太陽能照明燈系統的製作方法

2023-04-28 07:49:46

本實用新型涉及照明技術領域，特別是涉及一種太陽能照明燈系統。

背景技術：

伴隨著經濟的快速增長，全球性的能源銳減、環境惡化、溫度變暖等問題一天天困擾人類社會，作為一種清潔的可再生能源，太陽能已成為最有價值的可再生能源。

傳統的太陽能照明燈裝置包括開關、控制器、太陽能電池板、蓄電池和照明燈，控制器通過太陽能電池板或蓄電池輸出的電能給照明燈供電，用戶通過開關控制供電的通斷。如果用戶忘記關掉開關，照明燈會一直處於亮燈狀態，造成能源浪費。傳統的太陽能照明燈裝置存在能源利用率低的缺點。

技術實現要素：

基於此，有必要針對上述問題，提供一種可提高能源利用率的太陽能照明燈系統。

一種太陽能照明燈系統，包括光照採集裝置、控制裝置、太陽能充電裝置、電源裝置和可調節照明裝置，所述控制裝置連接所述光照採集裝置、所述太陽能充電裝置、所述電源裝置和所述可調節照明裝置，所述太陽能充電裝置連接所述電源裝置，所述電源裝置連接所述可調節照明裝置，

所述光照採集裝置進行光照採集，輸出光強值至所述控制裝置；所述控制裝置輸出照明控制信號至所述電源裝置，輸出充電控制信號至所述太陽能充電裝置，及輸出亮度調節信號至所述可調節照明裝置。

上述太陽能照明燈系統，光照採集裝置進行光照採集，輸出光強值至控制裝置。控制裝置根據光強值與預設光強範圍的關係輸出照明控制信號至電源裝置，輸出充電控制信號至太陽能充電裝置，及輸出亮度調節信號至可調節照明裝置。根據環境光強進行太陽能充電、照明供電以及照明亮度調節，優化能源利用，提高了能源利用率。

附圖說明

圖1為一實施例中太陽能照明燈系統的結構圖；

圖2為一實施例中控制裝置的原理圖；

圖3為一實施例中第一開關電路的原理圖；

圖4為一實施例中升壓電路的原理圖；

圖5為一實施例中第二電壓檢測電路和蓄電池的原理圖；

圖6為一實施例中第二開關電路和蓄電池的原理圖；

圖7為一實施例中第二穩壓電路的原理圖；

圖8為一實施例中可調節照明裝置的原理圖；

圖9為一實施例中串口通信裝置的原理圖。

具體實施方式

在一個實施例中，一種太陽能照明燈系統，如圖1所示，包括光照採集裝置110、控制裝置120、太陽能充電裝置130、電源裝置140和可調節照明裝置150，控制裝置120連接光照採集裝置110、太陽能充電裝置130、電源裝置140和可調節照明裝置150，太陽能充電裝置130連接電源裝置140，電源裝置140連接可調節照明裝置150。光照採集裝置110進行光照採集，輸出光強值至控制裝置120；控制裝置120輸出照明控制信號至電源裝置140，輸出充電控制信號至太陽能充電裝置130，及輸出亮度調節信號至可調節照明裝置150。

具體地，控制裝置120根據光強值與預設光強範圍的關係輸出照明控制信號至電源裝置140，輸出充電控制信號至太陽能充電裝置130，及輸出亮度調節信號至可調節照明裝置150。其中，預設光強範圍的具體取值並不唯一，可根據實際需求調整。當光強值小於預設光強範圍的下限值時，可認為處於無光環境中；當光強值位於預設光強範圍內時，可認為處於在黃昏或者光強度不強的環境中；當光強值大於預設光強範圍的上限值時，則可認為處於強光環境中。控制裝置120在光強值小於預設光強範圍的下限值時控制太陽能充電裝置130停止對電源裝置140充電，反之則控制太陽能充電裝置130持續對電源裝置140充電。控制裝置120在光強值大於預設光強範圍的上限值時控制電源裝置140停止對可調節照明裝置150供電，反之則控制電源裝置140持續對可調節照明裝置150供電。控制裝置120在控制電源裝置140對可調節照明裝置150供電時，還根據採集到的光強值調節可調節照明裝置150的照明亮度。具體可通過對照明燈亮度進行智能控制，實現隨著環境光照變強，照明亮度變暗，環境光照變弱，照明亮度變強，使得光線較暗或完全無光時，可調節照明裝置150的亮度不同。根據環境光強控制太陽能充電裝置130的工作狀態和可調節照明裝置150的發光強度，實現能源利用的最優化。

需要說明書的是，控制裝置120在光強值小於預設光強範圍的下限值時控制太陽能充電裝置130停止對電源裝置140充電，在光強值大於預設光強範圍的上限值時控制電源裝置140停止對可調節照明裝置150供電，以及根據採集到的光強值調節可調節照明裝置150的照明亮度，均可以採用目前市面上成熟的產品，並利用這些成熟產品上自帶的常用程序來實現其數據處理過程，可以不需要依賴於新的程序來實現。

光照採集裝置110的具體結構並不唯一，本實施例中，光照採集裝置110包括連接控制裝置120的BH1750FVI光強度傳感器。BH1750FVI光強度傳感器對環境光照進行檢測，得到光強值並輸出至控制裝置。BH1750FVI光強度傳感器解析度高、光強探測範圍大、節能且誤差小。

在一個實施例中，如圖2所示，控制裝置120包括單片機U1和晶振電路122，單片機U1連接光照採集裝置110、太陽能充電裝置130、電源裝置140和可調節照明裝置150，晶振電路122連接單片機U1。此外，控制裝置120還包括電阻R1和電容C1。單片機U1的類型並不唯一，本實施例中為STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2單片機低功耗、高性能，內部集成了AD(Analogueto-Digital，模數轉換)模塊、PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)模塊及MAX810硬體復位電路。

具體地，單片機U1的埠VCC通過埠VCC_1連接電源裝置140，接收工作電壓，電容C1一端連接單片機U1的埠VCC，另一端接地。單片機U1的埠P21和埠P20與光照採集裝置110連接，單片機U1的埠P4.7通過電阻R1接地，使單片機U1內部自動延時復位。單片機U1的埠P1.0和埠P1.3連接太陽能充電裝置130，埠P1.1和P3.7連接電源裝置140，單片機U1的埠P1.4連接可調節照明裝置150。

具體地，單片機U1通過埠P21和埠P20模擬IIC協議與光照採集裝置110的光強度傳感器進行數據採集，並根據採集的數據通過埠P1.4對調節照明裝置150進行亮度控制，適應整個環境的變化。單片機U1通過埠P3.7控制電源裝置140開啟與關斷對可調節照明裝置150的供電，以節省能源。此外，單片機U1還通過埠P1.0和埠P1.1分別對太陽能充電裝置130和電源裝置140的電壓進行檢測，根據兩個電壓之間關係，通過埠P1.3調節太陽能充電裝置130輸出浮動電壓給電源裝置140充電。

進一步地，在一個實施例中，繼續參照圖2，晶振電路122包括晶振器Y1、第一電容C9和第二電容C10，晶振器Y1連接單片機U1，具體連接單片機U1的埠XTAL1和埠XTAL2。第一電容C9和第二電容C10均一端連接晶振器Y1，另一端接地。

在一個實施例中，太陽能充電裝置130包括太陽能電池板、第一電壓檢測電路、第一開關電路和升壓電路，電源裝置140包括蓄電池、第二電壓檢測電路，第二開關電路、第一穩壓電路和第二穩壓電路。

太陽能電池板連接第一電壓檢測電路和第一開關電路，第一電壓檢測電路連接控制裝置120，第一開關電路連接升壓電路和控制裝置120，升壓電路連接蓄電池的正極。蓄電池的正極連接第二電壓檢測電路、第二開關電路和第一穩壓電路，蓄電池的負極接地；第二電壓檢測電路連接控制裝置120，第二開關電路連接第二穩壓電路和控制裝置120，第一穩壓電路連接控制裝置120，第二穩壓電路連接可調節照明裝置150。

第一電壓檢測電路和第二電壓檢測電路的具體結構類似，均可通過兩個串聯的電阻進行分壓採樣，由公共端輸出採樣電壓。第一穩壓電路和第二穩壓電路的結構也類似，均可通過穩壓晶片對電壓進行穩壓處理後輸出。

具體地，第一電壓檢測電路對太陽能電池板的輸出電壓進行採樣，得到採樣電壓並輸出至控制裝置120中單片機U1的埠P1.0。第二電壓檢測電路對蓄電池的輸出電壓進行採樣，得到採樣電壓並輸出至控制裝置120中單片機U1的埠P1.1。升壓電路對第一開關電路輸出的電壓進行升壓後輸出至蓄電池，給蓄電池充電。單片機U1在光強值大於預設光強範圍的下限值時，根據兩路採樣電壓之間的關係，控制由埠P1.3輸出至第一開關電路的第一路PWM信號PWM0的佔空比，通過不同佔空比的脈衝調製第一開關電路，進行智能的充電電壓調節，從而達到控制充電電壓的目的。

第一穩壓電路對蓄電池的輸出電壓進行穩壓，由輸出端輸出電壓至控制裝置120中單片機U1的埠VCC，為單片機U1提供工作電源。第二開關電路連接控制裝置120中單片機U1的埠P3.7，單片機U1根據採集到的光強值，通過埠P3.7控制第二開關電路的通斷。第二穩壓電路在第二開關電路導通時，對第二開關電路的輸出電壓進行穩壓，由輸出端輸出電壓至可調節照明裝置150，為可調節照明裝置150提供工作電源。單片機U1由埠P1.4輸出第二路PWM信號PWM1至可調節照明裝置150，通過調節第二路PWM信號PWM1的佔空比，改變可調節照明裝置150的發光亮度。

在一個實施例中，如圖3所示，第一開關電路包括第一電阻R4、第二電阻R6、第三電阻R5、第一開關管Q1、第二開關管Q2和第一二極體D1。本實施例中，第一開關管Q1為NPN型三極體，第二開關管Q2為N溝道MOS管，第一二極體D1為肖特基二極體。

第一電阻R4和第二電阻R6串聯且公共端連接控制裝置120，具體連接單片機U1的埠P1.3，接收第一路PWM信號PWM0。第一電阻R4另一端連接第一穩壓電路的輸出端VCC_1，第二電阻R6另一端連接第一開關管Q1的控制端，第一開關管Q1的輸入端連接第二開關管Q2的控制端，並通過第三電阻R5連接第二開關管Q2的輸入端，第一開關管Q1的輸出端接地，第二開關管Q2的輸入端連接太陽能電池板，第二開關管Q2的輸出端連接第一二極體D1的陽極，第一二極體D1的陰極連接升壓電路。

通過單片機U1改變第一路PWM信號PWM0的佔空比，調節第二開關管Q2輸出的電壓，利用第一二極體D1有效阻止蓄電池向太陽能電池反向充電，避免出現過充、倒灌等現象，實現了太陽能電池與蓄電池的良好保護。

在一個實施例中，如圖4所示，升壓電路包括開關穩壓晶片U5、電感L1、第二二極體D10、第三電容C21、可調電阻R14、第四電阻R12和第五電阻R13。本實施例中，開關穩壓晶片U5為LM2577晶片，第二二極體D10同樣為肖特基二極體。

電感L1一端連接第一開關電路，另一端連接第二二極體D10的陽極，第二二極體D10的陰極連接蓄電池的正極，開關穩壓晶片U5連接電感L1的兩端。第三電容C21和第四電阻R12串聯，第四電阻R12另一端連接開關穩壓晶片U5，第三電容C21另一端接地。可調電阻R14和第五電阻R13串聯且公共端連接開關穩壓晶片U5，第五電阻R13另一端連接第二二極體D10的陰極，可調電阻R14另一端接地。

具體地，開關穩壓晶片U5的埠5連接電感L1靠近第一開關電路的一端，埠4連接電感L1靠近第二二極體D10的一端。開關穩壓晶片U5的埠2連接可調電阻R14和第五電阻R13的公共端，埠1連接第四電阻R12，埠3接地。此外，升壓電路還可包括電容C20和電容C22。電容C20一端連接電感L1靠近第一開關電路的一端，另一端接地，電容C22一端連接第二二極體D10的陰極，另一端接地。

在一個實施例中，如圖5所示，第二電壓檢測電路包括第六電阻R8、第七電阻R10和第四電容C17，第六電阻R8和第七電阻R10串聯且公共端連接控制裝置120，具體連接單片機U1的埠P1.1，且通過第四電容C17接地，第六電阻R8另一端連接蓄電池BT1的正極，第七電阻R10的另一端接地。

在一個實施例中，如圖6所示，第二開關電路包括功率開關晶片U3和第五電容C12。本實施例中，功率開關晶片U3為BTS422晶片。功率開關晶片U3連接蓄電池BT1的正極、第二穩壓電路和控制裝置120，第五電容C12一端連接功率開關晶片U3和控制裝置120的公共端，另一端接地。

具體地，蓄電池BT1的正極通過POW1+端連接第一穩壓電路，通過BAT+端連接升壓電路中第二二極體D10的陰極。功率開關晶片U3的埠1和埠4接地，埠2連接控制裝置120中單片機U1的埠P3.7，並通過第五電容C12接地。功率開關晶片U3的埠3連接蓄電池BT1的正極，埠5通過POW2+端連接第二穩壓電路。此外，第二開關電路還可包括電容C13和電容C11，電容C13和電容C11均一端連接蓄電池BT1的正極，另一端接地。

在一個實施例中，如圖7所示，第二穩壓電路包括穩壓晶片U4、第六電容C14、第七電容C15和第八電容C2。本實施例中，穩壓晶片U4為LM7805晶片。

穩壓晶片U4的輸入端1連接第二開關電路，具體連接功率開關晶片U3的埠5。穩壓晶片U4的輸出端3通過第二穩壓電路的輸出端VCC_2連接可調節照明裝置150，穩壓晶片U4的接地端2接地；第六電容C14一端連接穩壓晶片U4的輸入端1，另一端接地，第七電容C15和第八電容C2均一端連接穩壓晶片U4的輸出端3，另一端接地。

在一個實施例中，如圖8所示，可調節照明裝置150包括第三開關管Q3和多個LED(Light Emitting Diode，發光二極體)燈，本實施例中，第三開關管Q3為NPN型三極體，多個LED燈包括LED燈D2、LED燈D3、LED燈D4、LED燈D5和LED燈D6。多個LED燈的陽極均連接第二穩壓電路的輸出端VCC_2，陰極均連接第三開關管Q3的輸入端，第三開關管Q3的控制端連接控制裝置120，具體連接單片機U1的埠P1.4。

此外，可調節照明裝置150還可包括電阻R3和電阻R11，第三開關管Q3的輸入端通過電阻R3連接各LED燈的陰極，第三開關管Q3的控制端通過電阻R11連接單片機U1的埠P1.4。

在一個實施例中，太陽能照明燈系統還包括連接控制裝置120的串口通信裝置。可通過串口通信裝置進行通信，便於數據下載備份；還可通過串口通信裝置對控制裝置120進行調試檢測。

在一個實施例中，如圖9所示，串口通信裝置包括電平轉換晶片U2和串口接頭J2，電平轉換晶片U2連接控制裝置120和串口接頭J2。本實施例中，電平轉換晶片U1為MAX232晶片，串口接頭J2為DB9接頭。以電平轉換晶片U2作為橋梁，將單片機U1的UART信號與電腦的USB信號進行轉換通信。此外，串口通信裝置還可包括電容C5、電容C6、電容C7和電容C8。

具體地，電平轉換晶片U2的埠T1IN和埠R1OUT分別連接控制裝置120中單片機U1的埠P3.1和埠P3.0。電平轉換晶片U2的埠R1IN和埠T1OUT連接串口接頭J2。電平轉換晶片U2的埠VCC和埠V+連接第一穩壓電路的輸出端VCC_1，電平轉換晶片U2的埠GND接地。電平轉換晶片U2的埠C1+通過電容C6連接埠C1-，電平轉換晶片U2的埠C2+通過電容C5連接埠C2-。電容C7一端連接電平轉換晶片U2的埠VCC，另一端接地，電容C8一端連接電平轉換晶片U2的埠V-，另一端接地。

上述太陽能照明燈系統，光照採集裝置110進行光照採集，輸出光強值至控制裝置120。控制裝置120根據光強值與預設光強範圍的關係輸出照明控制信號至電源裝置140，輸出充電控制信號至太陽能充電裝置130，及輸出亮度調節信號至可調節照明裝置150。根據環境光強進行太陽能充電、照明供電以及照明亮度調節，優化能源利用，提高了能源利用率。

以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。