CN104682537B - 一种摄像监控用光伏电源控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摄像监控用光伏电源控制装置，该装置由主电路、电压电流检测电路、微控制器及通讯电路组成，主电路的第一输入端与光伏电池的输出端相连，主电路的输出端与电压电流检测电路的输入端相连，电压电流检测电路的输出端与微控制器及通讯电路的输入端相连，微控制器及通讯电路的输出端与主电路的第二输入端相连，主电路向蓄电池充电，微控制器及通讯电路依次通过网络摄像机、无线网桥与监控计算机双向通讯。本发明还公开了一种摄像监控用光伏电源控制装置的控制方法。本发明直接进行直流供电，省去了功耗非常大的逆变、整流、稳压环节，使得***的自耗大大降低，在同样的光伏和储能设计容量下，供电时间大幅度提升。

Description

一种摄像监控用光伏电源控制装置

技术领域

本发明涉及安防监控技术领域，尤其是一种摄像监控用光伏电源控制装置。

背景技术

摄像监控是安防体系中的重要组成部分，可以将被监视场所的图像内容传送到监控中心，使被监控场所的情况一目了然；还可以将图像和声音全部或部分地记录下来，为日后对某些事件的处理提供方便条件和重要依据。无线监控***，弥补了摄像监控有线部署的缺点，是监控技术和无线网络传输技术的结合，能够支持跨平台、跨地域的视频互通，已经成为摄像监控***发展的主流。

无线摄像监控***主要由供电电源、摄像机和无线网桥组成，其中供电电源对保证整个监控***的正常运转起着至关重要的作用，一旦电源异常，即会导致摄像监控设备瘫痪。然而，无线监控点一般都位于远离供电区域的野外，架线送电工程造价太高。因此，使用光伏电源供电是最佳选择，可大幅度降低工程造价。由于太阳能具有随机性和间断性的特性，光伏电池要实现连续稳定的能量供应，必须采用一种有效的供电***。

目前，国内采用的无线摄像监控用光伏供电***如图1所示，供电***由光伏电池、充电控制电路、蓄电池、逆变器和稳压电源组成，逆变器将蓄电池发出的12伏或24伏直流逆变成220V的交流电，再供给12V或24V供电的网络摄像机和网桥。由于逆变和稳压设备自身的功率损耗很大，使得监控***的运行时间远远达不到要求。可见，在光伏电池和蓄电池设计容量不变的情况下，充分考虑网络摄像机、无线网桥的供电要求，研制自耗低、成本低、功能强的摄像监控用光伏电源控制装置已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够大大降低***的自耗，在同样的光伏和储能容量下，大幅度提升供电时间的摄像监控用光伏电源控制装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种摄像监控用光伏电源控制装置，该装置由主电路、电压电流检测电路、微控制器及通讯电路组成，主电路的第一输入端与光伏电池的输出端相连，主电路的输出端与电压电流检测电路的输入端相连，电压电流检测电路的输出端与微控制器及通讯电路的输入端相连，微控制器及通讯电路的输出端与主电路的第二输入端相连，主电路向蓄电池充电，微控制器及通讯电路依次通过网络摄像机、无线网桥与监控计算机双向通讯；所述主电路由电压电流取样电路、蓄电池充电控制电路、24V稳压电路、12V稳压电路、VCC稳压电路组成，所述电压电流取样电路的输出端与电压电流检测电路的输入端相连，所述微控制器及通讯电路的输出端与蓄电池充电控制电路的输入端相连，所述24V稳压电路、12V稳压电路、VCC稳压电路分别向无线网桥、网络摄像机、微控制器及通讯电路供电；所述电压电流取样电路包括光伏电流取样电路、光伏电压取样电路、蓄电池电流取样电路、蓄电池电压取样电路、负载电流取样电路和负载电压取样电路；所述光伏电流取样电路采用电流取样电阻R4，光伏电压取样电路采用电压取样电阻R5、R6，所述蓄电池电流取样电路采用电流取样电阻R12，蓄电池电压取样电路采用电压取样电阻R7、R8，所述负载电流取样电路采用电流取样电阻R1，所述负载电压取样电路采用电压取样电阻R2、R3；所述微控制器及通讯电路采用P89LPC936微控制器和485电平转换芯片MAX3072。

所述电压电流检测电路包括光伏电流检测电路、光伏电压检测电路、蓄电池电流检测电路、蓄电池电压检测电路、负载电流检测电路和负载电压检测电路，所述光伏电流检测电路包括芯片U6，其1、8脚接电流取样电阻R4的两端，其3脚悬空，其4、6脚接地，其5脚与跟随器U9A的正相输入端相连，跟随器U9A的反相输入端与其输出端相连，跟随器U9A的输出端与P89LPC936微控制器的4脚相连；所述光伏电压检测电路包括跟随器U9B，其正相输入端接在电压取样电阻R5、R6之间，其反相输入端与其输出端相连，其输出端接P89LPC936微控制器的1脚；所述蓄电池电流检测电路包括芯片U7，其1、8脚接电流取样电阻R12的两端，其3脚悬空，其4、6脚接地，其5脚与跟随器U10A的正相输入端相连，跟随器U10A的反相输入端与其输出端相连，跟随器U10A的输出端与P89LPC936微控制器的3脚相连；所述蓄电池电压检测电路包括跟随器U10B，其正相输入端接在电压取样电阻R7、R8之间，其反相输入端与其输出端相连，其输出端接P89LPC936微控制器的26脚；所述负载电流检测电路包括芯片U8，其1、8脚接电流取样电阻R1的两端，其3脚悬空，其4、6脚接地，其5脚与跟随器U11A的正相输入端相连，跟随器U11A的反相输入端与其输出端相连，跟随器U11A的输出端与P89LPC936微控制器的2脚相连；所述负载电压检测电路包括跟随器U11B，其正相输入端接在电压取样电阻R2、R3之间，其反相输入端与其输出端相连，其输出端接P89LPC936微控制器的25脚。

所述P89LPC936微控制器的4、3、2、1、26、25脚接电压电流检测电路的输出端，其27脚与蓄电池充电控制电路的输入端相连，其21、6、22、23、7脚作为程序下载接口，其11、12、13、14、15、16脚作为备用通讯接口；

其18、28、17脚分别与485电平转换芯片MAX3072的1、2、4脚相连，485电平转换芯片MAX3072的2、3脚相连，485电平转换芯片MAX3072的6、7脚作为485接口与网络摄像机相连。

所述蓄电池充电控制电路由MOS管Q1、滤波电容C7、C8、C9、C10、滤波电感L1和续流二极管D3组成，MOS管Q1的漏极分别与滤波电容C7、电流取样电阻R4的一端、二极管D2的阳极相连，电流取样电阻R4的另一端分别与电压取样电阻R5、光伏电池输入端子J_PV的1脚、二极管D1的阳极相连，滤波电容C8与滤波电容C7并联，电压取样电阻R5的另一端通过电压取样电阻R6接光伏电池输入端子J_PV的2脚，MOS管Q1的源极分别与滤波电感L1的一端、续流二极管D3的阴极相连，续流二极管D3的阳极接地，滤波电感L1的另一端与滤波电容C9的一端相连，滤波电容C9的另一端接地；所述VCC稳压电路由三端稳压源U4和滤波电容C11、C12、C13、C14组成，所述三端稳压源U4的输入端分别与二极管D4、D5阴极相连，二极管D4的阴极通过滤波电容C11接地，二极管D5的阴极通过滤波电容C12接地，二极管D4的阳极与MOS管Q1的漏极相连，二极管D5的阳极分别与蓄电池连接端子J_BAT、电流取样电阻R12的一端相连，电流取样电阻R12的另一端与电压取样电阻R7的一端相连，电压取样电阻R7的另一端通过电压取样电阻R8接地，三端稳压源U4的输出端与滤波电容C13的一端相连，滤波电容C14与滤波电容C13并联且共地。

所述24V稳压电路由三端稳压源U2和滤波电容C1、C2、C3、C4组成，所述12V稳压电路由三端稳压源U3和滤波电容C1、C2、C5、C6组成，所述三端稳压源U2的输入端分别与滤波电容C2的一端、三端稳压源U3的输入端相连，电压取样电阻R2、R3串联后与滤波电容C1、C2并联且共地，电压取样电阻R2的一端与电流取样电阻R1的一端相连，电压取样电阻R3的另一端接地，电流取样电阻R1的另一端分别与二极管D1、D2的阴极相连，所述三端稳压源U2的输出端分别与滤波电容C3、C4、24V电源输出端子J_24V相连，滤波电容C3、C4、24V电源输出端子J_24V三者共地；所述三端稳压源U3的输出端分别与滤波电容C5、C6、12V电源输出端子J_12V相连，滤波电容C5、C6、12V电源输出端子J_12V三者共地。

由上述技术方案可知，本发明直接进行直流供电，省去了功耗非常大的逆变、整流、稳压环节，使得***的自耗大大降低，在同样的光伏和储能设计容量下，供电时间大幅度提升；在光伏电池发电时，能够获取光伏电能保证光伏电池对网络摄像机和无线网桥供电，同时对蓄电池进行充电；在光伏电池不能发电时，将储存在蓄电池中的电能无须逆变地供应给网络摄像机；还能根据监控计算机的指令将光电池、蓄电池和设备的电压、电流，光电池的累计发电量、蓄电池的剩余电量等通过485接口发出。

附图说明

图1为现有无线摄像监控用光伏供电***的电路框图。

图2为本发明的电路框图。

图3、4、5、6、7、8、9、10分别为本发明中主电路、光伏电流检测电路、光伏电压检测电路、蓄电池电流检测电路、蓄电池电压检测电路、负载电流检测电路、负载电压检测电路、微控制器及通讯电路的电路原理图。

图11为本发明的方法流程图。

图12为本发明的串口中断服务的方法流程图。

具体实施方式

一种摄像监控用光伏电源控制装置，该装置由主电路10、电压电流检测电路20、微控制器及通讯电路30组成，主电路10的第一输入端与光伏电池的输出端相连，主电路10的输出端与电压电流检测电路20的输入端相连，电压电流检测电路20的输出端与微控制器及通讯电路30的输入端相连，微控制器及通讯电路30的输出端与主电路10的第二输入端相连，主电路10向蓄电池充电，微控制器及通讯电路30依次通过网络摄像机、无线网桥与监控计算机双向通讯，如图2所示。

如图2、3、10所示，所述主电路10由电压电流取样电路、蓄电池充电控制电路11、24V稳压电路、12V稳压电路、VCC稳压电路组成，所述电压电流取样电路的输出端与电压电流检测电路20的输入端相连，所述微控制器及通讯电路30的输出端与蓄电池充电控制电路11的输入端相连，所述24V稳压电路、12V稳压电路、VCC稳压电路分别向无线网桥、网络摄像机、微控制器及通讯电路30供电；所述电压电流取样电路包括光伏电流取样电路、光伏电压取样电路、蓄电池电流取样电路、蓄电池电压取样电路、负载电流取样电路和负载电压取样电路；所述光伏电流取样电路采用电流取样电阻R4，光伏电压取样电路采用电压取样电阻R5、R6，所述蓄电池电流取样电路采用电流取样电阻R12，蓄电池电压取样电路采用电压取样电阻R7、R8，所述负载电流取样电路采用电流取样电阻R1，所述负载电压取样电路采用电压取样电阻R2、R3；所述微控制器及通讯电路30采用P89LPC936微控制器和485电平转换芯片MAX3072。

如图3所示，所述蓄电池充电控制电路11由MOS管Q1、滤波电容C7、C8、C9、C10、滤波电感L1和续流二极管D3组成，MOS管Q1的漏极分别与滤波电容C7、电流取样电阻R4的一端、二极管D2的阳极相连，电流取样电阻R4的另一端分别与电压取样电阻R5、光伏电池输入端子J_PV的1脚、二极管D1的阳极相连，滤波电容C8与滤波电容C7并联，电压取样电阻R5的另一端通过电压取样电阻R6接光伏电池输入端子J_PV的2脚，MOS管Q1的源极分别与滤波电感L1的一端、续流二极管D3的阴极相连，续流二极管D3的阳极接地，滤波电感L1的另一端与滤波电容C9的一端相连，滤波电容C9的另一端接地。所述VCC稳压电路由三端稳压源U4和滤波电容C11、C12、C13、C14组成，所述三端稳压源U4的输入端分别与二极管D4、D5阴极相连，二极管D4的阴极通过滤波电容C11接地，二极管D5的阴极通过滤波电容C12接地，二极管D4的阳极与MOS管Q1的漏极相连，二极管D5的阳极分别与蓄电池连接端子J_BAT、电流取样电阻R12的一端相连，电流取样电阻R12的另一端与电压取样电阻R7的一端相连，电压取样电阻R7的另一端通过电压取样电阻R8接地，三端稳压源U4的输出端与滤波电容C13的一端相连，滤波电容C14与滤波电容C13并联且共地。二极管D1、D2构成光伏或蓄电池供电电路，即光伏电压高于蓄电池电压时，光伏供电，否则蓄电池供电；二极管D4、D5构成光伏或蓄电池对三端稳压源U4供电，即光伏电压高于蓄电池电压时，光伏供电，否则蓄电池供电。

如图3所示，所述24V稳压电路由三端稳压源U2和滤波电容C1、C2、C3、C4组成，所述12V稳压电路由三端稳压源U3和滤波电容C1、C2、C5、C6组成，所述三端稳压源U2的输入端分别与滤波电容C2的一端、三端稳压源U3的输入端相连，电压取样电阻R2、R3串联后与滤波电容C1、C2并联且共地，电压取样电阻R2的一端与电流取样电阻R1的一端相连，电压取样电阻R3的另一端接地，电流取样电阻R1的另一端分别与二极管D1、D2的阴极相连，所述三端稳压源U2的输出端分别与滤波电容C3、C4、24V电源输出端子J_24V相连，滤波电容C3、C4、24V电源输出端子J_24V三者共地；所述三端稳压源U3的输出端分别与滤波电容C5、C6、12V电源输出端子J_12V相连，滤波电容C5、C6、12V电源输出端子J_12V三者共地。MOS管Q1的驱动电路以U6为核心，由电容C15及电阻R9、R10、R11组成。

如图4、5所示，所述电压电流检测电路20包括光伏电流检测电路21、光伏电压检测电路22、蓄电池电流检测电路23、蓄电池电压检测电路24、负载电流检测电路25和负载电压检测电路26，所述光伏电流检测电路21包括芯片U6，其1、8脚接电流取样电阻R4的两端，其3脚悬空，其4、6脚接地，其5脚与跟随器U9A的正相输入端相连，跟随器U9A的反相输入端与其输出端相连，跟随器U9A的输出端与P89LPC936微控制器的4脚相连；所述光伏电压检测电路22包括跟随器U9B，其正相输入端接在电压取样电阻R5、R6之间，其反相输入端与其输出端相连，其输出端接P89LPC936微控制器的1脚。芯片U6为光伏电流取样信号放大电路，放大后的信号经过跟随器U9A后送微控制器的ADC1脚；光伏电压取样信号经过跟随器U9B后送微控制器的ADC2脚。

如图6、7所示，所述蓄电池电流检测电路23包括芯片U7，其1、8脚接电流取样电阻R12的两端，其3脚悬空，其4、6脚接地，其5脚与跟随器U10A的正相输入端相连，跟随器U10A的反相输入端与其输出端相连，跟随器U10A的输出端与P89LPC936微控制器的3脚相连；所述蓄电池电压检测电路24包括跟随器U10B，其正相输入端接在电压取样电阻R7、R8之间，其反相输入端与其输出端相连，其输出端接P89LPC936微控制器的26脚。芯片U7为蓄电池电流取样信号放大电路，放大后的信号经过跟随器U10A后送微控制器的ADC3脚；蓄电池电压取样信号经过跟随器U10B后送微控制器的ADC4脚。

如图8、9所示，所述负载电流检测电路25包括芯片U8，其1、8脚接电流取样电阻R1的两端，其3脚悬空，其4、6脚接地，其5脚与跟随器U11A的正相输入端相连，跟随器U11A的反相输入端与其输出端相连，跟随器U11A的输出端与P89LPC936微控制器的2脚相连；所述负载电压检测电路26包括跟随器U11B，其正相输入端接在电压取样电阻R2、R3之间，其反相输入端与其输出端相连，其输出端接P89LPC936微控制器的25脚。芯片U8为负载电流取样信号放大电路，放大后的信号经过跟随器U11A后送微控制器的ADC5脚；负载电压取样信号经过跟随器U11B后送微控制器的ADC6脚。

如图10所示，所述P89LPC936微控制器的4、3、2、1、26、25脚接电压电流检测电路20的输出端，其27脚与蓄电池充电控制电路11的输入端相连，其21、6、22、23、7脚作为程序下载接口，其11、12、13、14、15、16脚作为备用通讯接口，其18、28、17脚分别与485电平转换芯片MAX3072的1、2、4脚相连，485电平转换芯片MAX3072的2、3脚相连，485电平转换芯片MAX3072的6、7脚作为485接口与网络摄像机相连。U1为微控制器的核心，ADC1-ADC6为电压电流检测检测信号AD转换的输入端；PWM为Q1控制信号输出端；U3为485电平转换器，将U1端口RXD、TXD输出的信号进行转换，U1端口ICA为收发控制端；J_485为与网络摄像机连接的接口；J_P为程序下载接口；J_I2C为备用通讯接口；其他均为备用端口。

如图11所示，本方法包括：(1)上电初始化；(2)电压电流检测电路20分别检测光伏、蓄电池、负载的电压与电流，微控制器及通讯电路30计算光伏累计发电量和蓄电池剩余电量；(3)微控制器及通讯电路30判断光伏电池能否正常发电，若光伏电池能正常发电，则控制蓄电池充电控制电路11中的MOS管Q1对蓄电池进行充电；否则，进入第五步；(4)判断蓄电池充电是否完成，若蓄电池充电完成则进入下一步，否则返回第二步；(5)控制蓄电池充电控制电路11中的MOS管Q1关断，返回第二步。

如图12所示，当接到485串口发来的监控计算机下发的中断请求后，响应中断执行相应命令，步骤如下：(1)保护现场；(2)若中断请求为要求发送光伏电压电流命令，则发送光伏电压电流；若中断请求为要求发送蓄电池电压电流命令，则发送蓄电池电压电流；若中断请求为要求发送负载电压电流命令，则发送负载电压电流；若中断请求为要求发送光伏累计发电量命令，则发送光伏累计发电量；若中断请求为要求发送蓄电池剩余电量命令，则发送蓄电池剩余电量；(3)恢复现场，返回。计算机在哪里被中断，则完成中断任务后返回到哪里。

综上所述，本发明直接进行直流供电，省去了功耗非常大的逆变、整流、稳压环节，使得***的自耗大大降低，在同样的光伏和储能设计容量下，供电时间大幅度提升；在光伏电池发电时，能够获取光伏电能保证光伏电池对网络摄像机和无线网桥供电，同时对蓄电池进行充电；在光伏电池不能发电时，将储存在蓄电池中的电能无须逆变地供应给网络摄像机；还能根据监控计算机的指令将光电池、蓄电池和设备的电压、电流，光电池的累计发电量、蓄电池的剩余电量等通过485接口发出。

Claims (3)

1.一种摄像监控用光伏电源控制装置，其特征在于：该装置由主电路、电压电流检测电路、微控制器及通讯电路组成，主电路的第一输入端与光伏电池的输出端相连，主电路的输出端与电压电流检测电路的输入端相连，电压电流检测电路的输出端与微控制器及通讯电路的输入端相连，微控制器及通讯电路的输出端与主电路的第二输入端相连，主电路向蓄电池充电，微控制器及通讯电路依次通过网络摄像机、无线网桥与监控计算机双向通讯；

所述主电路由电压电流取样电路、蓄电池充电控制电路、24V稳压电路、12V稳压电路、VCC稳压电路组成，所述电压电流取样电路的输出端与电压电流检测电路的输入端相连，所述微控制器及通讯电路的输出端与蓄电池充电控制电路的输入端相连，所述24V稳压电路、12V稳压电路、VCC稳压电路分别向无线网桥、网络摄像机、微控制器及通讯电路供电；所述电压电流取样电路包括光伏电流取样电路、光伏电压取样电路、蓄电池电流取样电路、蓄电池电压取样电路、负载电流取样电路和负载电压取样电路；所述光伏电流取样电路采用电流取样电阻R4，光伏电压取样电路采用电压取样电阻R5、R6，所述蓄电池电流取样电路采用电流取样电阻R12，蓄电池电压取样电路采用电压取样电阻R7、R8，所述负载电流取样电路采用电流取样电阻R1，所述负载电压取样电路采用电压取样电阻R2、R3；所述微控制器及通讯电路采用P89LPC936微控制器和485电平转换芯片MAX3072；

所述蓄电池充电控制电路由MOS管Q1、滤波电容C7、C8、C9、C10、滤波电感L1和续流二极管D3组成，MOS管Q1的漏极分别与滤波电容C7、电流取样电阻R4的一端、二极管D2的阳极相连，电流取样电阻R4的另一端分别与电压取样电阻R5、光伏电池输入端子J_PV的1脚、二极管D1的阳极相连，滤波电容C8与滤波电容C7并联，电压取样电阻R5的另一端通过电压取样电阻R6接光伏电池输入端子J_PV的2脚，MOS管Q1的源极分别与滤波电感L1的一端、续流二极管D3的阴极相连，续流二极管D3的阳极接地，滤波电感L1的另一端与滤波电容C9的一端相连，滤波电容C9的另一端接地；所述VCC稳压电路由三端稳压源U4和滤波电容C11、C12、C13、C14组成，所述三端稳压源U4的输入端分别与二极管D4、D5阴极相连，二极管D4的阴极通过滤波电容C11接地，二极管D5的阴极通过滤波电容C12接地，二极管D4的阳极与MOS管Q1的漏极相连，二极管D5的阳极分别与蓄电池连接端子J_BAT、电流取样电阻R12的一端相连，电流取样电阻R12的另一端与电压取样电阻R7的一端相连，电压取样电阻R7的另一端通过电压取样电阻R8接地，三端稳压源U4的输出端与滤波电容C13的一端相连，滤波电容C14与滤波电容C13并联且共地。

2.根据权利要求1所述的摄像监控用光伏电源控制装置，其特征在于：所述P89LPC936微控制器的4、3、2、1、26、25脚接电压电流检测电路的输出端，其27脚与蓄电池充电控制电路的输入端相连，其21、6、22、23、7脚作为程序下载接口，其11、12、13、14、15、16脚作为备用通讯接口，其18、28、17脚分别与485电平转换芯片MAX3072的1、2、4脚相连，485电平转换芯片MAX3072的2、3脚相连，485电平转换芯片MAX3072的6、7脚作为485接口与网络摄像机相连。

3.根据权利要求1所述的摄像监控用光伏电源控制装置，其特征在于：所述24V稳压电路由三端稳压源U2和滤波电容C1、C2、C3、C4组成，所述12V稳压电路由三端稳压源U3和滤波电容C1、C2、C5、C6组成，所述三端稳压源U2的输入端分别与滤波电容C2的一端、三端稳压源U3的输入端相连，电压取样电阻R2、R3串联后与滤波电容C1、C2并联且共地，电压取样电阻R2的一端与电流取样电阻R1的一端相连，电压取样电阻R3的另一端接地，电流取样电阻R1的另一端分别与二极管D1、D2的阴极相连，所述三端稳压源U2的输出端分别与滤波电容C3、C4、24V电源输出端子J_24V相连，滤波电容C3、C4、24V电源输出端子J_24V三者共地；所述三端稳压源U3的输出端分别与滤波电容C5、C6、12V电源输出端子J_12V相连，滤波电容C5、C6、12V电源输出端子J_12V三者共地。