CN206164930U - 一种太阳能路灯的智能控光装置 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能路灯的智能控光装置，包括太阳能板、蓄电池、LED驱动器和LED路灯构成的供电回路，以及控制器、MOS管和使用环境传感器，所述控制器设有电压采集端口和PWM输出端口，所述电压采集端口在蓄电池和LED驱动器之间接入所述供电回路并采集蓄电池的电压，所述PWM输出端口通过MOS管与LED路灯连接，所述使用环境传感器与控制器的对应采集端口连接。通过采集蓄电池的电压、环境光照强度、声控信号、红外探测信号，建立模型，控制器通过控制PWM输出的占空比来控制路灯的输出功率，达到在特定场景条件下降低路灯照度的目的，以节约蓄电池的电量，保证路灯的持续照明时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能路灯的智能控光装置。
背景技术
太阳能是取之不尽，用之不竭，清洁无污染并可再生的绿色环保能源。利用太阳能发电，无可比拟的清洁性、高度的安全性、能源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其他常规能源所不具备的优点，光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源。
太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池（胶体电池）储存电能，超高亮LED灯具作为光源，用于代替传统公用电力照明的路灯。无需铺设线缆、无需交流供电、不产生电费；采用直流供电、控制；具有稳定性好、寿命长、发光效率高，安装维护简便、安全性能高、节能环保、经济实用等优点。可广泛应用于城市主、次干道、小区、工厂、旅游景点、停车场等场所。
目前美丽乡村建设、偏远地区公路***普遍采用太阳能路灯***，通常每天晚上需要工作10小时到12小时，晚上7点太阳能路灯开始工作，早上7点关闭。但是在众多太阳能路灯实际应用中，很多地方的太阳能路灯不能满足正常照明需要，尤其在阴雨天更为突出。多数路灯到凌晨12点路灯由于电量不足开始不工作，如果遇上连续的阴天，雨天，季节性光照不足的情况下，路灯晚上10点左右开始不工作。而且路灯工作一段时间，由于太阳能板上的灰尘，和太阳能板自身的因素，导致太阳能板光电转换效率降低，路灯工作的时间也会变短。
从技术上分析，12V100W的路灯、100W的输出功率、工作5小时，理论上消耗的电量为41.6AH；工作20个小时，理论上消耗的电量为166.67AH。由于整个***需要工作，实际上消耗的电量要大于166.67AH。而166.67AH蓄电池体积很大，成本也很高，用在新农村建设、偏远地区公路***是不现实的。
发明内容
鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的目前太阳能路灯工作时间太短，不能满足正常照明需要，加大蓄电池容量等部件规格又造成成本增高的问题，本实用新型提出一种太阳能路灯的智能控光装置，包括太阳能板、蓄电池、LED驱动器和LED路灯构成的供电回路，以及控制器、MOS管和使用环境传感器，所述控制器设有电压采集端口和PWM输出端口，所述电压采集端口在蓄电池和LED驱动器之间接入所述供电回路并采集蓄电池的电压，所述PWM输出端口通过MOS管与LED路灯连接，所述使用环境传感器与控制器的对应采集端口连接。
在根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置中，优选地，在蓄电池和LED驱动器之间设有保险丝。
在根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置中，优选地，所述环境传感器包括第一光敏传感器，所述第一光敏传感器与控制器上设置的第一光敏传感器输入端口连接。
在根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置中，优选地，所述环境传感器还包括第二光敏传感器，所述第二光敏传感器与控制器上设置的第二光敏传感器输入端口连接。
在根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置中，优选地，所述环境传感器包括声控传感器，所述声控传感器与控制器上设置的声控传感器输入端口连接。
在根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置中，优选地，所述环境传感器包括红外传感器，所述红外传感器与控制器上设置的红外传感器输入端口连接。
在根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置中，优选地，所述LED驱动器为恒压恒流驱动器。
在采取本实用新型提出的技术后，根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置，通过采集蓄电池的电压、环境光照强度、声控信号、红外探测信号，建立模型，控制器通过控制PWM输出的占空比来控制路灯的输出功率，达到在特定场景条件下降低路灯照度的目的，以节约蓄电池的电量，保证路灯的持续照明时间。
在采取本实用新型提出的技术后，根据本实用新型实施例的太阳能路灯的智能控光装置，提高了路灯的使用效率，解决了目前太阳能路灯在蓄电池容量合理的情况下，太阳能板长期使用导致光电转换效率下降，或者连续阴天、雨天，季节性的光照不足导致蓄电池电量不足时能够支撑路灯持续工作的问题，能够保证太阳能路灯持续照亮预定的工作时间，满足正常照明需要，同时也节约了安装和使用成本。
附图说明
图1示出了根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置示意图
附图标记说明
蓄电池1
保险丝11
LED驱动器2
LED路灯3
控制器4
电压采集端口41
PWM输出端口42
第一光敏传感器输入端口43
第二光敏传感器输入端口44
声控传感器输入端口45
红外传感器输入端口46
MOS管5
环境传感器6
第一光敏传感器61
第二光敏传感器62
声控传感器63
红外传感器64
具体实施方式
下面将参照附图对本实用新型的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本实用新型的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本实用新型的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。
首先，将参照图1描述根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置。
如图1所示，一种太阳能路灯的智能控光装置，包括太阳能板、蓄电池1、LED驱动器2和LED路灯3构成的供电回路，以及控制器4、MOS管5和使用环境传感器6，所述控制器4设有电压采集端口41和PWM输出端口42，所述电压采集端口41在蓄电池1和LED驱动器2之间接入所述供电回路并采集蓄电池1的电压，所述PWM输出端口42通过MOS管5与LED路灯3连接，所述使用环境传感器6与控制器4的对应采集端口连接。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置，所述环境传感器6包括第一光敏传感器61，所述第一光敏传感器61与控制器4上设置的第一光敏传感器输入端口43连接。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置，所述环境传感器6还包括第二光敏传感器62，所述第二光敏传感器62与控制器4上设置的第二光敏传感器输入端口44连接。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置，所述环境传感器6包括声控传感器63，所述声控传感器63与控制器4上设置的声控传感器输入端口45连接。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置，所述环境传感器6包括红外传感器64，所述红外传感器64与控制器4上设置的红外传感器输入端口46连接。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置，所述LED驱动器2为恒压恒流驱动器。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置，在蓄电池1和LED驱动器2之间设有保险丝11。
下面，将结合上述智能控光装置描述根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光方法。
一种采用上述太阳能路灯的智能控光装置的智能控光方法，控制器4通过电压采集端口41采集蓄电池1的电压，环境传感器6获得的环境参数通过对应采集端口传送至控制器4，控制器4根据预先设定的算法模型计算在满足设定的持续工作时间条件下需要的占空比，控制器4根据所需占空比的变化通过PWM输出端口42调制MOS管5栅极的偏置，LED路灯3根据MOS管5的导通变化调整输出功率及亮度。
为了实现以上控光方法，需要预先建立算法模型。对模型进行简单化处理，有如下假设。
假设太阳能路灯使用12.6V锂电池，工作电压区间是12.6V到9.6V，12.6V时，锂电池的容量为额定电量aAH；9.6V时，锂电池的电量为0。假设锂电池的电量和电压成一次线性关系。
假设太阳能路灯额定工作电压为12V，额定功率为bW；假设锂电池电量为变量y；在任何电压下，路灯都能持续工作n小时；假设x为控制器采集到的锂电池电压值；假设路灯输出功率为变量Z；假设控制器输出的占空比为变量τ。
通过换算，电量y和电压x的关系如下：
Y=a/3（x-9.6）
路灯输出功率Z、电量y、路灯持续工作n小时之间的关系如下：
Z=12/n · y
电量y、电压x、路灯持续工作n小时之间的关系如下：
Z=12a/3n ·（x-9.6）
占空比τ、电压x、路灯持续工作n小时之间的关系如下：
τ=12a/3bn ·（x-9.6）
通过上述模型，可以在任何电压下，通过调整PWM输出的占空比，都能保证路灯在该电压下能持续工作n小时，实际上在路灯工作的同时，锂电池电压不断降低。通过设置n的值，控制输出功率来改变锂电池电压变化的速度，理论上路灯可以永远处于工作状态，只是亮度缓慢降低。
以上是根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯总体而言的智能控光方法，下面针对不同的环境条件分别描述不同情况下的具体控光方法。
在不同季节的不同时间，由于季节性因素，白天光照时间长短不一样，如果统一晚上7点路灯开始工作，就会造成能源浪费，例如夏天时7点完全不需要路灯。这样就需要对环境光照强度进行控制，保持在一定的范围，通过光敏传感器采集环境光照强度，控制器进行处理，控制路灯的输出功率来保证环境光照强度在指定的范围，以节约蓄电池的电量。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光方法，所述环境传感器6获得的环境参数为第一光敏传感器61和/或第二光敏传感器62获得的环境光照强度，所述控制器4根据预先设定的算法模型计算在满足设定的持续工作时间条件下需要的占空比进一步包括，预先设定第一光照强度设定值和第二光照强度设定值，预先设定比较时间间隔，预先设定占空比设定比例，对接收到的光照强度数据进行开关量处理，在每一个比较时间间隔内对比接收到的光照强度和光照强度设定值的大小，若接收到的光照强度大于第一光照强度设定值时，将占空比减小至占空比设定比例，若接收到的光照强度小于第二光照强度设定值时，将占空比增大至占空比设定比例。
对光照传感器数据进行开关量处理，间隔一定的时间当光照强度高于设定值C时，占空比减小为设置比例α；低于设定值D时，占空比增大到设定比例α。其算法模型如下：
τ=12a/3bn ·（x-9.6）·α（0≤α≤1）
在很多情况下，例如美丽乡村建设、偏远地区公路***的情况下，道路行人数量较少，路灯不需要每个时刻处于较高亮度。在没有行人和行车时控制路灯保持在较低亮度，通过声控传感器和/或红外探测仪，检测到有物体时，控制路灯有较高亮度输出，这样就可以节约蓄电池的电量。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光方法，所述环境传感器6获得的环境参数为声控传感器63获得的声控信号，所述控制器4根据预先设定的算法模型计算在满足设定的持续工作时间条件下需要的占空比进一步包括，预先设定信号保持时间值，预先设定占空比设定比例，统计声控信号保持时间，若接收到的声控信号保持时间大于或等于预先设定的信号保持时间值时，将占空比减小至占空比设定比例。
作为根据本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光方法，所述环境传感器6获得的环境参数为红外传感器64获得的红外探测信号，所述控制器4根据预先设定的算法模型计算在满足设定的持续工作时间条件下需要的占空比进一步包括，预先设定信号保持时间值，预先设定占空比设定比例，统计红外探测信号保持时间，若接收到的红外探测信号保持时间大于或等于预先设定的信号保持时间值时，将占空比减小至占空比设定比例。
对红外探测仪或者声控传感器未检测到移动物体时，保持一段时间，占空比减小为设定比例β，其算法模型如下：
τ=12a/3bn ·（x-9.6）·α·β（0≤α≤1，0≤β≤1）
根据上述本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置及其方法，通过采集蓄电池的电压、环境光照强度、声控信号、红外探测信号，建立模型，控制器通过控制PWM输出的占空比来控制路灯的输出功率，达到在特定场景条件下降低路灯照度的目的，以节约蓄电池的电量，保证路灯的持续照明时间。
根据上述本实用新型一个实施例的太阳能路灯的智能控光装置及其方法，提高了路灯的使用效率，解决了目前太阳能路灯在蓄电池容量合理的情况下，太阳能板长期使用导致光电转换效率下降，或者连续阴天、雨天，季节性的光照不足导致蓄电池电量不足时能够支撑路灯持续工作的问题，能够保证太阳能路灯在预定的工作时间内持续照明，满足正常照明需要，同时也节约了安装和使用成本。
以上对本实用新型进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本实用新型可实施。当然，以上所列的情况仅为示例，本实用新型并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，根据本实用新型技术方案的其他变形或简化，都可以适当地应用于本实用新型，并且应该包括在本实用新型的范围内。
Claims (7)
1.一种太阳能路灯的智能控光装置，包括太阳能板、蓄电池（1）、LED驱动器（2）和LED路灯（3）构成的供电回路，其特征在于，具有控制器（4）、MOS管（5）和使用环境传感器（6），所述控制器（4）设有电压采集端口（41）和PWM输出端口（42），所述电压采集端口（41）在蓄电池（1）和LED驱动器（2）之间接入所述供电回路并采集蓄电池（1）的电压，所述PWM输出端口（42）通过MOS管（5）与LED路灯（3）连接，所述使用环境传感器（6）与控制器（4）的对应采集端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的智能控光装置，其特征在于，在蓄电池（1）和LED驱动器（2）之间设有保险丝（11）。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的智能控光装置，其特征在于，所述环境传感器（6）包括第一光敏传感器（61），所述第一光敏传感器（61）与控制器（4）上设置的第一光敏传感器输入端口（43）连接。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能路灯的智能控光装置，其特征在于，所述环境传感器（6）还包括第二光敏传感器（62），所述第二光敏传感器（62）与控制器（4）上设置的第二光敏传感器输入端口（44）连接。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的智能控光装置，其特征在于，所述环境传感器（6）包括声控传感器（63），所述声控传感器（63）与控制器（4）上设置的声控传感器输入端口（45）连接。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的智能控光装置，其特征在于，所述环境传感器（6）包括红外传感器（64），所述红外传感器（64）与控制器（4）上设置的红外传感器输入端口（46）连接。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯的智能控光装置，其特征在于，所述LED驱动器（2）为恒压恒流驱动器。
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