一种太阳能路灯的实时控制电路的制作方法

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一种太阳能路灯的实时控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种太阳能路灯的实时控制电路,属于工业实时控制领域。
【背景技术】
[0002] 传统能源的能源短缺和不可再生问题,以及使用传统能源不可避免地会造成环境 问题。太阳能作为一种新型的可再生能源,取之不尽,用之不竭,且不会带来环境污染问题, 将成为今后重点研宄发展的新能源形式。但现有的太阳能路灯多是采用太阳光能对铅酸电 池充电,铅酸电池含有有毒物质,对环境造成污染。而锂电池是一类由锂金属或锂合金为负 极材料,使用非水电解质溶液的电池。锂电池在工业生产应用中具有明显优势,现已被广泛 应用与太阳能路灯领域。为此,这里设计了一种太阳能路灯嵌入式实时控制电路,集环保、 高效于一身。

【发明内容】

[0003] 本实用新型提供了一种太阳能路灯的实时控制电路,不仅能够对太阳实时自动跟 踪;还使用了环保型锂电池充放电系统,解决了铅酸电池的污染处理问题;同时也应用到 红外传感器、光照度检测电路起到了节约能耗的作用。
[0004] 本实用新型的技术方案是:一种太阳能路灯的实时控制电路,包括太阳能电池板 1、连接杆I2、传动轴3、步进电机组4、LED照明灯5、灯罩6、光照度检测电路7、红外感应 电路8、灯杆9、锂电池10、保护箱11、底座12、单片机模块13、电机驱动电路14、充电控制电 路15、电压转换电路16、放电保护电路17、接地铜线18、连接杆II19、齿轮I20、齿轮II21、 数据采集转换电路22 ;其中太阳能电池板1焊接在连接杆I2顶部,连接杆I2底部的齿 轮I20、齿轮II21与传动轴3相连接,单片机模块13与电机驱动电路14的输入端引脚相 连构成控制引脚,电机驱动电路14的输出端直接与步进电机组4相连,LED照明灯5通过 螺丝固定安装在灯罩6内部,灯罩6焊接在连接杆II19上,连接杆II19焊接在灯杆9上, 灯杆9与底座12焊接固定,底座12的铁皮外表连有接地铜线18,接地铜线18连入大地,太 阳能电池板1的输出端与充电控制电路15输入端相连接,通过充电控制电路15连接到锂 电池10的充电端对锂电池10进行充电控制与保护,锂电池10的放电端连接到放电保护电 路17,通过放电保护电路17连接到电压转换电路16的输入端,电压转换电路16的输出端 连接到光照度检测电路7的输入端,光照度检测电路7的输出端连接到红外感应电路8的 输入端,红外感应电路8的输出端接入LED照明灯5,锂电池10、充电控制电路15、电压转换 电路16、放电保护电路17安装在保护箱11内,数据采集转换电路22的输出端与单片机模 块13相连接。
[0005] 所述光照度检测电路7包括直流电源VCC,光敏电阻RG,电位器RP,电阻R9、R10、 R11、R12、R13、R14,NPN型晶体管VT1、VT2,二极管D1、继电器J;其中光敏电阻RG和电位器 RP并接,然后串接电阻R9,光敏电阻RG另外一端直接接入电路正极VCC,电位器RP的另外 一端与电路地GND相连,电阻R9的另外一端与NPN型晶体管VT1的基极相连;电阻R10和 电阻R14并接,然后和NPN型晶体管VT1的集电极相连,电阻R10的另外一端直接接入电路 正极VCC,电阻R14的另外一端和NPN型晶体管VT2的基极相连,NPN型晶体管VT1的发射 极串接下拉电阻R11,然后接入电路地GND;NPN型晶体管VT2串接电阻R12,电阻R12的另 外一端并接电阻R13,然后接入电路地GND,NPN型晶体管VT2的发射极与电阻R13的另外 一端相连,NPN型晶体管VT2的集电极接入二极管D1和继电器J;
[0006] 所述红外感应电路8采用红外传感信号处理器,红外感应电路8的输入端接光照 度检测电路7的输出,红外感应电路8的输出端接LED照明灯5。
[0007] 所述的单片机模块13包括单片机、时钟电路、复位电路、电阻模块;其中单片机的 XTAL1引脚和XTAL2引脚接时钟电路;单片机的RST引脚接按键复位电路;单片机的P0. 0 引脚-P0. 7引脚串接一个上拉电阻模块,然后通过电阻模块连接至5V电源。
[0008] 所述电机驱动电路14采用两片双路全桥式电机驱动L298型芯片U2、U4,NPN型三 极管Q3、Q4,上拉电阻R7、R8,二极管VO. 1-V0. 4、VI. 1-V1. 4、V2. 1-V2. 4、V3. 1-3. 4V;其中 电机驱动芯片U2的输入端IN1-IN4与单片机的P2. 0-P2. 3引脚相连接,电机驱动芯片U2 的输出端0UT1-0UT4与步进电机组4中的电动机I23相连,电机驱动芯片U2的ENA引脚 和ENB引脚连接到NPN型三极管Q4的集电极,电机驱动芯片U2的VCC和VS引脚直接接入 5V恒压电源,同时VCC引脚和VS引脚并联后共同串接一个上拉电阻R8连接到NPN型三极 管Q4的集电极,电机驱动芯片U2的SENSA、SENSB和GND引脚并联后共同连接到NPN型三 极管Q4的发射极;电机驱动芯片U4的输入端IN1-IN4与单片机的P2. 0-P2. 3引脚相连接, 电机驱动芯片U4的输出端0UT1-0UT4直接与步进电机组4的电动机II24相连,电机驱动 芯片U4的ENA引脚和ENB引脚连接到NPN型三极管Q3的集电极,电机驱动芯片U4的VCC 引脚和VS引脚直接接入5V恒压电源,同时VCC引脚和VS引脚并联后共同串接一个上拉电 阻R8连接到NPN型三极管Q3的集电极,电机驱动芯片U4的SENSA、SENSB和GND引脚并联 后共同连接到NPN型三极管Q3的发射极。
[0009] 所述充电控制电路15包括CN3063芯片,红色发光二极管、绿色发光二极管、二极 管,上拉电阻R2、R3,下拉电容C4、C5 ;其中CN3063芯片的TEMP引脚与GND引脚串接,然后 一起接入大地,ISET引脚通过下拉电阻R3接入大地,BAT引脚通过下拉电容C5接地,FB引 脚与BAT引脚串接接入锂电池,DONE引脚和CHRG引脚分别接绿、红色发光二极管,然后并 联连接电阻R2,最后与VIN引脚并联且通过一个二极管接入太阳能电池板1,二极管电流流 出端通过下拉电容C4接入大地。
[0010] 所述放电保护电路17包括上拉电阻1?4、1?5、1?6,下拉电容06工7,?1?)5多路选择开 关Ql,NM0S多路选择开关Q2,电池电压检测芯片CN301,DC-DC电压转换芯片RT9183 ;其中 电池电压检测芯片CN301的VCC引脚直接与锂电池正极连接;GND引脚直接接地,同时GND 引脚串接上拉电阻R5与LBI引脚并联,然后共同连接上拉电阻R4后连接到锂电池正极, LB0引脚与NM0S多路选择开关Q2引脚1相连,NM0S多路选择开关Q2引脚2直接接地,弓丨 脚3串接上拉电阻R6接入锂电池正极,同时引脚3与PM0S多路选择开关Q1的引脚1串接, PM0S多路选择开关Q1引脚2直接与锂电池正极相连,引脚3串接下拉电容C6直接接地, 同时PMN0S多路选择开关Q1引脚3与DC-DC电压转换芯片RT9183的VIN引脚相连,DC-DC 电压转换芯片RT9183的GND引脚直接接地,V0UT引脚接下拉电容C7后直接接地。
[0011] 所述数据采集转换电路22采用三对光敏电阻,一组安装在太阳能电池板1的竖直 方向,用来确定太阳的竖直位置,若这一组光敏电阻值相等,则该太阳能电池板1在竖直方 向上为对准太阳的状态;另一组光敏电阻安装在太阳能电池板1的水平方向,原理同竖直 方向;最后一组光敏电阻分别安装在太阳能电池板1的正面和反面,当太阳能电池板1背对 太阳时,使太阳能电池板1能转向。
[0012] 本实用新型的工作原理是:
[0013] 本装置使用时,根据白天随时间变化太阳直射地表角度不同,数据采集转换电路 22中的光敏二极管在外部光线强弱变化条件下内部阻值会发生变化,即相同电路在不同光 照强度下通过光敏二极管的电流值不同,通过数据采集转换电路22将这种变化反应采集 并转化为电压量,利用这种变化量就可以计算光照强度的变化。
[0014] 数据采集转换电路22工作过程都是通过三组光敏电阻将电压量传递给单片机模 块13,通过单片机模块13的控制作用驱动双路全桥式电机驱动L298,带动太阳能电池板1 转动,自动调整太阳能电池板1对准太阳的角度,提高太阳能吸收、转化率。
[0015] 白天时,太阳能电池板1通过光伏效应,把吸收的太阳能通过充电控制电路15存 储在锂电池10中。CHRG管脚被内部开关拉到低电平时,此管脚有效,表示充电正在进行,太 阳能电池板1对锂电池10进行充电;当DONE管脚被内部开关拉到低电平时,此管脚有效, 表示充电已经结束,太阳能电池板1对锂电池10停止进行充电;当太阳能电池板1对锂电 池10进行充电时,DONE管脚一直处于高阻状态。
[0016] 光照度检测电路7通过检测外部环境的光照度作为管控开关,即第一级开关,电 路输入端用一只光敏电阻RG和微调电位器RP组成一个分压电路,当光线照在光敏电阻RG 上导致其电阻值变小,从而使整个分压电路电压分配发生变化,这些电压变化将控制着NPN 型晶体管VT1的导通或截止;电位器RP用于调整光敏电路的灵敏度,调整它以适应于不同 光照条件下使用。当外部环境的光照度低于一定值时,光照度检测电路7作为管控开关连 通。
[0017] 此时,若当红外感应电路8检测到信号时,红外感应电路8作为感应开关连通,即 第二级开关;此时,锂电池10放电,通过放电保护电路17、电压转换电路16为LED照明灯5 提供稳压电源,LED照明灯开启;当人离开时,红外感应电路8作为感应开关断开,LED照明 灯5熄灭。
[0018] 其中,如图1、2、3所示:通过数据采集转换电路22监测太阳位置,把信号传递给单 片机模块13,并由单片机模块13给出信号驱动电机驱动电路14,由电机驱动电路14驱动 步进电机组4,步进电机组4工作后,带动传动轴3,再由传动轴3带动连接杆I2运作,从 而带动太阳能电池板1转动,对太阳自动跟踪。
[0019] 如图4所示:光照度检测电路7是在电路输入端用一只光敏电阻RG和微调电位器 RP组成一个分压电路,当光线照在光敏电阻RG上导致其电阻值变小,从而使整个分压电路 电压分配发生变化,这些电压变化将控制着NPN型晶体管VT1的导通或截止;电位器RP用 于调整光敏电路的灵敏度,调整它以适应于不同光照条件下使用。开关二极管D1为NPN型 晶体管VT2截止的瞬间,旁路直流继电器J线圈产生的反向电动势造成晶体管VT2的损坏 提供了保护。
[0020] 如图5所示:单片机模块13所需最小系统连接引脚。单片机模块13中单片机 的XTAL1引脚和XTA
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