专利名称：太阳能路灯智能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能照明领域用控制器，尤其是一种太阳能路灯智能控制
O
背景技术：
节能减排，低碳经济是目前世界环境一大主题，我国也在大力倡导节约型社会，光 伏发电行业得到迅速的发展。太阳能照明产品因具有不用铺设电缆，不用挖电缆沟，一次性 投入及运行安全可靠等优点，越来越受到照明开发部门的青睐。太阳能路灯控制器一般置 于室外，多采用自动控制，由于多晶硅太阳能电池板的太阳能转换效率不高，一般不超过超 过17%，因此能否智能、人性化控制以及最大效率的利用转换后的太阳能显得尤为重要。现有的太阳能路灯控制器往往只突出了外观设计，太阳能路电池板电能利用率不 高、没有注重效率和节能，控制部分不能满足安全可靠性要求，路灯点亮不够人性化。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太阳能路灯智能控制器，解决了上述 现有路灯控制器的缺点，昼夜时控，能判断是否有人靠近而点亮高功率灯，提高了充电效 率，节约了能源，控制部分安全可靠，实现了人性化控制。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种太阳能路灯智能控 制器，它包括传感器模块，由光照强度传感器和红外热释传感器组成，与传感器模块连接的数据处理控制模块，数据处理控制模块设定为白天和夜晚两 种工作模式，根据传感器模块采集的数据进入白天或夜晚工作模式，控制蓄电模块充电或 放电，蓄电模块，由太阳能电池板和与太阳能电池板连接的蓄电池组成，太阳能电池板 与数据处理控制模块连接，蓄电池与LED灯接口模块连接，与数据处理控制模块连接的LED灯接口模块，LED灯接口模块由低功率LED灯接 口和高功率LED灯接口组成，数据处理控制模块通过传感器模块采集的数据控制蓄电池对 LED灯接口模块放电。数据处理控制模块上设置有升压电路、降压电路和蓄电池电压检测电路，通过检 测太阳能电池板获取的电压值，选择升压或降压电路，进一步采用MPPT算法，自动跟踪最 大功率点给蓄电池充电，并在充电过程中检测电池电压防止过冲、过放。数据处理控制模块由单片机和外围电路组成。外围电路由ISP下载电路、指示电路、复位电路、两个独立按键和AD的滤波电路组 成，ISP下载电路的输出端、复位电路的输出端、两个独立按键的输出端和AD的滤波电路的 输出端分别与单片机输入端相连接；指示电路上的输入端与单片机输出端相连接。本实用新型提供的太阳能路灯智能控制器，有益效果如下[0014]1、由于数据处理控制模块设定为白天和夜晚两种工作模式，根据光照强度传感器 传递的信号启动白天工作模式，控制太阳能电池板下的舵机自动对准太阳，对蓄电池进行 充电，或启动夜晚工作模式，控制蓄电池对低功率LED灯接口进行放电，点亮低功率LED灯， 起到点亮作用的同时节约了能源，且营造了柔和气氛，当有人体靠近时，数据处理控制模块 根据红外热释传感器检测到信号，控制蓄电池再对高功率LED灯接口进行放电，点亮高功 率LED灯，提供足够的光照强度供行人通过，一段时间后再自动熄灭，解决了上述现有路灯 控制器的缺点，昼夜时控，能判断是否有人靠近而点亮高功率灯，提高了充电效率，节约了 能源，控制部分安全可靠，实现了人性化控制。2、数据处理控制模块上设置有升压电路、降压电路，通过检测太阳能电池板获取 的电压值，选择升压或降压电路，进一步采用MPPT算法，自动跟踪最大功率点给蓄电池充 电，能实现超低电压启动充电，在阴天也能进行电能收集，进一步提高了充电效率，弥补了 只靠晴天才能发电易产生发电量不足的缺点，保证了路灯的工作时间，同时在整个充电过 程中数据处理控制模块间断性检测蓄电池电压AD值，防止蓄电池的过冲、过放，进一步提 高了运行的安全可靠性。3、采用单片机作为数据处理控制模块的控制核心，高性能、低功耗且价格低廉，维 护简单方便。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型的电路原理图；图2为本实用新型数据处理控制模块的电路图；图3为本实用新型升压电路的电路图；图4为本实用新型降压电路的电路图；图5为本实用新型蓄电池检测电路的电路图；图6为本实用新型数据处理控制模块选择升压或降压电路给蓄电池充电的流程 图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括传感器模块1，由光照强度传感器和红外热释传感器 组成，与传感器模块1连接的数据处理控制模块2，数据处理控制模块2设定为白天和夜 晚两种工作模式，根据传感器模块1采集的数据进入白天或夜晚工作模式，控制蓄电模块3 充电或放电，蓄电模块3，由太阳能电池板和与太阳能电池板连接的蓄电池组成，太阳能电池板 与数据处理控制模块2连接，蓄电池与LED灯接口模块4连接，与数据处理控制模块2连接的LED灯接口模块4，LED灯接口模块4由低功率LED 灯接口和高功率LED灯接口组成，数据处理控制模块2通过传感器模块1采集的数据控制 蓄电池5对LED灯接口模块4放电。数据处理控制模块2上设置有升压电路、降压电路和蓄电池电压检测电路，通过
4检测太阳能电池板获取的电压值，选择升压或降压电路，进一步采用MPPT算法，自动跟踪 最大功率点给蓄电池充电，并在充电过程中检测电池电压防止过冲、过放。数据处理控制模块2由单片机和外围电路组成，单片机选用MegaS单片机， 图2为MegaS单片机以及外围电路组成的主控电路的电路图，外围电路包含一个ISP 下载电路、指示电路、复位电路、两个独立按键和AD的滤波电路；ISP下载电路的输出 端、复位电路的输出端、两个独立按键的输出端和AD的滤波电路的输出端分别与单片 机输入端相连接；指示电路上的输入端与单片机输出端相连接；ISP电路是下载口是用 于下载程序到单片机；指示电路用于指示整个电路的供电和工作情况；复位电路的电 容电阻的选取根据单片机的型号而不同，这里选的电容为10uF，电阻3. 3K，积分时间 r = kUC.megal6复位需要至少1. 5uS的高电平脉冲，满足复位电路的要求；通过按键 可设定单片机进行间歇式监控的时间，设定时间在0. l-5so;AD滤波电路起到了更好地滤除 信号电压的纹波的作用。图3为升压电路的电路图Boost升压电路的电压工作范围0. 5V—3. 5V，输出大于3. 6V，忽略电路的损耗，根
F/
据Boost升压电路输出电压表达式，可得PWM占空比1) = 1-;；最大占空比Dmax为0.86，
Vq
最小占空比Dmin为0. 05，最坏的情况为占空比最大时，根据电流临界连续条件求得电感值 为
T . 2x(Fi)χDX(I-D) 2x0.5x0.05x0.95Li 么~—---—=-= 62.5uH
Lxfs1x7600实际取IOOuH,式中开关管的工作频率为7. 6kHz。开关管最大实际漏源电流为2. 5A，考虑到实际电压电流尖峰和冲击，电压电流耐 量分别取2. 5和2倍裕量，即应选取耐压高于9V，最大电流5A。实际选用APM3005的NMOS 管，最大漏源电压30V，最大漏极电流50A，通态电阻7πιΩ，可用单片机直接驱动。二极管选用ΙΝ5822，耐压50V，导通压降0. 14V，允许通过电流6Α，电路中用了两个 二极管并联以减小流过电流大时的导通压降，从而降低损耗。切换电路的设计在上述电路图中除了典型的电路拓扑外还加入了用于系统工作在不同输入电压 等级时进行电路拓扑结构切换的控制电路，由于输入电源内阻、电压的变化，以及变换器的 效率不固定，系统要获得最大功率必须首先保证当前工作的电路拓扑的效率是最高的，这 样最大功率点跟踪算法才更有效；经过对系统试验得到相关数据显示，本系统在检测到输 入电源空载电压为7. 2V时，应进行相应的电路切换。图4为降压电路的电路图电感设计最差工作条件是发生在高输入电压的情况0. 13W/7. 2V=0. 018A(Buck 降压电路与Boost升压电路切换临界电压设为7. 2V)；高电压输入时1W/20V=0.05A 估计峰值电流1. 4Iout (rated) =1. 4*0. 3A=0. 42A, 工作频率7. 5KHz ； =46. 6uH本实用新型最终采用50uH。电容的选取输入滤波电容的电流与功率开关的电流波形一样，这些电流波形是梯形的，且对 输出和输入滤波电容主要关心的是流过这些电容的纹波电流；在这种情况下，纹波电流与 电感上电流的交流分量是相同的。因此可大概计算出所需电容的参数Q =55u
Calami) \ mnJ ____________功=-:-=125u
Jm rij^M续流二极管为了减小导通与开关损耗，续流二极管要用肖特基二极管，续流二极管选用 IN5819，管压降为0. 183V，流过0. 5A的电流其压降为0. 35V。驱动电路常规的Buck电路，其结构简单效率较高，Buck电路选用NMOS管，但在Buck电路 中存在驱动的问题，由于续流二极管导通与截止使NMOS管的源极处于浮动状态，即当二极 管续流导通时，NMOS的源极的电位接近于0，而当此二极管关断时，开关管源极的电位被提
尚ο图5为蓄电池电压检测电路的电路图采用LM3M两级运放，Buck降压电路就只进行一级放大，Boost升压电路经过两级 放大，将电压值送入单片机的AD 口，检测电路是否需要进入监控状态，由于LM3M工作电流 小故直接由单片机IO供电。在停止监控时下单片机进入休眠模式，同时单片机将所有的监 控外设电路关闭，以减低充电器的静态功耗。图6为本实用新型数据处理控制模块选择升压或降压电路给蓄电池充电的流程 图，在输入电压小于7. 2V时，电路工作在Boost状态，大于7. 2V时工作在Buck状态。单片 机将采集到输入电压后，通过切换电路决定电路的工作状态。若调节占空比使变换器的输入端电压等于直流电源电压h的一半，则表明跟踪 到了最大功率点；应用穷举法搜索程序和最优梯度法跟踪程序相结合实现本设计的最大功 率点跟踪策略；穷举法的搜索步长为1/8，每步采样电流后，将当前电流值与Ic进行比较， 由Imax记录下电流最大值，并记下最大值处的占空比；搜索完成后，将当前占空比设置为 搜索到的最大功率点处的占空比D，然后进入最优梯度法跟踪程序；在最优梯度跟踪程序 中，由每步的电流增量值与占空比增量值相除，得到梯度m(g) ；m(g)与容许误差E比较，若 m(g)<E则认为跟踪到了最大功率点，退出跟踪程序；反之，则计算m(g)与调整因子k的乘
6积，并根据m(g)的符号更新占空比的值，进入下一步搜索。本实用新型的工作过程如下利用光伏发电技术，采用MegaS单片机为控制核心，设定白天和夜晚两种工作模 式用光照强度传感器检测光照强度，在白天，当光照强度高于预设定值时，启动白天工作 模式，控制太阳能电池板下的舵机自动对准太阳，通过检测太阳能电池板获取的电压值，选 择升压或降压电路，进一步采用MPPT算法，自动跟踪最大功率点给蓄电池充电；由于Boost 升压电路的电压工作范围0. 5V-3. 5V，所以实现了 0. 5V电压超低充电，能够进行阴天电能 收集，在阴天也能照常充电。当夜晚来临时，光照强度传感器检测光照强度低于预设定值时，启动夜间工作模 式，为了满足节能要求和人性化，采用两个不同功率的LED灯接入LED灯接口 4 高功率LED 灯和低功率LED灯。当检测到周围光照强度低于预设定值时，控制蓄电池对低功率LED灯接 口进行放电，点亮低功率LED灯，起到点亮作用的同时节约了能源，且营造了柔和气氛，当 有人体靠近时，MegaS单片机根据红外热释传感器检测到信号，控制蓄电池再对高功率LED 灯接口进行放电，点亮高功率LED灯，提供足够的光照强度供行人通过，一段时间后再自动 熄灭，高功率LED灯的点亮时间可调，进一步满足个性化要求。整个过程中单片机间断性检 测蓄电池电压AD值，防止蓄电池的过冲、过放。
权利要求1.一种太阳能路灯智能控制器，其特征在于它包括传感器模块(1)，由光照强度传感器和红外热释传感器组成，与传感器模块(1)连接的数据处理控制模块(2 )，数据处理控制模块(2 )设定为白天和 夜晚两种工作模式，根据传感器模块(1)采集的数据进入白天或夜晚工作模式，控制蓄电模 块(3)充电或放电，蓄电模块(3)，由太阳能电池板和与太阳能电池板连接的蓄电池组成，太阳能电池板与 数据处理控制模块(2 )连接，蓄电池与LED灯接口模块(4 )连接，与数据处理控制模块(2 )连接的LED灯接口模块(4 )，LED灯接口模块(4 )由低功率LED 灯接口和高功率LED灯接口组成，数据处理控制模块(2)通过传感器模块(1)采集的数据控 制蓄电池(5 )对LED灯接口模块(4 )放电。
2.根据权利要求1所述的太阳能路灯智能控制器，其特征在于数据处理控制模块(2) 由单片机和外围电路组成。
3.根据权利要求2所述的太阳能路灯智能控制器，其特征在于外围电路由ISP下载 电路、指示电路、复位电路、两个独立按键和AD的滤波电路组成，ISP下载电路的输出端、复 位电路的输出端、两个独立按键的输出端和AD的滤波电路的输出端分别与单片机输入端 相连接；指示电路上的输入端与单片机输出端相连接。
专利摘要一种太阳能路灯智能控制器，它包括传感器模块，与传感器模块连接的数据处理控制模块，数据处理控制模块设定为白天和夜晚两种工作模式，根据传感器模块采集的数据进入白天或夜晚工作模式，控制蓄电模块充电或放电，蓄电模块，由太阳能电池板和与太阳能电池板连接的蓄电池组成，与数据处理控制模块连接的LED灯接口模块，LED灯接口模块由低功率LED灯接口和高功率LED灯接口组成，数据处理控制模块通过传感器模块采集的数据控制蓄电池对LED灯接口模块放电。本实用新型提供的太阳能路灯智能控制器，解决了现有路灯控制器的缺点，能判断是否有人靠近而点亮高功率灯，提高了充电效率，节约了能源，控制部分安全可靠，实现了人性化控制。
文档编号H05B37/02GK201878381SQ20102058856
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者卢云, 郭丕龙, 黄勇 申请人:卢云