光伏照明智能控制裝置的製作方法
2023-12-11 16:01:12
專利名稱：光伏照明智能控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及照明控制技術領域，具體是一種光伏照明智能控制裝置。
背景技術：
我國是一個太陽能資源非常豐富的國家，太陽能熱利用是新能源和可再生能源中商業化程度最高、應用最普遍的技術之一。近年來，全球性的能源短缺和環境汙染問題日益突出，人們迫切希望應用節能環保的新技術，照明系統採用太陽能新技術將是大勢所趨。所以改善光伏照明系統的可靠性，開發性能優良的太陽能充放電控制系統也成為重要的研究課題。目前，市場上有各種各樣的光伏照明燈具，但這些燈具系統主要問題是可靠性不高，其原因是控制系統對於蓄電池的保護不充分而導致蓄電池的損壞。這些控制系統對蓄電池的充電採取了很多有效的措施，確保蓄電池不會過充電；比如當蓄電池的電壓達到充滿點(密封鉛酸電池為單體2. 35V，固定式鉛酸電池為單體2. 5V)時，控制系統將充電迴路斷開，或者採用脈寬調製的辦法或多路充電的辦法，隨蓄電池的電壓接近充滿點時，充電電流逐漸減小，從而達到保護蓄電池不被過充電的目的。但是對於防止蓄電池過放電，目前市場上的光伏照明控制系統只是一點式控制， 例如，德國的STECA控制器，TRISTAR充放電控制器，PSR20充放電控制器等。即在蓄電池達到過放點之前不做任何控制。目前的路燈控制系統一般還具有光控開關和定時器，可以人為設定路燈的工作時間，也有將路燈的功率分檔，前半夜滿功率，後半夜半功率工作，但都沒有通過在線檢測蓄電池的剩餘容量而自動調整負荷，這樣仍然避免不了蓄電池的過放電，而蓄電池一旦過放電，或者強迫將負載斷開，或者由於蓄電池電壓過低使負載自動斷電。如果蓄電池經常處於深度放電狀態，不可避免縮短了蓄電池的壽命而導致整個系統可靠性不高，再加上光伏照明系統一次性投資較一般的照明系統大，使得光伏照明系統不能得到廣泛的普及。
發明內容為了解決上述現有技術的缺點，本實用新型提供一種光伏照明智能控制裝置，解決了光伏照明系統中蓄電池的過放電。本實用新型是以如下技術方案實現的一種光伏照明智能控制裝置，包括一控制器，與控制器連接的太陽能電池板，與控制器連接的蓄電池，太陽能電池板與蓄電池之間連接一充電器；控制器輸出給負載供電；其特徵在於所述的控制器包括一單片機，與單片機連接的蓄電池電壓採樣模塊，與蓄電池電壓採樣模塊連接的電阻分壓網絡，與單片機連接用於防止蓄電池過放的輸出驅動模塊，與單片機連接的顯示模塊，與單片機連接的用於調整負載工作時間長短的時鐘電路模塊。本實用新型的有益效果是可以防止蓄電池過放電，延長蓄電池的使用壽命。以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。
圖1是本實用新型原理框圖，圖2是控制器原理框圖；圖3是電源模塊電路圖；圖4是充電電路圖；圖5是電壓採集模塊電路圖；圖6是放電控制模塊電路圖；圖7是交流燈控制模塊電路圖；圖8是時鐘電路模塊電路圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，一種光伏照明智能控制裝置，包括一控制器，與控制器連接的太陽能電池板，與控制器連接的蓄電池，太陽能電池板與蓄電池之間連接一充電器；控制器輸出給負載供電；所述的控制器包括一單片機，與單片機連接的蓄電池電壓採樣模塊，與蓄電池電壓採樣模塊連接的電阻分壓網絡，與單片機連接用於防止蓄電池過放的輸出驅動模塊，與單片機連接的顯示模塊，與單片機連接的用於調整負載工作時間長短的時鐘電路模塊。本實施例的單片機採用單片機STC89C52RC，該單片機的內部資源集成8位CPU、 8K字節ROM、512位元組RAM、2KEEPR0M、4個8位並口、1個全雙工串行口、3個16位定時/計數器、有看門狗和ISP/IAP功能。尋址範圍64K，並有控制功能較強的布爾處理器。UC3906可構成雙電平浮充充電器，充電過程可以分為三個充電狀態，分別是大電流恆流充電狀態、過充電狀態和浮充電狀態。輸入電源開通時，蓄電池電壓很低，充電器以很小的電流給蓄電池充電。當蓄電池電壓升高到啟動電壓VT時，以IMAX恆流充電；蓄電池電壓繼續升高，當電壓達到V12(V12 = 0. 95 · V0C)，進入了過充電狀態；蓄電池電壓達到過充電壓時，充電電流逐漸減小，減小到I0CT(I0CT = IMAX/10)時，進入了浮充電狀態。在浮充電狀態時，蓄電池放電，蓄電池電壓隨之下降，當蓄電池電壓低於V31 (V31 = 0. 9. VF)時， 充電器又進入第一種充電狀態，大電流恆流充電狀態。如圖4所示，蓄電池通過LM317和LM7805，能為系統提供兩種電壓+IOV和+5V， +IOV的電壓主要用來驅動功率MOS管，而+5V的電壓供系統中的晶片使用。如圖5所示，蓄電池電壓採樣模塊採用電壓-頻率變換器LM311，電壓-頻率變換器LM311的7腳通過電阻分壓網路與蓄電池連接。電壓-頻率變換器LM331構成V/F轉換器來實現A/D轉換，採樣蓄電池的電壓。電壓-頻率變換器LM331把蓄電池的電壓信號轉變成與電壓信號大小相對應的一定頻率的方波信號，檢測頻率信號即可知道蓄電池的電壓的大小，從蓄電池的電壓與蓄電池剩餘容量的關係來確定蓄電池剩餘容量。當輸入端Vin，即第7腳，輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使R-S觸發器置位，Q輸出高電平，輸出驅動管導通，輸出端即第三腳fout為邏輯低電平，同時，電流開關打向右邊，電流源IS對電容CL充電。此時由於復零電晶體截止，電源VCC也通過電阻Rt 對電容Ct充電。當電容Ct兩端充電電壓大於Vcc的2/3時，定時比較器輸出一高電平，使R-S觸發器復位，Q輸出低電平，輸出驅動管截止，輸出端fout為邏輯高電平，同時，復零電晶體導通，電容Ct通過復零電晶體迅速放電；電流開關打向左邊，電容CL對電阻RL放電。 當電容CL放電電壓等於輸入電壓Vin時，輸入比較器再次輸出高電平，使R-S觸發器置位， 如此反覆循環，構成自激振蕩。利用電壓-頻率變換器LM331來構成V/F轉換器，它與單片機接口有以下特點接口簡單、佔用單片機硬體資源少；頻率信號可輸入單片機一根I/O 口線或作為中斷源即計數輸入等。抗幹擾性能好；用V/F轉換器實現A/D轉換，就是頻率技術過程，相當於在計數時間內對頻率信號進行積分，因而有較強的抗幹擾能力。另外，可採用光電耦合器連接V/F轉換器與單片機之間的通道，實現光電隔離，便於遠距離傳輸。可通過調製進行無線傳輸或光傳輸。如圖6輸出驅動模塊包括放電控制模塊和交流燈控制模塊。放電控制模塊採用 MOFFET管IRF3205作為控制開關，TLP250為驅動電路；TLP250與單片機連接。IRF3205是 N溝道的MOFFET管，具有小的導通電阻RON = 8m，最大通態電流ID = IlOA (條件溫度25 度，VGS = 10V)，VDD = 55V，開關速度快，具有很好的開關性能。TLP250作為驅動MOSFET 的電路，此光耦驅動晶片能向MOSFET柵極提供需要的柵荷來保證器件的開關性能，實現了主電路與控制電路間的電隔離，具有較強的抗幹擾能力。但是，光耦器的開關速度對驅動電路性能有較大的影響，必須合理選擇。放電控制模塊如圖6所示，放電控制端給出高電平時，三極體S9013導通，TLP250 輸出高電平，IRF3205的柵源電壓被箝位於10V，此時，MOSTET導通，蓄電池向負載供電，相反，放電控制端給出低電平時，三極體截止，TLP250的6和7腳輸出低電平，IRF3205的柵源電壓小於閥值電壓，MOSFET不能導通，相當於開關處於斷開狀態。蓄電池不能向負載供電。如圖7所示，採用BT134雙向可控矽作為交流燈控制電路的控制開關，此管能承受的最大導通電流為4A，最大反向電壓為交流400V，完全滿足系統的要求。光耦合雙向可控矽驅動器M0C3021是一種單片機輸出與雙向可控矽之間較為理想的接口器件，MOC系列光耦器件，非但具有隔離功能，而且還可也用於輸出通道作為開關元件使用。控制電路如圖7所示。利用M0C3021驅動後一級的雙向可控矽BT134，並且 M0C3021由於採用了過零觸發的集成電路，大大簡化了雙向晶閘管的觸髮結構，使得SCR的移相控制變為了實用的數字脈衝控制，M0C3021與雙向可控矽實際上組成了一個完全是固態繼電器，對於一些小電流，低電壓負載的對象時使用而高效的，實現了無觸點控制。輸出通道實現了光電隔離，防止了射電幹擾。如圖8所示，時鐘電路為系統提供時鐘，路燈控制器一方面通過太陽電池的光控功能自動提供天黑、天亮的時間點。但是採用時鐘電路能夠為系統提供更多的時間點，例如，我們可以根據時鐘電路確定現在的準確時間，可以確定春、夏、秋、冬四個季節。使控制器能根據季節的變化來確定燈每晚點亮的時間，因為，冬天比夏天天黑得時間長，有了時鐘電路，可以準確的根據季節的變化，來調整負載的工作時間，使路燈系統設計的更為合理。 另外幹擾信號使系統從夜晚誤入白天，或者白天誤入夜晚，導致單片機工作混亂，時鐘電路可提供準確的時間，保證系統的可靠運行。時鐘電路模塊選用DALLAS的DS1307作為時鐘電路。DS1307是美國DALLAS公司推出的I2C總線接口的實時時鐘晶片，它可獨立於CPU工作，不受CPU的主晶振及其電容的影響，且計時準確，月累計誤差一般小於秒，晶片還具有主電源掉電情況下的時鐘保護電路，DS1307的時鐘靠後備電池維持工作，拒絕CPU對其讀出和寫入訪問，同時還具有備用電源自動切換控制電路，因而可在主電源掉電和其他一些惡劣環境場合中保證系統時鐘的定時準確性。DS1307具有產生秒分時日月年等功能，有閏年自動調整功能。同時，DS1307晶片內部還集成有一定容量、具有掉電保護特性的靜態RAM，可用於保存一些關鍵數據。 如圖3所示，充電電路採用UC3906晶片，該晶片是美國TI公司生產的專門針對鉛酸蓄電池充電而設計的。內部邏輯電路可以提供三種充電狀態，充電時並對溫度實現了跟蹤補償，精確的浮充電狀態確保電池能發揮最大容量並延長了電池的使用壽命，而且只需 1. 6mA電流就可以正常工作，這樣就大大減少晶片的功耗。
權利要求1.一種光伏照明智能控制裝置，包括一控制器，與控制器連接的太陽能電池板，與控制器連接的蓄電池，太陽能電池板與蓄電池之間連接一充電器；控制器輸出給負載供電；其特徵在於所述的控制器包括一單片機，與單片機連接的蓄電池電壓採樣模塊，與電壓採樣模塊連接的電阻分壓網絡，與單片機連接用於防止蓄電池過放的輸出驅動模塊，與單片機連接的顯示模塊，與單片機連接用於調整負載工作時間長短的時鐘電路模塊。
2.根據權利要求1所述的光伏照明智能控制裝置，其特徵在於所述的蓄電池電壓採樣模塊採用電壓-頻率變換器LM311，電壓-頻率變換器LM311的7腳通過電阻分壓網路與蓄電池連接。
3.根據權利要求1所述的光伏照明智能控制裝置，其特徵在於所述的輸出驅動模塊包括放電控制模塊和交流燈控制模塊。
4.根據權利要求3所述的光伏照明智能控制裝置，其特徵在於放電控制模塊採用 MOFFET管IRF3205作為控制開關，TLP250為驅動電路；TLP250與單片機連接。
專利摘要本實用新型涉及照明控制技術領域，具體是一種光伏照明智能控制裝置。該裝置一控制器，與控制器連接的太陽能電池板，與控制器連接的蓄電池，太陽能電池板與蓄電池之間連接一充電器；控制器輸出給負載供電；所述的控制器包括一單片機，與單片機連接的蓄電池電壓採樣模塊，與蓄電池電壓採樣模塊連接的電阻分壓網絡，與單片機連接用於防止蓄電池過放的輸出驅動模塊，與單片機連接的顯示模塊，與單片機連接用於調整負載工作時間長短的時鐘電路模塊。優點是可以防止蓄電池過放電，延長蓄電池的使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK202197428SQ201120308109
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者吳興華, 梁純, 蒲新徵, 黃培 申請人:江蘇建築職業技術學院