CN101534592A - 一种基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器 - Google Patents
一种基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于手机网络的远程太阳能路灯监控设备，特别涉及的是一种应用于太阳能路灯控制器的远程监控设备。包括功率控制单元31、核心处理单元32、路灯状态监测单元33、GSM通讯单元34、备用状态监控单元35和键盘与显示单元36；本发明解决了太阳能路灯或其它太阳能供电设备的远程无线监控问题，提高了太阳能供电***的可靠性；并且利用3阶段充电方式实现蓄电池的科学管理，有效提高蓄电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于手机网络的远程太阳能路灯监控设备，特别涉及的是一种应用于太阳能路灯控制器的远程监控设备。
背景技术
太阳能作为一种高效无污染能源，已经越来越受到重视，对于太阳光照充足、不适宜特别铺设电源电缆的场合，采用太阳能供电已成为当前的电源解决方案之一。太阳能路灯作为道路照明的产品之一，已广泛应用到各种公路照明中。
目前，太阳能路灯控制器一般为单机独立工作，单台控制器只是监测太阳能电池电压控制路灯的开启或关闭，充电控制一般为恒流。而这种单机独立工作方式不能实时监控路灯的状态，如灯具损坏、太阳能电池板损坏等故障，需要由路灯巡视人员进行定期检查，增加了太阳能路灯的维护成本。网络版太阳能路灯控制器需要利用现有的Internet有限网络进行监控，并且需要独立铺设网络线路，对于偏远山区等不适合铺设线路的场所较难应用。
有一些专利文献针对太阳能控制器开展了相关研究工作，例如；
发明专利“200710118513.2——一种PWM太阳能控制器的PWM太阳能功率控制模块”，针对太阳能电池充电控制，设计了基于PWM的控制方法，提高了太阳能电池的充电效率。
实用新型专利“200520071259.1——太阳能控制器”，针对太阳能电池的输出控制，设计了低功耗的控制器，在达到原来照明亮度的同时，功耗可降低原来的1/2或1/3。
实用新型专利“200620096426.2——一种防反充电的太阳能控制器”，针对太阳能电池输出电极容易被认为接反而损坏问题，设计了防止接反电路，有效保护了太阳能电池板和后端处理电路。
实用新型专利“03268193.3——一种太阳能电源控制器装置”，针对太阳能电源***蓄电池过充电和过放电问题，设计了电源控制器，有效克服了蓄电池过充电和过放电问题。
实用新型专利“02282076.0——一种太阳能控制器”，针对太阳能电池为蓄电池充电效率问题，设计了高效的充电电路。
领域目前遇到的问题是：远程监控太阳能路灯状态的应用；实现多台太阳能路灯的同时控制；及提高太阳能路灯充放电的效率等。
但上述技术还没有关于解决上述问题对有效手段。
发明内容
本发明目的是：实现太阳能路灯的远程无线状态监测与控制，尤其是实现多台太阳能路灯的同时控制及提高太阳能路灯充放电的效率。
本发明的技术技术方案是：
一种基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，包括功率控制单元31、核心处理单元32、路灯状态监测单元33、GSM通讯单元34、备用状态监控单元35和键盘与显示单元36；其特征在于：
功率控制单元31处于太阳能电池板1和蓄电池2及核心处理单元32之间，在核心处理单元32控制下实现太阳能电池输出功率控制与蓄电池充放电；
核心处理单元32分别与功率控制单元31、路灯状态监控单元33、GSM通讯单元34、备用状态监控单元35和键盘与显示单元36连接，利用远程中央控制室计算机发送的远程通讯控制命令、本机键盘命令和监测的路灯状态等指令实现***的控制；
键盘与显示单元36完成***参数的显示与设置；备用状态监控单元35可实现其它外接设备的检测与控制；路灯状态监控单元33与路灯4相连，对路灯4的开启关闭状态、亮度状态进行监控；
GSM通讯单元34利用GSM网络提供的无线服务。
进一步的，
所述的功率控制单元31采用电流调整方式，通过监测太阳能电池输出电压与输出电流、蓄电池当前电压，调整太阳能电池对蓄电池的充电电流，使得太阳能电池板充电电流始终保持最大状态，实现蓄电池的高效充电。
核心处理单元32采用单片机C8051F005作为控制核心，分别与功率控制单元、显示控制单元、路灯状态监测单元、GSM通讯单元连接，利用远程通讯控制命令、键盘命令、监测的路灯状态等指令实现***的控制。
核心处理单元32采用单片机C8051F005作为控制核心，利用单片机自身集成的AD、DA实现对各模拟信号的采集和输出功率控制单元输出电流的控制，并利用算法实现了蓄电池恒流充电、脉冲式充电与恒压充电3种充电方法的控制。
GSM通讯单元34由GSM信号处理电路343、无线功率放大电路342、接口电路344和天线341组成，并采用RS232接口与核心处理单元进行数据通讯；可以用SMS短消息传输命令和GPRS网络传输命令实现太阳能路灯控制器的命令、状态的传输。
备用状态监控单元35提供2路5V TTL开关量输入(具备光电隔离)和2路OC(集电极开路)开关量输出(具备光电隔离)、1路0~5V模拟电压输入和1路0~5V模拟电压输出，为其它利用太阳能电池供电并需要远程监控功能的用电设备提供扩展接口。
手机GSM网络几乎遍布世界的每一个角落，利用GSM网络实现远程数据的传输易于实现，并可降低通讯设备成本。本发明的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，就是借助手机通讯网络，完成太阳能路灯状态、控制等指令的远距离无线传输。本发明的控制器由单片机控制，利用单片机自身的AD实现太阳能电池电压和电流、蓄电池电压和电流、路灯亮度信息的采集，将模拟信号转换为数字信号，由单片机算法完成各参数的计算，计算结果由单片机自身的DA输出，实现太阳能电池输出电流、蓄电池电流的控制，实现***参数的闭环调节与控制。太阳能路灯的各种开关状态由单片机的输入总线收集，并与算法所得各参数打包，通过GSM通讯单元利用手机通讯网络传输到远程控制计算机，实现各状态和参数的传输。此传输为双向传输，远程控制计算机的各种控制指令和参数也可以借助手机通讯网络传输给太阳能路灯控制器，进行相应的控制。
因此，本发明解决了太阳能路灯或其它太阳能供电设备的远程无线监控问题，提高了太阳能供电***的可靠性；并且利用3阶段充电方式实现蓄电池的科学管理，有效提高蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器功能结构图；
图2为本发明控制器中功率控制单元功能结构图；
图3为本发明控制器中路灯状态监控单元功能结构图；
图4为本发明控制器中GSM通讯单元功能结构图；
图5为本发明控制器中备用状态监控单元功能结构图；
图6为本发明控制器工作流程图；
图7为本发明单片机C8051F005线路连接；
图8为本发明充电控制原理图；
图9为本发明负载输出控制原理图；
图10为本发明GSM通讯模块连接原理图；
图11为本发明控制器电路检测原理图；
图中，1为太阳能电池板，2为蓄电池，31为功率控制单元，32为核心处理单元，33为路灯状态监测单元，34为GSM通信单元，35为备用状态监测单元，36为键盘与显示单元；功率控制单元中：太阳能电池电压测量311、太阳能电池电流测量312、蓄电池电压测量313、蓄电池电流测量314、蓄电池电流控制功率管315和多路模拟开关316；GSM通讯单元34中：天线341、无线功率放大电路342、GSM信号处理电路343、RS232接口电路344；备用状态监控单元35：输入光电隔离器件351--352、输出光电隔离器件353--354、模拟电压转换电路355--356和数据锁存器357。
以上附图所标示的内容，包括所有符号、数字、电路元器件标志等，均属本领域技术人员可以看图知晓的，在此不作详细说明。
具体实施方式
下面，结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器由功率控制单元31、核心处理单元32、路灯状态监控单元33、GSM通讯单元34、备用状态监控单元35、键盘与显示单元36组成。功率控制单元31处于太阳能电池板1和蓄电池2与核心处理单元32之间，在核心处理单元32控制下实现太阳能电池输出功率控制与蓄电池充放电；核心处理单元32分别与功率控制单元31、路灯状态监控单元33、GSM通讯单元34、备用状态监控单元35和显示控制单元36连接，由中央控制室计算机发送远程通讯控制命令、自身键盘命令以及监测的路灯状态等指令实现***的自动控制；路灯状态监控单元33对路灯状态进行监控，实现路灯开启关闭状态、亮度信息的采集；GSM通讯单元34与核心处理单元32采用RS232通讯接口连接，利用GSM网络实现远程控制指令和太阳能路灯控制器状态的传输；备用状态监控单元35为外接开关量、0-5V模拟量的接入与输出提供预留接口，可实现其它外接设备的检测与控制；键盘与显示单元36完成***参数的显示与设置。
如图2所示，本发明基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器的功率控制单元31，由太阳能电池电压测量311、太阳能电池电流测量312、蓄电池电压测量313、蓄电池电流测量314、蓄电池电流控制功率管315和多路模拟开关316组成。太阳能电池电压测量311实现太阳能电池输出电压的监测，由分压电阻取样，达到单片机AD输入量程要求；太阳能电池电流312测量实现太阳能电池输出电流的实时监测，由低阻值取样电阻串联太阳能电池电源回路中实现电流——电压转换，实现电流测量；蓄电池电压测量313实现蓄电池输出电压的监测，由分压电阻取样，达到单片机AD输入量程要求；蓄电池电流测量314实现蓄电池输出电流的实时监测，由低阻值取样电阻串联蓄电池电源回路中实现电流——电压转换，实现电流测量；蓄电池电流控制功率管315由大功率三极管实现蓄电池充电电流的连续调节和脉冲控制；多路模拟开关316由多选一模拟开关实现4路模拟输入信号分时连接单片机AD输入端口，实现单片机的分时模拟信号的采集。如图3所示，本发明基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器的路灯状态监控单元33，由路灯亮度监测单元331、路灯电流监测单元332、路灯开关控制单元333和多路模拟开关334组成。路灯亮度监测单元331由光敏二极管及恒流源电路组成，利用光敏二极管的光电特性改变取样电阻两端的电压值实现路灯亮度测量，光敏二极管安装路灯灯罩内；路灯电流监测单元332由低阻值取样电阻串联路灯灯泡供电回路中实现电流——电压转换，实现电流测量；路灯开关控制单元333由大功率场效应管及相关电路构成，利用单片机发送的开关路灯TTL电平信号，实现路灯的开关控制；多路模拟开关316由多选一模拟开关实现2路模拟输入信号分时连接单片机AD输入端口，实现单片机的分时模拟信号的采集。
如图4和图10所示，本发明基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器的GSM通讯单元34，由天线341、无线功率放大电路342、GSM信号处理电路343、RS232接口电路344组成，天线341选择适于GSM手机通讯的900MHz天线组件；无线功率放大电路342由功率放大组件实现无线调制信号的放大、滤波等处理，实现GSM手机信号的功率调节与控制；GSM信号处理电路343由西门子C166基带处理器及FLASH组成，实现GSM手机信号的调制与解调；RS232接口电路344由MAX3232E电平转换电路及***电路组成，实现TTL电平和标准串口逻辑电平的转换。
如图5和图11所示，本发明基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器的备用状态监控单元35，由输入光电隔离器件351~352、输出光电隔离器件353~354、模拟电压转换电路355~356和数据锁存器357组成，输入光电隔离器件351~352由PC817光耦实现输入信号的光电隔离；输出光电隔离器件353~354由PC817构成OC输出电路实现输出信号的光电隔离；模拟电压转换电路355~356由分压电阻、运算放大电路组成，实现0~5V输入输出信号到AD采集电压和DA输出电压的转换；多路模拟开关357由多选一模拟开关实现2路模拟输入信号分时连接单片机AD输入端口，实现单片机的分时模拟信号的采集；数据锁存器357由D触发器54LS374组成，实现2路输入开关量信号的锁存，便于单片机利用查询方式监测输入信号状态。
如图6、7、8、9、10、11所示，本发明基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器的工作流程图和原理图：
步骤a：初始化，完成单片机及各单元的初始参数设置；
步骤b：键盘扫描判断，如果有键盘按下并有效，则执行步骤j，进行键盘处理程序，如果没有键盘按下，则执行步骤c；
步骤c：GSM远程命令判断，如果远程中央控制室计算机通过GSM网络发送给控制器指令并有效，则执行步骤i，进行GSM命令执行程序，如果没有GSM远程命令，则执行步骤d；
步骤d：路灯状态异常判断，如果路灯当前状态与设定的状态不符，如路灯开启而未点亮、路灯关闭而未关闭、路灯亮度差别较大等情况则判断为异常情况，***执行步骤h，通过GSM手机网络传输异常状态情况至远程控制室计算机，如果路灯状态正常，则执行步骤e；
步骤e：太阳能电池、蓄电池管理，完成太阳能电池输出功率、蓄电池的输入输出电流的调节，调节完毕则执行步骤f；
步骤f：备用状态启用判断，如果***设置启用备用状态监测，则执行步骤h，进行备用状态检测，并将检测结果记录并通过GSM手机发送，如果没有启用备用状态监测，则执行步骤g；
步骤g：显示处理程序，实现***参数的显示，执行完毕则程序返回到步骤b进行循环工作；
步骤h：路灯状态与参数GSM远传程序，完成***参数通过GSM手机网络的传输，执行完毕则返回到步骤e；
步骤i：GSM命令执行程序，完成远程中央控制室计算机发送指令的执行，执行完毕则返回到步骤d；
步骤j：键盘处理程序，完成有效键盘输入及指令执行，执行完毕则返回到步骤c。
以上所述，述仅为本发明的较佳实施例，为其中一种，也可以由类似的电路图实现相同功能，故对本发明而言仅仅是说明性而非限制性的。在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1、一种基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，包括功率控制单元(31)、核心处理单元(32)、路灯状态监测单元(33)、GSM通讯单元(34)、备用状态监控单元(35)和键盘与显示单元(36)；其特征在于：
功率控制单元(31)处于太阳能电池板(1)和蓄电池(2)与核心处理单元(32)之间，并与它们连接，在核心处理单元(32)控制下实现太阳能电池输出功率控制与蓄电池充放电；
核心处理单元(32)分别与功率控制单元(31)、路灯状态监控单元(33)、GSM通讯单元(34)、备用状态监控单元(35)和键盘与显示单元(36)连接，利用远程中央控制室计算机发送的远程通讯控制命令、本机键盘命令和监测的路灯状态等指令实现***的控制；
键盘与显示单元(36)完成***参数的显示与设置；
备用状态监控单元(35)可实现其它外接设备的检测与控制；
路灯状态监控单元(33)与路灯(4)相连，对路灯(4)的开启关闭状态、亮度状态进行监控；
GSM通讯单元(34)利用GSM网络提供的无线服务。
2、根据权利要求1所述的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，其特征在于：所述的功率控制单元(31)采用电流调整方式，通过监测太阳能电池输出电压与输出电流、蓄电池当前电压，调整太阳能电池对蓄电池的充电电流，使得太阳能电池板充电电流始终保持最大状态。
3、根据权利要求1所述的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，其特征在于：核心处理单元(32)采用单片机C8051F005作为控制核心，利用远程通讯控制命令、键盘命令、监测的路灯状态等指令实现***的控制。
4、根据权利要求3所述的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，其特征在于：核心处理单元(32)利用单片机自身集成的AD、DA实现对各模拟信号的采集和输出功率控制单元输出电流的控制，并利用算法实现了蓄电池恒流充电、脉冲式充电与恒压充电3种充电方法的控制。
5、根据权利要求1所述的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，其特征在于：GSM通讯单元(34)由GSM信号处理电路(343)、无线功率放大电路(342)、RS232接口电路(344)和天线(341)组成。
6、根据权利要求5所述的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，其特征在于：GSM通讯单元(34)采用RS232接口与核心处理单元进行数据通讯。
7、根据权利要求5所述的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，其特征在于：GSM通讯单元(34)采用SMS短消息传输命令和GPRS网络传输命令实现太阳能路灯控制器的命令、状态的传输。
8、根据权利要求1所述的基于手机网络的远程监控太阳能路灯控制器，其特征在于：备用状态监控单元(35)提供2路5V TTL开关量输入(具备光电隔离)和2路OC(集电极开路)开关量输出(具备光电隔离)、1路0~5V模拟电压输入和1路0~5V模拟电压输出，为其它利用太阳能电池供电并需要远程监控功能的用电设备提供扩展接口。
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