基於單片機的光伏烘乾預警傘及預警充電系統的製作方法
2023-08-09 08:22:16
本實用新型涉及一種基於單片機的光伏烘乾預警傘及預警充電系統，屬於雨傘預警充電技術領域。
背景技術：
現有的雨傘在雨天使用後，還要把雨傘收放起來，這時雨傘上會存有很多雨滴。當雨水蒸發後會出現傘面過陰、潮溼等問題，從而影響使用者收疊拿放雨傘的效率。即使是雙面傘，此類問題依舊明顯存在。此外，下雨天室外一般都處於陰暗昏沉的天氣條件中，此時打傘在路邊行走也較容易引發一些交通事故。
技術實現要素：
本實用新型的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種基於單片機的光伏烘乾預警傘及預警充電系統。本實用新型能夠很好的實現雨傘的電熱烘乾、公路上的安全警示、夜間照明和電能循環使用的功能。
為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案：基於單片機的光伏烘乾預警傘，分為雨傘結構描述與傘柄內部電路模塊描述。
所述預警傘的包括傘面、傘骨、傘杆、傘柄和傘套。所述傘面的內側裝有PET電熱膜片，電熱膜片均勻排列在傘面內側並粘貼在上面使得傘面受熱均勻；所述傘套的表面鋪有光伏功能的柔性非晶矽薄膜太陽能組件和USB接口，待雨傘收疊好後放在傘套中；所述傘柄處設有與傘套上的USB接口相配的USB引出接頭和照明燈，USB引出接頭連接傘柄內的蓄電池充電電路，在陽光照射過程中進行充放電過程；所述傘柄底端裝有磷酸鐵鋰電池，用於存儲傘套上光伏組件轉化成的電能；所述傘面外延端置有預警燈；所述的傘柄上設有雙開關，分別控制PET電熱膜的通電以及預警燈的開啟。
本實用新型還公開了所述基於單片機的光伏烘乾預警傘的預警充電系統，包括太陽能光伏組件變換電路、蓄電池充電電路、定時繼電器電路和預警燈控制電路，所述模塊都集成在傘柄內部。
所述光伏組件變換電路產生電能並通過蓄電池充電電路給磷酸鐵鋰電池充電，磷酸鐵鋰電池給單片機和定時繼電器電路與預警燈控制電路提供電源；其中DC/DC 變換系統在太陽能光伏組件變換電路上，將太陽能光伏組件中產生的直流輸入電壓降低到略高於磷酸鐵鋰電池的電壓；所述蓄電池充電電路選用CN3705 電源控制管理晶片為核心；所述定時繼電器電路利用單片機內部的TCON和TMOD定時與計數模塊，來進行傘面烘乾時間的控制；所述預警燈控制電路利用單片機上的P0與P2埠對輸出端進行控制，P0埠與定時繼電器電路相連，P2埠與預警燈控制電路連接。
所述太陽能光伏組件變換電路包括光伏柔性非晶矽薄膜、IGBT絕緣柵雙極電晶體、二極體N4148、電容、電感、電阻元件；所述光伏柔性非晶矽薄膜固定在傘套面上，其餘電子器件均被集成在傘柄內；所述光伏柔性非晶矽薄膜與傘柄內的變換電路通過USB接線連接。
所述蓄電池充電電路同樣被集成在傘柄內部，包括CN3705、電容、電阻元件、二極體、電感、信號指示燈；與光伏組件變換電路串聯連接。由於磷酸鐵鋰電池具有3個階段的充電特性，第一為預充階段，當電池電壓降到某一個閾值時，充電器對電池用小電流進行充電。第二為恆流充電階段，當電池電壓達到恆流規定的閾值時，充電器以恆定電流對電池進行充電。第三為恆壓充電階段，當電池電壓達到恆壓閾值電壓時，其充電量已經接近滿格電量的40%～70%，為了進一步充滿電池，採用恆定電壓的方式繼續充電，當充電電流逐漸下降到低於電池的0.1 C 時，充電完成。利用CN3705電源管理晶片為核心控制，能夠獨立對磷酸鐵鋰電池的充放電進行自動管理，通過調整外部調整管，控制合適的電流為電池線性充電，更加符合磷酸鐵鋰電池充電特性。
所述定時繼電器電路是由S8050三極體串聯電磁繼電器後並聯N4148二級管與信號指示燈構成。傘面上均勻分布的PET電熱膜片電路並聯連接後由導線引出連接到雨傘支架頂端的伸縮滾輪導線上，然後接引到傘柄埠內的定時繼電器電路中。
所述預警燈控制電路包括三極體S8050、二極體N4148、電磁繼電器、預警燈；預警燈依次固定在傘面扇形外邊沿處，再分別由導線引出並聯連接到雨傘支架頂端，然後通過固定在雨傘支架頂端的伸縮滾輪導線接引到傘柄埠內的預警燈控制電路中，其中S8050三極體串聯電磁繼電器後並聯N4148二級管。
本實用新型的有益效果為：下雨天出門到達目的地後若將潮溼的雨傘收疊時，雨傘可以快速烘乾；在大雨昏沉且能見度較低的情況下該傘的預警燈柱可以起到一定的警示作用，保護人身安全。
附圖說明
圖1是本實用新型預警傘的結構示意圖；
圖2是本實用新型預警傘的元器件框架示意圖；
圖3是本實用新型預警傘光伏組件變換電路原理圖；
圖4是本實用新型預警傘蓄電池充電電路原理圖；
圖5是本實用新型預警傘的定時繼電器電路原理圖；
圖6是本實用新型預警傘的預警燈控制電路原理圖。
具體實施方式
下面將結合說明書附圖，對本實用新型作進一步的說明。
圖中：1-傘面、2-傘杆、3-傘柄、4-蓄電池、5-USB引出接頭、6-照明燈、7-PET電熱膜片、8-預警燈、9-傘套。
如圖1所示，基於單片機的光伏烘乾預警傘包括：傘面1的內側裝有PET電熱膜7，電熱膜通過凝固性膠粘貼在傘面內側並分散排列使得傘面受熱均勻；傘套9的表面貼有光伏柔性非晶矽薄膜太陽能組件並設有USB接口，待雨傘收疊好後放在傘套中；傘柄3處的USB引出接頭5與傘套9的USB接口連接，在陽光照射下進行充電過程；在傘柄底端內裝有磷酸鐵鋰電池4，用於存儲光伏組件轉化的電能；傘面1的外延端置有預警燈8，燈光可以形成圓柱形紅色光柱；傘柄3上還設有雙開關，可以分別通過開關控制PET電熱膜7的通電以及預警燈8的開啟；傘柄底部的照明燈6，主要用於夜間為使用者照明。
上述預警傘：將光伏柔性非晶矽薄膜用導線將正負極引出並連接USB接口，USB接口與傘柄3內部的光伏組件轉換電路引出的USB接頭相連接；傘柄3裡的磷酸鐵鋰電池4又與光伏組件轉換電路相連接，這樣即形成光伏組件—蓄電池充電電路—磷酸鐵鋰電池的對接。充電時直接將傘柄處的USB引出接頭5插入傘套裡的USB接口中即可對電池充電。
基於單片機的光伏烘乾預警傘的預警充電系統，包括太陽能光伏組件變換電路、蓄電池充放電電路、定時繼電器電路和預警燈控制電路，上述電路模塊都集成在傘柄內部。光伏組件變換電路產生電能並通過蓄電池充電電路給磷酸鐵鋰電池充電，將太陽能光伏組件中的直流輸入電壓降低到略高於磷酸鐵鋰蓄電池的電壓，通常為3.65V 左右。磷酸鐵鋰電池給STC90 C516RD+單片機和定時繼電器電路與預警燈控制電路提供電源；其中DC/DC 變換系統在太陽能光伏組件變換電路上，將太陽能光伏組件中產生的直流輸入電壓降低到略高於磷酸鐵鋰電池的電壓；蓄電池充電電路選用CN3705 電源控制管理晶片為核心；定時繼電器電路利用STC90 C516RD+單片機內部的TCON和TMOD定時與計數模塊，來進行傘面烘乾時間的控制，經過多次傘面浸溼加熱測試以及電池續航耗電等多方面綜合考慮，傘面內部熱膜片烘乾加熱時間定為5分鐘；預警燈控制電路利用STC90 C516RD+單片機上的P0與P2埠對輸出端進行控制，P0埠與定時繼電器電路相連，P2埠與預警燈控制電路連接。
如圖2所示具體操作：撥動1號船型開關則STC90 C516RD+單片機通電開始工作，P0埠輸出低電平電流傳輸到S8050三極體的基極，電熱膜片電路中的電磁繼電器不吸合處於關斷狀態；STC90 C516RD+單片機P2埠輸出高電平，預警燈電路中的電磁繼電器吸合預警燈8一直處於接通狀態；當撥動2號船型開關後觸發中斷一，STC90 C516RD+單片機執行預警燈閃爍程序段控制P2埠的高低電平來控制電磁繼電器的吸合與關斷，從而達到控制傘面外延處的預警燈8的閃爍；當撥動3號船型開關後出發中斷二，STC90 C516RD+單片機通過執行內部定時加熱程序來控制P0埠的電平。P0輸出高電平後S8050三極體基極有電流流過，發射極流通從而實現對電熱薄膜片定時加熱功能。
如圖3所示光伏組件變換電路：該電路由光伏柔性非晶矽薄膜、IGBT絕緣柵雙極電晶體、二極體N4148、電容、電感和電阻元件構成，光伏組件變換電路與蓄電池充電電路串聯連接，而蓄電池充電電路連接著磷酸鐵鋰電池的正負極。由光伏組件變換電路引出的USB接頭可直接與傘套上的USB接口連接，在光照條件下直接對電池進行充電。
如圖4所示蓄電池充電電路：該電路主要由電源控制管理晶片CN3705、各類電容、電阻元件、二極體、電感、信號指示燈構成，該電路一端與光伏組件轉換電路連接，另一端連接磷酸鐵鋰電池。將傘柄引出的USB接頭與傘套端的USB接口連接即可實現電池的充放電。
如圖5所示定時繼電器電路：該電路包括S8050三極體、N4148二級管、電熱膜片、電磁繼電器和信號指示燈、各類電阻元件，這些電子器件都焊接在PCB板上形成定時繼電器電路。通過導線引出連接雨傘支架頂端上伸縮滾輪導線處的PET熱膜片電路，進行定時加熱烘乾潮溼雨傘表面。S8050三極體連接電磁繼電器，防止電磁繼電器線圈中電流過大燒壞線圈，又通過並聯N4148二級管來避免電磁繼電器斷電後產生反向電動勢，利用N4148二級管的單向導通性吸收反向電動勢保護三極體不被擊穿。當總開關接通後三極體S8050發射極有電流流過，若STC90 C516RD+單片機P0埠輸出高電平則S8050三極體基極有電流流過，那麼三極體導通即電磁繼電器接通，開始對電熱膜片進行加熱。通過並聯信號指示燈的點亮與熄滅情況來反映該電熱膜片電路有無電流流通，從而反映S8050三極體是否被擊穿。
如圖6所示預警燈控制電路：該電路含有S8050三極體、N4148二級管、電磁繼電器、預警燈和電阻元件。同樣焊接在PCB板上形成預警燈控制電路並放置在中空的傘柄塑料殼內，通過導線引出到連接雨傘支架頂端上伸縮滾輪導線處的預警燈線路，從而進行控制預警燈的閃爍警示變化。預警燈控制電路中各類元器件的作用與定時繼電器電路中元器件作用相同。S8050三極體連接電磁繼電器，防止電磁繼電器線圈中電流過大燒壞線圈，又通過並聯N4148二級管來避免電磁繼電器斷電後產生反向電動勢，利用N4148二級管的單向導通性吸收反向電動勢保護S8050三極體不被擊穿。STC90 C516RD+單片機中P2埠與該電路中三極體S8050的基極連接，通過P2埠輸出信號的高低電平變換來控制電磁繼電器的吸合狀態從而實現雨傘表面預警燈的預警閃爍功能。