技术关键点在于：

1、ecu控制模块：采用mcu微控制单元(microcontrollerunit)，加入智能算法。采用物联网技术，集成网络通信模块与核心控制器关联。ecu控制模块可自动检测判断接入的微光伏模块，支持单晶硅、无晶硅和新一代石墨烯光伏技术，根据不同类型的光伏模块自动匹配适合的接入控制方案。ecu控制模块通过网络模块与后端平台实现通信，后端平台可同步实时当地气象信息给控制模块。控制模块自动判断当前光伏板充电电压状态、当前电池状态，防止电池过冲。同时对电池充电具备三种方式：快速、正常、慢速。ecu控制模块可自动检测判断电池当前容量，根据电池容量优化配比led发光模块、彩色氛围光模块工作功率，有效延长发光时间。可对动力锂电池进行保护,具有量测电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现。

2、网络模块：根据应用环境及传输方式模块可以选配或复用lora,2g/3g/4g/5g,wifi/北斗，通过网络模块实现前端与后端的互联互通。

3、故障检测模块：实时监测微光伏模块、led发光模块、电池储能模块等，任意模块发生故障可实时推送故障报警信息到后端平台或通过app、短信等方式发送给值班人员、维护人员，发送时同步推送点位信息(使用北斗网络模块可推送地理位置坐标)，整套系统实现无人值守式自动运维。监测信息内容包括：微光伏模块失效(或遮挡)、微光伏模块充电电压、led发光模块灯珠故障、led发光模块光前功率、电池模块当前储能百分比、电池冲、放电次数、电池性能状态、网络模块工作状态、网络模块工作模式、清洁模块启用次数、清洁模块当前状态。

4、彩色氛围光模块：在灯体或灯杆内部或外围，集成彩色led发光体或彩色二极管发光体，通过ecu控制模块在节日或指定时间开启彩色氛围灯光。开启方式手机app、后端平台、遥控开关。彩色氛围光发光方式：常亮、闪烁、轮巡、渐变。电源动力分配由ecu控制模块，根据当前电池容量进行调整。彩色氛围光应用于户外亮化、城镇亮化、景区亮化、广场亮化、小区亮化、家用照明。

5、微光伏模块：采用单晶硅、无晶硅或新一代石墨烯光伏板，通过ecu控制模块检测充电效率和功率自动检测判断接入的微光伏模块，同时自动匹配对应的电能转换方案。

6、清洁模块：采用雨刮器或滚筒扫雪器，对雨雪天气微光伏板上的雨雪或微光伏板上的遮盖物、鸟粪、灰尘等进行自动清理。通过ecu控制模块检测到微光伏板充电效率低于正常值时，启动清洁模块对微光伏板进行清洁。

7、视频监控远程传输：在本系统基础上加装视频监控摄像机，系统ecu控制模块按照摄像机功率分配电池动力给摄像机工作，摄像机视频流通过网络通信模块(4g/5g,wifi)，实现远程无线传输。

8、无线通信：在本系统基础上加装2.4g/5.8g无线网桥，系统ecu控制模块按照无线网桥功率分配电池动力，实现远距离无线通信组网。

9、一键报警：在本系统基础上加装一键报警按钮，通过ecu控制模块分配电池动力，通过网格模块实现报警信息发送。内部的北斗系统可实时发送报警地理位置坐标，同时过ecu控制模块可联动摄像机抓拍视频图像、现场照片。

附图说明

图1是现有技术的原理图；

图2是本发明实施例的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明微光伏led物联网智能照明灯进行详细的说明：

如图2所示，一种微光伏led物联网智能照明灯，包括微光伏模块、电池储能模块、ecu控制模块和led发光模块，所述ecu控制模块分别与微光伏模块、电池储能模块、led发光模块电连接，还包括与所述ecu控制模块电连接的网络模块和故障检测模块，所述故障检测模块用于实时监测微光伏模块、led发光模块和电池储能模块的运行状态并在监测到故障后将故障报警信息通过网络模块发送给后端平台。

其中，所述故障检测模块监测包括：微光伏模块失效或者被遮挡、微光伏模块的充电电压、led发光模块的灯珠故障、led发光模块当前功率、led发光体状态、电池储能模块当前储能百分比、电池储能模块充放电次数、电池储能模块性能状态、网络模块工作状态或网络模块工作模式。

优选的，所述ecu控制模块还用于实时接收后端平台发送的未来天气气象信息，ecu控制模块根据天气气象信息控制微光伏模块对电池储能模块进行快速、正常或慢速充电。

优选的，所述ecu控制模块上集成有限流和增压功能，其用于检测接入的微光伏模块的充电电压并自动匹配与之对应的电能转换，其中，微光伏模块的充电电压低于ecu控制模块的安全电压时，ecu控制模块对微光伏模块进行增压后再输出给电池储能模块充电，微光伏模块的充电电压高于ecu控制模块的安全电压时，ecu控制模块对微光伏模块限流后在输出给电池储能模块充电。

优选的，所述微光伏led物联网智能照明灯还包括与所述ecu控制模块电连接的彩色氛围光模块，彩色氛围光模块安装在灯体的内部或外围或者灯杆的内部或外围，ecu控制模块用于控制彩色氛围光模块进行常亮、闪烁、轮巡或渐变发光。

优选的，所述微光伏led物联网智能照明灯还包括与所述ecu控制模块电连接的清洁模块，ecu控制模块检测微光伏模块的充电功率低于正常值时，启动清洁模块对微光伏模块的表面进行清洁。所述故障检测模块用于监测彩色氛围光模块的发光状态、清洁模块的启用次数和清洁模块当前状态给后端平台。

优选的，所述微光伏led物联网智能照明灯还包括与所述ecu控制模块电连接的视频监控摄像机，所述视频监控摄像机设置在安装有微光伏模块的安装杆上，所用视频监控摄像机用于对其所在的环境进行实时拍摄并将拍摄的视频流通过网络模块传输给后端平台。

优选的，所述的网络模块还用于反向mac采集，实时获取用户手机mac地址、收集人员信息、统计交通人流量、定位人员位置、统计可疑人员出入地点、行动轨迹。

本实施例中，所述的微光伏模块可采用单晶硅光伏板、无晶硅光伏板或石墨烯光伏板；所述的网络模块采用2g/3g/4g/5g通信模块、wifi模块、lora通信模块和/或北斗通信模块；所述清洁模块采用雨刮器或滚筒扫雪器；所述led发光模块采用低功耗阵列式led发光体或cob式led发光体。