CN202197428U - 光伏照明智能控制装置 - Google Patents

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黄培
梁纯
蒲新征
吴兴华
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Abstract

本实用新型涉及照明控制技术领域，具体是一种光伏照明智能控制装置。该装置一控制器，与控制器连接的太阳能电池板，与控制器连接的蓄电池，太阳能电池板与蓄电池之间连接一充电器；控制器输出给负载供电；所述的控制器包括一单片机，与单片机连接的蓄电池电压采样模块，与蓄电池电压采样模块连接的电阻分压网络，与单片机连接用于防止蓄电池过放的输出驱动模块，与单片机连接的显示模块，与单片机连接用于调整负载工作时间长短的时钟电路模块。优点是：可以防止蓄电池过放电，延长蓄电池的使用寿命。

Description

光伏照明智能控制装置
技术领域
本实用新型涉及照明控制技术领域，具体是一种光伏照明智能控制装置。
背景技术
我国是一个太阳能资源非常丰富的国家，太阳能热利用是新能源和可再生能源中商业化程度最高、应用最普遍的技术之一。近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日益突出，人们迫切希望应用节能环保的新技术，照明***采用太阳能新技术将是大势所趋。所以改善光伏照明***的可靠性，开发性能优良的太阳能充放电控制***也成为重要的研究课题。
目前，市场上有各种各样的光伏照明灯具，但这些灯具***主要问题是可靠性不高，其原因是：控制***对于蓄电池的保护不充分而导致蓄电池的损坏。这些控制***对蓄电池的充电采取了很多有效的措施，确保蓄电池不会过充电；比如当蓄电池的电压达到充满点(密封铅酸电池为单体2.35V，固定式铅酸电池为单体2.5V)时，控制***将充电回路断开，或者采用脉宽调制的办法或多路充电的办法，随蓄电池的电压接近充满点时，充电电流逐渐减小，从而达到保护蓄电池不被过充电的目的。
但是对于防止蓄电池过放电，目前市场上的光伏照明控制***只是一点式控制，例如，德国的STECA控制器，TRISTAR充放电控制器，PSR20充放电控制器等。即在蓄电池达到过放点之前不做任何控制。目前的路灯控制***一般还具有光控开关和定时器，可以人为设定路灯的工作时间，也有将路灯的功率分档，前半夜满功率，后半夜半功率工作，但都没有通过在线检测蓄电池的剩余容量而自动调整负荷，这样仍然避免不了蓄电池的过放电，而蓄电池一旦过放电，或者强迫将负载断开，或者由于蓄电池电压过低使负载自动断电。如果蓄电池经常处于深度放电状态，不可避免缩短了蓄电池的寿命而导致整个***可靠性不高，再加上光伏照明***一次性投资较一般的照明***大，使得光伏照明***不能得到广泛的普及。
发明内容
为了解决上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种光伏照明智能控制装置，解决了光伏照明***中蓄电池的过放电。
本实用新型是以如下技术方案实现的：一种光伏照明智能控制装置，包括一控制器，与控制器连接的太阳能电池板，与控制器连接的蓄电池，太阳能电池板与蓄电池之间连接一充电器；控制器输出给负载供电；其特征在于：所述的控制器包括一单片机，与单片机连接的蓄电池电压采样模块，与蓄电池电压采样模块连接的电阻分压网络，与单片机连接用于防止蓄电池过放的输出驱动模块，与单片机连接的显示模块，与单片机连接的用于调整负载工作时间长短的时钟电路模块。
本实用新型的有益效果是：可以防止蓄电池过放电，延长蓄电池的使用寿命。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
图1是本实用新型原理框图，
图2是控制器原理框图；
图3是电源模块电路图；
图4是充电电路图；
图5是电压采集模块电路图；
图6是放电控制模块电路图；
图7是交流灯控制模块电路图；
图8是时钟电路模块电路图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种光伏照明智能控制装置，包括一控制器，与控制器连接的太阳能电池板，与控制器连接的蓄电池，太阳能电池板与蓄电池之间连接一充电器；控制器输出给负载供电；所述的控制器包括一单片机，与单片机连接的蓄电池电压采样模块，与蓄电池电压采样模块连接的电阻分压网络，与单片机连接用于防止蓄电池过放的输出驱动模块，与单片机连接的显示模块，与单片机连接的用于调整负载工作时间长短的时钟电路模块。
本实施例的单片机采用单片机STC89C52RC，该单片机的内部资源：集成8位CPU、8K字节ROM、512字节RAM、2KEEPROM、4个8位并口、1个全双工串行口、3个16位定时/计数器、有看门狗和ISP/IAP功能。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。
UC3906可构成双电平浮充充电器，充电过程可以分为三个充电状态，分别是大电流恒流充电状态、过充电状态和浮充电状态。输入电源开通时，蓄电池电压很低，充电器以很小的电流给蓄电池充电。当蓄电池电压升高到启动电压VT时，以IMAX恒流充电；蓄电池电压继续升高，当电压达到V12(V12＝0.95·VOC)，进入了过充电状态；蓄电池电压达到过充电压时，充电电流逐渐减小，减小到IOCT(IOCT＝IMAX/10)时，进入了浮充电状态。在浮充电状态时，蓄电池放电，蓄电池电压随之下降，当蓄电池电压低于V31(V31＝0.9.VF)时，充电器又进入第一种充电状态，大电流恒流充电状态。
如图4所示，蓄电池通过LM317和LM7805，能为***提供两种电压+10V和+5V，+10V的电压主要用来驱动功率MOS管，而+5V的电压供***中的芯片使用。
如图5所示，蓄电池电压采样模块采用电压-频率变换器LM311，电压-频率变换器LM311的7脚通过电阻分压网路与蓄电池连接。电压-频率变换器LM331构成V/F转换器来实现A/D转换，采样蓄电池的电压。电压-频率变换器LM331把蓄电池的电压信号转变成与电压信号大小相对应的一定频率的方波信号，检测频率信号即可知道蓄电池的电压的大小，从蓄电池的电压与蓄电池剩余容量的关系来确定蓄电池剩余容量。
当输入端Vin，即第7脚，输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R-S触发器置位，Q输出高电平，输出驱动管导通，输出端即第三脚fout为逻辑低电平，同时，电流开关打向右边，电流源IS对电容CL充电。此时由于复零晶体管截止，电源VCC也通过电阻Rt对电容Ct充电。当电容Ct两端充电电压大于Vcc的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R-S触发器复位，Q输出低电平，输出驱动管截止，输出端fout为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容Ct通过复零晶体管迅速放电；电流开关打向左边，电容CL对电阻RL放电。当电容CL放电电压等于输入电压Vin时，输入比较器再次输出高电平，使R-S触发器置位，如此反复循环，构成自激振荡。
利用电压-频率变换器LM331来构成V/F转换器，它与单片机接口有以下特点：
接口简单、占用单片机硬件资源少；频率信号可输入单片机一根I/O口线或作为中断源即计数输入等。
抗干扰性能好；用V/F转换器实现A/D转换，就是频率技术过程，相当于在计数时间内对频率信号进行积分，因而有较强的抗干扰能力。另外，可采用光电耦合器连接V/F转换器与单片机之间的通道，实现光电隔离，便于远距离传输。可通过调制进行无线传输或光传输。
如图6输出驱动模块包括放电控制模块和交流灯控制模块。放电控制模块采用MOFFET管IRF3205作为控制开关，TLP250为驱动电路；TLP250与单片机连接。IRF3205是N沟道的MOFFET管，具有小的导通电阻RON＝8m，最大通态电流ID＝110A(条件温度25度，VGS＝10V)，VDD＝55V，开关速度快，具有很好的开关性能。TLP250作为驱动MOSFET的电路，此光耦驱动芯片能向MOSFET栅极提供需要的栅荷来保证器件的开关性能，实现了主电路与控制电路间的电隔离，具有较强的抗干扰能力。但是，光耦器的开关速度对驱动电路性能有较大的影响，必须合理选择。
放电控制模块如图6所示，放电控制端给出高电平时，三极管S9013导通，TLP250输出高电平，IRF3205的栅源电压被箝位于10V，此时，MOSTET导通，蓄电池向负载供电，相反，放电控制端给出低电平时，三极管截止，TLP250的6和7脚输出低电平，IRF3205的栅源电压小于阀值电压，MOSFET不能导通，相当于开关处于断开状态。蓄电池不能向负载供电。
如图7所示，采用BT134双向可控硅作为交流灯控制电路的控制开关，此管能承受的最大导通电流为4A，最大反向电压为交流400V，完全满足***的要求。
光耦合双向可控硅驱动器MOC3021是一种单片机输出与双向可控硅之间较为理想的接口器件，MOC系列光耦器件，非但具有隔离功能，而且还可也用于输出通道作为开关元件使用。控制电路如图7所示。利用MOC3021驱动后一级的双向可控硅BT134，并且MOC3021由于采用了过零触发的集成电路，大大简化了双向晶闸管的触发结构，使得SCR的移相控制变为了实用的数字脉冲控制，MOC3021与双向可控硅实际上组成了一个完全是固态继电器，对于一些小电流，低电压负载的对象时使用而高效的，实现了无触点控制。输出通道实现了光电隔离，防止了射电干扰。
如图8所示，时钟电路为***提供时钟，路灯控制器一方面通过太阳电池的光控功能自动提供天黑、天亮的时间点。但是采用时钟电路能够为***提供更多的时间点，例如，我们可以根据时钟电路确定现在的准确时间，可以确定春、夏、秋、冬四个季节。使控制器能根据季节的变化来确定灯每晚点亮的时间，因为，冬天比夏天天黑得时间长，有了时钟电路，可以准确的根据季节的变化，来调整负载的工作时间，使路灯***设计的更为合理。另外干扰信号使***从夜晚误入白天，或者白天误入夜晚，导致单片机工作混乱，时钟电路可提供准确的时间，保证***的可靠运行。
时钟电路模块选用DALLAS的DS1307作为时钟电路。DS1307是美国DALLAS公司推出的I2C总线接口的实时时钟芯片，它可独立于CPU工作，不受CPU的主晶振及其电容的影响，且计时准确，月累计误差一般小于秒，芯片还具有主电源掉电情况下的时钟保护电路，DS1307的时钟靠后备电池维持工作，拒绝CPU对其读出和写入访问，同时还具有备用电源自动切换控制电路，因而可在主电源掉电和其他一些恶劣环境场合中保证***时钟的定时准确性。DS1307具有产生秒分时日月年等功能，有闰年自动调整功能。同时，DS1307芯片内部还集成有一定容量、具有掉电保护特性的静态RAM，可用于保存一些关键数据。
如图3所示，充电电路采用UC3906芯片，该芯片是美国TI公司生产的专门针对铅酸蓄电池充电而设计的。内部逻辑电路可以提供三种充电状态，充电时并对温度实现了跟踪补偿，精确的浮充电状态确保电池能发挥最大容量并延长了电池的使用寿命，而且只需1.6mA电流就可以正常工作，这样就大大减少芯片的功耗。

Claims (4)

1.一种光伏照明智能控制装置，包括一控制器，与控制器连接的太阳能电池板，与控制器连接的蓄电池，太阳能电池板与蓄电池之间连接一充电器；控制器输出给负载供电；其特征在于：所述的控制器包括一单片机，与单片机连接的蓄电池电压采样模块，与电压采样模块连接的电阻分压网络，与单片机连接用于防止蓄电池过放的输出驱动模块，与单片机连接的显示模块，与单片机连接用于调整负载工作时间长短的时钟电路模块。
2.根据权利要求1所述的光伏照明智能控制装置，其特征在于：所述的蓄电池电压采样模块采用电压-频率变换器LM311，电压-频率变换器LM311的7脚通过电阻分压网路与蓄电池连接。
3.根据权利要求1所述的光伏照明智能控制装置，其特征在于：所述的输出驱动模块包括放电控制模块和交流灯控制模块。
4.根据权利要求3所述的光伏照明智能控制装置，其特征在于：放电控制模块采用MOFFET管IRF3205作为控制开关，TLP250为驱动电路；TLP250与单片机连接。
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