专利名称：新型太阳能照明系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种照明技术，特别涉及一种新型太阳能照明系统。
背景技术：
能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，太阳能是可以持续利用的资源，能够改变人类的能源结构和维持长远的可持续发展。但现存的太阳能照明系统存在或多或少地存在着这样或那样 的问题，特别是如何可以有效地利用能源问题。
发明内容本实用新型是针对太阳能利用率低的问题，提出了一种新型太阳能照明系统，主要对蓄电池充电效率及太阳能电池板及蓄电池电压检测精度问题，做了合理化设计，提高了整个能源的利用率。本实用新型的技术方案为一种新型太阳能照明系统，主要包括太阳能电池板、充电驱动电路、系统控制电路、蓄电池、照明驱动电路及照明负载组成，系统控制电路检测太阳能电池板和蓄电池的电压信号，经过判断后输出控制信号到充电驱动电路，充电驱动电路接通或断开，将太阳能电池板作为电源对蓄电池进行充电；同时系统控制电路输出控制信号到照明驱动电路，控制照明驱动电路接通或断开，将蓄电池作为电源对照明负载进行供电。所述系统控制电路主要由AD C812单片机、振荡电路、复位电路、看门狗电路以及蓄电池和太阳能电池板的电压检测电路组成。所述充电驱动电路由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。所述照明驱动电路由集成电路TLP250构成的MOSFET的驱动电路组成，实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。本实用新型的有益效果在于本实用新型太阳能照明系统，在蓄电池充电效率、蓄电池充放电策略的调度的准确性上较传统设计有着很大的提高。对太阳能照明系统的进一步推广有着一定的积极意义。
图I为本实用新型新型太阳能照明系统结构示意图；图2为马斯充电曲线图；图3为本实用新型新型太阳能照明系统中蓄电池充电软件流程图；图4为本实用新型新型太阳能照明系统中电压信号采集及转换电路图；图5为本实用新型新型太阳能照明系统中同精度测频法原理图；图6为本实用新型新型太阳能照明系统中频率测量软件流程图。
具体实施方式
[0015]如图I所示太阳能照明系统主要包括太阳能电池板I、充电驱动电路3、系统控制电路2、蓄电池4、照明驱动电路5及照明负载(LED灯)6组成，系统控制电路2检测太阳能电池板I和蓄电池4的电压信号，经过判断后输出控制信号到充电驱动电路3，充电驱动电路打开，将太阳能电池板I作为电源对蓄电池4进行充电；同时系统控制电路2输出控制信号到照明驱动电路5，控制照明驱动电路5接通或断开，将蓄电池4作为电源对照明负载6进行供电。其中，系统控制电路2是整个系统的控制核心，负责控制整个太阳能路灯系统的正常运行，主要实现一些测量功能，通 过对太阳能电池板I电压、蓄电池4电压等参数的检测判断，来控制相应线路的开通或关断，并实现各种控制和保护功能。系统控制电路2主要由ADii C812单片机、振荡电路、复位电路、看门狗电路以及蓄电池和太阳能电池板的电压检测电路等组成。充电驱动电路3用于完成太阳能电池组I向蓄电池4的充电，电路中还提供了相应的保护措施。充电驱动电路3由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。照明驱动电路5则由集成电路TLP250构成的MOSFET的驱动电路，实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。照明驱动电路5主要作用相当于一个开关，根据不同情况下的相应策略来控制蓄电池4和照明负载6之间的通断。为了将太阳能电池板I转换的电能进行储藏，我们必须选择一种蓄电池来储备电能。蓄电池的种类很多，有铅酸蓄电池，锡镍蓄电池，铁镍蓄电池，铿离子蓄电池等等。本设计将采用铅酸蓄电池作为储能装置。近年来，蓄电池技术发展很快，铅酸蓄电池从最初的开口式蓄电池，经过了防酸隔爆管式极板蓄电池、消氢电池，发展为阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)阶段。铅酸蓄电池具有性价比高的特点，是现在常用的一种电储能设备。铅酸电池的电极反应和电池总反应如下负极反应
Pb + HSOa ^ PbSOtr + H+ + Ie正极反应Pb01+3H* + HSO; + 2e ^ PbSOi + 2If3O电池总反应Pb + 2H^ + HSO； O2PbSOi +IH1O反应式从左向右表不放电过程,而从右向左表不充电过程。放电反应和充电反应互为可逆反应。从第3个反应式可以看出，放电后正、负两极的活性物质都转变为硫酸铅(PbSO4)。上世纪60年代美国科学家马斯对开口铅酸蓄电池的充电过程进行了大量的研究，提出了马斯充电曲线。如下图2所示。这条曲线也被认为是铅酸蓄电池最佳充电曲线。由图可以看出，如果充电电流按这条曲线变化，可以大大缩短充电时间，而且不会对电池的容量和寿命产生影响。从马斯曲线中能够看出初始充电电流很大，但是衰减很快。所以在尽可能不影响蓄电池使用寿命的前提下，希望能采用最大的充电电流，在短时间内将电池容量基本充足。蓄电池充电的一般方法有恒流-恒压式、分阶段变电流式等。恒流-恒压充电法采用前期恒流充电和后期恒压充电的方式。分阶段变电流方式是指在充电初期采用较大的电流，充电一定时间后，改为较小的电流，至充电末期改用更小的电流。但常规方式存在着充电时间长、效率低和蓄电池使用寿命短的问题。本设计将采用脉冲式充电方法对蓄电池进行充电。脉冲式充电方法是将充电电流或电压以脉冲的形式加在蓄电池两端，通过在充电电流中叠加一定频率、宽度、高度的负脉冲或短时间的中途停充电，使参加反应的铅离子来得及通过PbS04溶解而生成Pb和Pb02并提高其浓度，又使生成的H+和HS04-离子来得及从电极表面附近移开。其整体效果是降低了蓄电池的浓差极化，允许加大充电电流，从而缩短了充电时间。刚开始对蓄电池进行充电时考虑到极化现象不明显，可使用I倍左右额定容量的电流对蓄电池进行充电，使蓄 电池在较短时间内充到额定容量的50%左右。当蓄电池单格电压升到2. 4伏，水开始分解并有微量出气时停止充电，持续时间约为20毫秒到30毫秒。停止充电后，欧姆极化消失，浓差极化也会因扩散而部分消失。为了消除电化学极化的电荷积累，消除极板微孔中形成的气体，并帮助浓差极化进一步消失，停充后可采用放电或反充使蓄电池通过一个与充电方向相反的大电流脉冲，然后再停充持续时间在40毫秒左右。脉冲深度为充电电流的I. 5到3倍，脉冲宽度为200到1000微秒。以后的充电过程就一直按正脉冲充电一停充一(负脉冲瞬间放电一停充一)再正脉冲充电这种循环过程，直至蓄电池充足为止。这样就可以使极化程度显著减慢，从而解决了快速充电影响蓄电池寿命的问题。如图3所示蓄电池充电软件流程图。在本设计中，我们需要检测蓄电池和太阳电池的电压。根据太阳能电池两端电压大小可以判断出天黑和天亮(即外部光线的强弱程度)。白天时当系统检测出太阳能电池电压达到充电要求时，计算当前蓄电池容量，依据充电方案对通过充电驱动电路蓄电池进行充电处理，并随时检测蓄电池容量，调整充电策略；当系统检测出太阳电池电压小于阈值电压，说明进入天黑并停止充电，进入下一状态，由蓄电池通过照明驱动电路向负载供电，并随时检测蓄电池容量，调整向负载供电的策略。所以准确地获取蓄电池和太阳能电池板电压的电压值将是正确实施相应的充放电策略的根本保证。本设计采用了一种新型的频率测量方法一同精度测量法来保证最终电压测量的精度。如图4所示电压转换电路图，本设计中选择了 LM331芯片，它可将蓄电池和电池板的电压信号均转变成与电压信号大小相对应的频率的方波信号，检测频率信号即可知道蓄电池剩余容量的大小和外部光线强弱情况。同精度测频法的思想是实际闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，这使得闸门信号与被测信号同步，即只有当检测到被测信号下降沿到来时，闸门信号才开启。因此这种方法消除了对被测信号计数所产生±1个数字误差，并且达到了在整个测量频段的“同精度”测量，测量精度大大提高。如图5所示同精度测量法原理图。此方法用软件实现信号同步，需要用到I个定时器及2个计数器。测量前需将被测信号一分为二，一个引到外部中断0的输入口，另一个引到计数器I的输入口。定时器0预先设置一个闸门时间T，计数器I用于对被测信号进行计数，计数器2用于对基准时钟信号进行计数。如图6所示频率测量软件流程图，测量开始后，初始化各定时器并开外部中断O。当被测信号的下降沿到来时，产生中断，软件开启闸门，同步打开计数器I和计数器2开始计数，同时关外部中断O。当定时器O定时到时(即预置闸门时间T到)，开外部中断O，且此时外部中断计数器I和计数器2均不停止计数，直到被测信号的下降沿到来时(在此也可看出实际闸门时间T应略大于预设闸门T)。当被测信号下降沿到来时，外部中断O产生中
断,同步关闭计数器I和计数器2。综上所述,被测信号的频率可表示为:/,=芸/0’ f为
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被测信号频率，M为计数器I计数值，N为计数器2计数值，为标准晶振信号频率(晶振频率为 11. 0592MHZ)。
权利要求1.一种新型太阳能照明系统，其特征在于，主要包括太阳能电池板、充电驱动电路、系统控制电路、蓄电池、照明驱动电路及照明负载组成，系统控制电路检测太阳能电池板和蓄电池的电压信号，经过判断后输出控制信号到充电驱动电路，充电驱动电路接通或断开，将太阳能电池板作为电源对蓄电池进行充电；同时系统控制电路输出控制信号到照明驱动电路，控制照明驱动电路接通或断开，将蓄电池作为电源对照明负载进行供电。
2.根据权利要求I所述新型太阳能照明系统，其特征在于，所述系统控制电路主要由ADu C812单片机、振荡电路、复位电路、看门狗电路以及蓄电池和太阳能电池板的电压检测电路组成。
3.根据权利要求I所述新型太阳能照明系统，其特征在于，所述充电驱动电路由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。
4.根据权利要求I所述新型太阳能照明系统，其特征在于，所述照明驱动电路由集成电路TLP250构成的MOSFET的驱动电路组成，实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能照明系统，系统控制电路检测太阳能电池板和蓄电池的电压信号，经过判断后输出控制信号到充电驱动电路，充电驱动电路接通或断开，将太阳能电池板作为电源对蓄电池进行充电；同时系统控制电路输出控制信号到照明驱动电路，控制照明驱动电路接通或断开，将蓄电池作为电源对照明负载进行供电。采用同精度测频法采集太阳能电池板和蓄电池的电压信号，根据蓄电池的化学特性对蓄电池充电效率、蓄电池充放电策略进行调整，较传统设计在充电效率和准确性有着很大的提高，提高了整个能源的利用率，对太阳能照明系统的进一步推广有着一定的积极意义。
文档编号H05B37/02GK202444659SQ20122002406
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者崔志超, 张占波, 张金鑫, 李菲, 李陶智, 王业兴, 王臻, 贺波, 邓锦龙, 黄贞辉 申请人:上海理工大学