全效全自动太阳能路灯控制系统

1.一种全效全自动太阳能路灯控制系统，它有太阳能光伏组件、负载、蓄电池组成的太阳能路灯系统及控制系统，所述的控制系统有三个输出及输入端，分别为与太阳能光伏组件连接的输入端、与负载连接的输入输出端和与蓄电池连接的输入输出端，其特征在于，所述的控制系统内部由单片机MCU、数字信号处理器DSP及外围电路组成，MCU及DSP实现对太阳能路灯系统中的光伏板、负载及蓄电池三者的电信号进行采集、运算处理，实现对太阳能路灯系统进行高电压低电流的能量采集储存控制、充放电的精确控制、连续及间歇工作时间的调控、防雷击控制以及高度节能性控制；
在太阳能光伏组件输入端口与地之间连接一个压敏电阻RT2；由电容C18、电容C19、电容C7和电感L5组成∏型滤波电路；设置肖特基二极管D5解决光伏板的防反接；
由电阻R8、电阻R9、电阻R14、MCU、DSP以及三极管T8和三极管T10组成充电电路，所述的R8并联在T10的栅极和源级之间，T10的源极与太阳能光伏组件连接，T10的栅极通过R14接T8的集电极，T8的基极通过R9与MCU的9脚相连，T10的漏极通过D5和自恢复保险丝F1与蓄电池BT1连接，T8的发射极接地；根据蓄电池的电气特性，设定充电模式并将太阳能光伏组件的弱电能进行处理并送入蓄电池进行贮存，实现对太阳能光伏组件在阴雨天状况下的能量采集与储存；
控制系统中的太阳能光伏组件输入端与蓄电池之间串联一个自恢复保险丝，并以软件实现对充电电流进行检测，双重模式保护蓄电池；
以芯片TD1507T5实现15-50 V宽电源的输入，用2个N沟道MOSFET实现同步降压，实现对太阳能光伏组件的最大功率追踪控制；
在单片机MCU及数字信号处理器DSP检测到太阳能光伏组件电压超过1V或低于1V时，即为白天关闭与黑夜启动的阈值，同时，MCU及DSP始终时刻检测太阳能光伏组件的电压、电流及蓄电池的电压和电流状况，若太阳能光伏组件的电压高于蓄电池2.5V时，即启动PWM互补脉冲，对蓄电池充电；当蓄电池充满后，立即转入恒定的27.6V电压继续对蓄电池进行绢流充电；若MCU及DSP检测到太阳能光伏组件的电压低于蓄电池电压时，即关闭太阳能光伏组件对蓄电池的充电；若MCU及DSP检测到蓄电池电压低于21V时，即关闭蓄电池对负载的输出。
2.根据权利要求1所述的全效全自动太阳能路灯控制系统，其特征在于，由电阻R13、电阻R16、电阻R26、电阻R28、电容C30、可调电阻VR2及运算放大器U3组成运放比较电路系统，R13、R16和VR2与U3的2脚组成基准电压电路，VR2随着外界温度的变化而改变阻值，从而调整浮充的基准电压以实现对蓄电池充电的温度补偿；通过R26、R28和C30组成的分压电路监测蓄电池电压，当监测到U3的3脚电压高于2脚的基准电压时则U3的1脚输出电压翻转从而触发MCU开始对蓄电池浮充充电。
3.根据权利要求1所述的全效全自动太阳能路灯控制系统，其特征在于，由电阻R15、电阻R25、电阻R27、电阻R59、电容C25、可调电阻VR1及运算放大器U3组成另一组运放比较电路系统，用于检测白天与黑夜，电容C25处理天黑零界点灯的闪烁，通过可调电阻VR1，自动调节天黑时间；R15、R59和VR1与U3的6脚组成基准电压电路，R25、R27和C25组成的分压电路监测太阳能光伏组件的电压，当监测到U3的5脚电压高于2脚的基准电压时则U3的7脚输出电压翻转从而触发MCU开启负载照明功能。
4.根据权利要求1所述的全效全自动太阳能路灯控制系统，其特征在于，由电阻R19、电阻R29、电阻R60及电容C9组成蓄电池电压检测系统，以R60和R29组成的分压电路检测蓄电池的电压，通过R19和C9与MCU读取蓄电池电压，以此电压为依据调整充电电流和对负载输出，从而达到对蓄电池的过放保护及过放恢复。
5.根据权利要求1所述的全效全自动太阳能路灯控制系统，其特征在于，采用光敏控制技术及时控技术，对太阳能路灯系统进行光控及时控的自动控制。

全效全自动太阳能路灯控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种全效全自动太阳能路灯控制系统。\n背景技术\n[0002] 太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只需阳光充足就能就地安装的特点，受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，而成为绿色环保产品。近年来，随着太阳能发电产业的迅速发展，光伏的应用领域正逐渐扩大，各种光伏新产品不断涌现。在照明灯具中，作为技术和艺术相结合的太阳能路灯，已在美国、法国、日本等发达国家得到广泛应用，在我国则处于起步阶段。\n[0003] 目前，国内用于对太阳能路灯进行控制的产品普遍存在控制精度差，节能程度低等问题。在功能实现方面缺乏对光伏组件在阴雨天、凌晨及傍晚等情况下所转换的弱电能及微弱电能进行搜集利用的技术，缺乏防雷控制电路。从而造成太阳能光伏组件的使用率及蓄电池的使用寿命始终得不到提高。同时，在同等配置的太阳能路灯系统中，由于太阳路灯控制系统产品中缺乏对蓄电池的电能进行总体精确地合理性管理，使得太阳能路灯系统在夜晚的工作时间得不到延长(即：在持续阴雨天状况下，整夜连续工作的时间)。对大功率的负载，更是难以做到对其进行精确地控制和节能。在路灯控制系统产品的大规模应用中，常规太阳能路灯系统彼此之间在夜晚开始启动工作的时间间隔差异甚大，时间间隔长达十多分钟甚至更长。对上述问题，迄今为止，未发现有相应的解决方案的公开报道。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种具有功能齐全、抗干扰性强、结构小巧、自身耗能小、全自动控制、无污染、全效节能、且能全方位的对太阳能路灯进行监测和调控，并能使工作时达到高度节能和精确控制的全效全自动太阳能路灯系统，以弥补现有技术的不足。\n[0005] 本发明的原理为：\n[0006] 本发明在于将太阳能光伏组件、蓄电池、负载及线材的所有电压、电流、及电阻数据进行采集和处理，实现对蓄电池的过充保护、过放保护、温度补偿、过放恢复、防反接，并将所采集的能量进行无损储存；对太阳能路灯系统的光源进行光控、时控、防反接保护；对太阳能光伏组件的转换能源进行全方位的采集，对太阳能路灯系统的进行防雷保护。可全方位地进行安全、节能和控制处理，使太阳能路灯系统能在极为节能和安全的状况下正常工作，从而使太阳能路灯系统的工作时间更长，工作更为稳定。系统的使用寿命更长。\n[0007] 本发明提出的全效全自动太阳能路灯控制系统是在现有技术的基础上进行发明创新。\n[0008] 本发明将太阳能路灯系统中光伏板、负载及蓄电池三者的电信号以MCU及DSP进行采样和运算处理，实现对太阳能路灯系统进行充电及放电的精确控制、连续及间歇工作时间的随机调控、防雷击控制、高电压低电流能量的采集储存控制以及高度节能性控制。具体分为：\n[0009] a.光伏板输入部分\n[0010] 在光伏板的输入端并联一个压敏电阻RT2；由C18，C19，C7和L5组成∏型滤波电路；设置D5，肖特基二极管解决光伏板防反接；\n[0011] b.充电部分\n[0012] 由R8，R9，R14，单片机MK7A22P以及T8和T10组成充电电路，充电模式根据蓄电池的电气特性设定；\n[0013] c.在蓄电池前串联自恢复保险丝，用软件对充电电流进行检测，双保险式模式保护蓄电池；\n[0014] d.电源部分\n[0015] 用TD1507T5实现15-30多V宽电源的输入；用2个N沟道MOSFET实现同步降压，对光伏组件进行最大功率追踪控制；\n[0016] e.温度补偿，过放，过放恢复\n[0017] 由R13，R16，R26，R28，C30，VR2及U3组成运放比较电路系统，实现对电池的浮充；\n而ETC电阻，结合MCU实时读取蓄电池组的温度数据，并修正蓄电池的充电电压与浮充电压的关系，解决温度补偿；\n[0018] 由R15，R25，R27，R59，C25，VR1及U3组成另外一组运放比较电路系统，用于检测白天与黑夜，电路中的两元件：C25解决天黑零界点灯闪烁问题；VR1通过调整该元件调节天黑时间，使产品人性化；\n[0019] 由R19，R29，R60，C9组成蓄电池电压检测系统，通过MCU实时监控电量的变化，控制电池对负载的输出并保护电池，实现蓄电池的过放保护及过放恢复；\n[0020] f.用光控开关灯实现对太阳能发电系统进行光控及时控的自动控制；\n[0021] g.负载保护\n[0022] 采用MCU监控模式及采样电阻实现恒流工作，保护了LED负载，延长LED负载的使用时间；\n[0023] h.采用变频技术使系统将组件所转换的能量基本无损失地集中搜集并利用；\n[0024] i系统配置中的各类材料采用纳米材料，降低系统成本并提高稳定性。\n[0025] 本发明的具体技术特点为：\n[0026] 1、具有特大功率，在光亮度相当于白炽灯150W-1000W时，每天8小时照明或整夜工作，能在连续阴雨10-15天甚至更长时间内正常工作；\n[0027] 2、具备充放电保护系统、光敏自控系统、节能控制系统、恒流操作系统、纺雷系统和时控装置系统。它能有效地节约能源，增加有效照明时间，降低太阳能发电系统的整体生产成本；\n[0028] 3、中央控制器单元采用MCU及DSP芯片，能更精准的捕获负载的所有电气参数，经过精确的控制运算处理，从而将更为准确的控制和节能指令发出，以控制整个太阳能发电系统的工作；\n[0029] 4、在大规模使用中，每个系统的启动和关闭的时间差距很小，仅在一分钟内全部启动运行。能有效地克服传统太阳能路灯因启动时差过大而产生的种种弊端。\n[0030] 5、本装置能搜集太阳能组件所转换的所有晴天及阴雨天的能源，并加以储存利用。\n附图说明\n[0031] 图1为本发明的路灯系统运行框图。\n[0032] 图2为本发明的控制系统运行框图。\n[0033] 图3为本发明输入电路图。\n[0034] 图4为本发明电源电路图。\n[0035] 图5本发明为参数设定电路图。\n[0036] 图6为本发明主控电路图。\n[0037] 图7为本发明输出电路图。\n具体实施方式\n[0038] 下面结合附图1-7对本发明作进一步的详述：\n[0039] 本发明的全效全自动太阳能路灯控制系统在现有技术的基础上研发创新。本发明的外围设备由电池组件、蓄电池及发光元件组成；具体改进部分为：\n[0040] 1、太阳能光伏组件输入部分\n[0041] 在太阳能光伏组件输入两端，并联一个RT2(压敏电阻)，防止雷击。\n[0042] C18，C19，C7和L5组成典型的∏型滤波电路，用以处理太阳能光伏组件输入电源不纯的问题，并优化了其后的充电电路。用D5-肖特基二极管防止光伏板防反接。\n[0043] 2、充电部分\n[0044] R8，R9，R14，单片机MK7A22P以及T8和T10组成充电电路，此电路可根据蓄电池的电气特性，精准的设定充电模式并将太阳能光伏组件的弱电能或微弱电能进行处理并送入蓄电池进行贮存，这样可以很好的保护蓄电池，延长其工作寿命。\n[0045] 3、在蓄电池前串联自恢复保险丝，用采用软件对充电电流进行检测，双重模式保护蓄电池。\n[0046] 4、电源部分\n[0047] 采用TD1507T5实现宽电源输入(15-30多V)，极大程度的提高了电源稳定性，并减少功耗。用2个N沟道MOSFET，实现同步降压，并实现对太阳能光伏组件进行最大功率追踪控制。使太阳能光伏组件以最大功率进行充电。同时，极大的降低了内部功率损耗。达到高度节能。\n[0048] 5、温度补偿，过放，过放恢复\n[0049] R13，R16，R26，R28，C30，VR2及U3(LM358)组成运放比较电路系统，实现对电池的浮充；用ETC电阻，并结合MCU，实时读取蓄电池组的温度数据，并修正蓄电池的充电电压与浮充电压的关系。实现温度补偿；\n[0050] 由R15，R25，R27，R59，C25，VR1及U3(LM358)组成另外一组运放比较电路系统，用于检测白天与黑夜：C25处理天黑零界点灯闪烁；通过调整VR1元件，可自动调节天黑时间。\n[0051] 用R19，R29，R60，C9组成蓄电池电压检测系统，通过MCU实时监控蓄电池的电量变化，能更准确地控制电池对负载的输出，有效的保护电池。实现对蓄电池的过放保护及过放恢复。\n[0052] 6、光控开关灯\n[0053] 采用光敏控制技术及时控技术，实现对太阳能路灯系统进行光控及时控的自动控制。\n[0054] 7、负载保护\n[0055] 采用MCU监控模式及采样电阻实现恒流工作，且精度很高：有效的保护了LED负载，更大程度地延长了负载的使用时间。\n[0056] 8、节能控制\n[0057] 采用变频技术使系统工作效率提升。同时，太阳能路灯控制系统将组件所转换的能量基本无损失地集中搜集并利用。\n[0058] 9、进一步节能\n[0059] 采用纳米材料本系统进行处理。使整个系统能在所有恶劣的天气环境下稳定地工作，且高度的节能。在同样的配置情况下，比传统的太阳能路灯更为节能，其工作时间可提高1/3，系统寿命提高1/3。因此，降低了太阳能路灯系统中的各种配件材料的使用量，如：\n组件、蓄电池，从而降低了太阳能路灯系统的成本。\n[0060] 本发明系统的工作为：\n[0061] 本全效全自动太阳能路灯控制系统为整夜工作模式或根据需要进行任意工作时间的设定调控，并实现光控与时控的完美结合。在MCU及DSP检测太阳能光伏组件电压超过1V或低于1V时，即为白天关闭与黑夜启动的阈值。同时，MCU及DSP始终时刻检测太阳能光伏组件的输入电压、电流及蓄电池的电压和电流状况，若太阳能光伏组件的电压高于蓄电池2.5V以上时，即启动PWM互补脉冲，对蓄电池充电。对蓄电池检测其充电情况并进行合理化管理，当蓄电池充满后，立即转入恒定的27.6V电压继续对蓄电池进行绢流充电。\n若MCU及DSP检测到光伏组件的输出电压值低于蓄电池电压时，即可关闭充电。若MCU及检测到蓄电池电压低于21V时，则关闭输出。\n[0062] 本发明的全效全自动太阳能路灯控制系统为半夜工作模式或按需设定工作时间时，则调整MCU的时间控制电路，按光控与时控相结合进行控制。此时，若负载工作时间超过设定的照明工作时间，负载即关闭，于次往复完成24小时的循环周期。\n[0063] 本发明中的MCU及DSP能对光伏组件所转换的所有电能进行采集和储存。实现能量的全额利用。