专利名称：一种多方式自动互补供电道路照明系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动控制领域，涉及路灯的充放电控制及供电方式，具体涉及一种多方式自动互补供电道路照明系统。
背景技术：
为了保证夜间车辆和行人的安全，在道路的两侧安装照明工具，尤其是路灯的安装设计非常重要。目前，为了节能减排、实现能源的可持续发展，大部分道路两侧采用LED太阳能路灯，由太阳能电池将光能转化为直流电压，通过太阳能电池组件的合理组合，得到LED灯具实际需要的电压，两者易于匹配，可获得很高的利用率，具有较高的安全性，可实现节能、环保的要求。当前，几乎所有的太阳能路灯仅由本身的太阳能电池板提供电能并且采用简单的自动控制系统，一般来说其主要由一个单片机或其他芯片为核心的中央处理器，在以传感器为主要部件的亮度判断装置配合下对路灯进行开启和关闭的控制，这种路灯存在着以下缺陷:I)太阳能电池受光照条件的影响较大，不能充分保证路灯有足够的电能维持其开启;2)不能根据车辆和行人的数量等实际情况进行路灯的亮度调节；3)不能防止蓄电池过充电或过放电。
发明内容针对现有技术中的缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种多方式自动互补供电道路照明系统。为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:该照明系统包括蓄电池、LED负载、太阳能电池板、充电电路模块、单片机、市电补充电路模块、蓄电池电压采样模块以及用于控制LED负载通断的负载端电磁继电器，所述蓄电池分别与LED负载、充电电路模块以及蓄电池电压米样模块相连，太阳能电池板与充电电路模块相连，充电电路模块、蓄电池电压采样模块以及负载端电磁继电器分别与单片机相连，市电补充电路模块包括供电端电磁继电器，供电端电磁继电器分别与LED负载以及单片机相连，市电线路通过供电端电磁继电器与LED负载相连。所述照明系统还包括太阳能电池板电压采样模块，太阳能电池板电压采样模块的一端与充电电路模块相连，另一端与单片机相连。所述太阳能电池板电压采样模块以及蓄电池电压采样模块采用ADC0809A/D转换
-H-* I I
心/T O所述照明系统还包括与单片机相连的系统时钟芯片模块。所述系统时钟芯片模块采用DS12C887时钟芯片。所述照明系统还包括电源变换电路模块，电源变换电路模块的一端与蓄电池相连，另一端与蓄电池电压采样模块相连。[0014]所述电源变换电路模块采用MC3046芯片。所述单片机为AT89C52。所述充电电路模块采用TL494芯片。本实用新型的有益效果体现在:本实用新型所述多方式自动互补供电道路照明系统采用太阳能电池板和市电互补供电的方式，通过对蓄电池进行电压信号采样防止蓄电池过放电，不仅解决了因长期阴天蓄电池不能提供足够电量的问题，充分保证了路灯所需的电源，同时也延长了蓄电池的寿命。本实用新型对蓄电池的充放电进行了合理的设计，充电电路模块采用TL494芯片实现的电压型脉宽调制(PWM)，可以根据电压采样的结果有效防止蓄电池过充电。本实用新型根据太阳能电池板电压的采样对LED负载的通断进行控制，实现自动开闭路灯的目的，同时，利用系统时钟芯片模块可以根据时间进行亮度的调整，最大限度的节约了电能。
图1是本实用新型的总体设计框图；图2是本实用新型的时间判定子程序框图；图3是本实用新型的充、放电程序设计框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。参见图1，本实用新型所述照明系统包括蓄电池、LED负载、太阳能电池板、充电电路模块、单片机、市电补充电路模块、蓄电池电压采样模块以及用于控制LED负载通断的负载端电磁继电器，所述蓄电池分别与LED负载、充电电路模块以及蓄电池电压采样模块相连，太阳能电池板与充电电路模块相连，充电电路模块、蓄电池电压米样模块以及负载端电磁继电器分别与单片机相连，市电补充电路模块包括供电端电磁继电器，供电端电磁继电器分别与LED负载以及单片机相连，市电线路通过供电端电磁继电器与LED负载相连。所述照明系统还包括太阳能电池板电压采样模块，太阳能电池板电压采样模块的一端与充电电路模块相连，另一端与单片机相连。所述太阳能电池板电压采样模块以及蓄电池电压采样模块采用ADC0809A/D转换
-H-* I I
心/T O所述照明系统还包括与单片机相连的系统时钟芯片模块；所述系统时钟芯片模块采用DS12C887时钟芯片。所述照明系统还包括电源变换电路模块，电源变换电路模块的一端与蓄电池相连，另一端与蓄电池电压采样模块相连；所述电源变换电路模块采用MC3046芯片。所述单片机为AT89C52。 所述充电电路模块采用TL494芯片。本实用新型的工作原理如下:参见图2以及图3，单片机根据蓄电池电压采样模块提供的蓄电池电压，当蓄电池的电压低于某一设定值后，控制市电接入，为路灯提供电源，防止蓄电池过放电，当蓄电池的电压高于某一设定值时，控制充电电路停止对蓄电池进行充电，防止过充电；单片机根据太阳能电池板电压采样模块提供的太阳能电池板电压信号控制是否接通LED负载，从而实现路灯自动开闭，同时，通过比较太阳能电池板与蓄电池的电压，对蓄电池的充电模式进行调整，进一步防止过充电，单片机根据系统时钟芯片模块提供的季节信息及时间信息控制LED负载的接通数量，达到路灯亮度自动调整的目的。实施例I) LED负载设计假设光电互补LED路灯灯杆高度为8m，光照光通量大约251m，选用1W、3.3V、350mA的LED灯组成两路路灯，每一路14串2并共28W，两路为56W。设路灯每天平均照明10小时，LED路灯前5小时全亮，后5小时亮度减半，即电池消耗减少一半。所需实际驱动电流为350mAX2X2 = 1.4A，每天以IOh进行计算，得到负载所需安时数为1.4AX5h+l.4AX0.5X5h = 10.5Ah,电压为 3.3VX 14=46.2V。2)太阳能电池、蓄电池的选用本系统采用阀控式密闭型铅酸电池(48V/40Ah)。蓄电池过充电、过放电以及蓄电池环境温度等都是影响蓄电池寿命的重要因素，所以要重点采取保护措施。太阳能电池选用4块36V/50W单晶体太阳能电池板，共计200W，每组两块串联电压为72v。3)控制器的选用及原理系统选用以AT89C52单片机为核心的控制器，此单片机为低成本、低电压、低功耗、易扩充、高性能的8位单片机，单片机内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器(RAM)。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，单片机内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，总体设计框图如图1所示。4)电压采样模块的设计在本系统中，所需要采样的电压主要是蓄电池的端口电压和太阳能电池的端口电压。本系统选用ADC0809A/D转换芯片，ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89C52单片机直接相连。5)系统时钟模块本系统可以根据季节的变化和昼夜的变化来调整负载的工作情况，由于DS12C887时钟芯片能够自动产生世纪/年/月/日/时/分/秒等时间信息，带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM供用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽，所以本系统采用DS12C887时钟芯片。6)时间判定子程序由于日照时间受到季节变化的影响较大，系统首先根据时钟芯片判断季节时间，从而进行负载工作模式的设定，程序如图2所示。7)充、放电系统设计充电电路用来调节充电电流与电压，使太阳能电池板稳定地对蓄电池充电。由于每天在各个时段太阳能电池板所转换的太阳辐射能不同，使得太阳能电池输出的电流和电压各不相同，这就需要通过必要的充电电路来控制。本电路就是用TL494实现的电压型脉宽调制(PWM)控制电路，当单片机给TL494的4脚一个高电平时，TL494的截止时间增大到100%, TL494不工作，这样就可以通过4脚输入的电平高低决定是否对蓄电池充电。系统工作时，实时检测太阳能电池板的输出电压、蓄电池的电压，并根据各个电压值的不同状况，控制太阳能电池对蓄电池充电与否，并根据设定的路灯时控或光控方式，控制LED路灯是否点亮，以及点亮时供电方式在蓄电池和市电之间的合理切换。在工作过程中，单片机会一直检测太阳能电池和蓄电池的电压，当太阳能电池的输出电压高于蓄电池2V以上，同时蓄电池的电量没满，单片机的11脚输出低电平，芯片TL494开始工作，通过MOS管对蓄电池充电。当充满后，转入浮充状态，对蓄电池的自放电情况进行电量补偿。对蓄电池的充电，开始是最大电流恒流充电状态。当蓄电池的电压达到一定值时，充电处于恒压充电状态，充电电流持续下降，当电流下降到一定值并且蓄电池的电压上升到某值左右不变时，蓄电池的电量已达额定容量的100%，电路进入浮充阶段，给电池提供的浮充电压抵消了蓄电池的自放电。当蓄电池达到过充电压点，单片机的11脚输出高电平，芯片TL494结束工作，蓄电池充电结束。通过单片机与负载驱动电路的配合控制负载的工作状态及供电方式。系统通过检测太阳能电池板的电压来判断是否是天黑，然后判断时间，载入相应的季节参数后进行蓄电池端口电压检测，再进行蓄电池荷电状态计算，根据负载状态进入相应的工作模式，从而保证蓄电池不会过放电。充、放电程序设计如图3所示。
权利要求1.一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:该照明系统包括蓄电池、LED负载、太阳能电池板、充电电路模块、单片机、市电补充电路模块、蓄电池电压米样模块以及用于控制LED负载通断的负载端电磁继电器，所述蓄电池分别与LED负载、充电电路模块以及蓄电池电压米样模块相连，太阳能电池板与充电电路模块相连，充电电路模块、蓄电池电压采样模块以及负载端电磁继电器分别与单片机相连，市电补充电路模块包括供电端电磁继电器，供电端电磁继电器分别与LED负载以及单片机相连，市电线路通过供电端电磁继电器与LED负载相连。
2.根据权利要求1所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述照明系统还包括太阳能电池板电压米样模块，太阳能电池板电压米样模块的一端与充电电路模块相连，另一端与单片机相连。
3.根据权利要求2所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述太阳能电池板电压采样模块以及蓄电池电压采样模块采用ADC0809A/D转换芯片。
4.根据权利要求1所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述照明系统还包括与单片机相连的系统时钟芯片模块。
5.根据权利要求4所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述系统时钟芯片模块采用DS12C887时钟芯片。
6.根据权利要求1所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述照明系统还包括电源变换电路模块，电源变换电路模块的一端与蓄电池相连，另一端与蓄电池电压采样模块相连。
7.根据权利要求6所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述电源变换电路模块采用MC3046芯片。
8.根据权利要求1所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述单片机为AT89C52。
9.根据权利要求1所述一种多方式自动互补供电道路照明系统，其特征在于:所述充电电路模块采用TL494芯片。
专利摘要本实用新型提供一种多方式自动互补供电道路照明系统，该照明系统包括蓄电池、LED负载、太阳能电池板、充电电路、单片机、市电补充模块、蓄电池电压采样模块以及用于控制LED负载通断的负载端电磁继电器，蓄电池与LED负载、充电电路以及蓄电池电压采样模块相连，充电电路与太阳能电池板相连，充电电路、蓄电池电压采样模块以及负载端电磁继电器与单片机相连，市电补充模块包括，本实用新型采用太阳能电池板和市电互补供电的方式，通过对蓄电池进行电压信号采样防止蓄电池过放电，不仅充分保证了路灯所需的电源，同时也延长了蓄电池的寿命。
文档编号H05B37/02GK202931635SQ20122060142
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者徐婷, 曹世理, 何立明, 马壮林, 胡大伟 申请人:长安大学