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CN101534593A - 一种太阳能路灯同步启闭控制器 - Google Patents

一种太阳能路灯同步启闭控制器 Download PDF

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Abstract

一种具有同步控制功能的路灯控制设备，特别涉及的是一种应用于太阳能路灯控制器的同步控制设备。包括核心处理单元31、太阳能电池和蓄电池管理单元32、基于433MHz的无线数据传输单元33、键盘与显示单元34。目的是：实现整条道路太阳能路灯的同步点亮与熄灭。本发明与现有技术相比具有下面的优点：能够解决太阳能路灯由于自身的性能差异带来的非同时点亮与熄灭的实际问题，提高了太阳能路灯照明系统的可靠性与美观度。

Description

一种太阳能路灯同步启闭控制器
技术领域
本发明涉及一种具有同步控制功能的路灯控制设备，特别涉及的是一种应用于太阳能路灯控制器的同步控制设备。
背景技术
太阳能作为一种高效无污染能源，已经越来越受到重视，对于太阳光照充足、不适宜特别铺设电源电缆的场合，采用太阳能供电已成为当前的电源解决方案之一。太阳能路灯作为道路照明的产品之一，已广泛应用到各种公路照明中。目前的太阳能路灯控制器一般为单机独立工作，单台控制器只通过监测太阳能电池输出电压的高低来控制路灯的开启或关闭，由于太阳能电池板自身的性能差异、太阳能电池板安装角度的差异以及控制器自身存在的差异，造成整条装有太阳能路灯的道路照明并不能同时点亮或熄灭，时间差异可达到30分钟以上，影响道路照明。网络版太阳能路灯控制器需要利用现有的Internet有线网络进行控制，并且需要独立铺设网络线路，但对于偏远山区等不适合铺设线路的场所较难应用。
有部分专利文献针对太阳能控制器开展了相关研究工作。
发明专利“200710118513.2——一种PWM太阳能控制器的PWM太阳能功率控制模块”，针对太阳能电池充电控制，设计了基于PWM的控制方法，提高了太阳能电池的充电效率，控制器仍然采用判断太阳能电池输出电压与设定的路灯开启和关闭电压阈值之间的关系，实现路灯的开启和关闭。
实用新型专利“200520071259.1——太阳能控制器”，针对太阳能电池的输出控制，设计了低功耗的控制器，在达到原来照明亮度的同时，功耗可降低原来的1/2或1/3，并没有涉及到太阳能路灯同时电量问题。
实用新型专利“200620096426.2——一种防反充电的太阳能控制器”，针对太阳能电池输出电极容易被认为接反而损坏问题，设计了防止接反电路，有效保护了太阳能电池板和后端处理电路，没有涉及到太阳能路灯同时电量问题。
实用新型专利“03268193.3——一种太阳能电源控制器装置”，针对太阳能电源系统蓄电池过充电和过放电问题，设计了电源控制器，有效克服了蓄电池过充电和过放电问题，没有涉及到太阳能路灯同时电量问题。
实用新型专利“02282076.0——一种太阳能控制器”，针对太阳能电池为蓄电池充电效率问题，设计了高效的充电电路，并没有涉及到太阳能路灯同时电量问题。
但并没有解决太阳能路灯同时点亮与熄灭的实际需求，这是本领域的技术人员需要重点考虑的问题之一。
发明内容
本发明的目的是：实现整条道路太阳能路灯的同步点亮与熄灭。一种太阳能路灯同步启闭控制器，本发明的技术解决方案：一种太阳能路灯同步启闭控制器，包括核心处理单元31、太阳能电池和蓄电池管理单元32、基于433MHz的无线数据传输单元33、键盘与显示单元34，其特征在于：
所述的核心处理单元31分别与太阳能电池和蓄电池管理单元32、基于433MHz的无线数据传输单元33、键盘与显示单元34相连接，实现太阳能电池与蓄电池的电源管理、数据传输单元的管理与传输命令的监控、键盘输入指令与液晶显示；
太阳能电池和蓄电池管理单元32与核心处理单元31连接，利用核心处理单元31发送的相关电压与数字量控制信息，实现太阳能电池输出功率、蓄电池充放电电流的监测与控制；基于433MHz的无线数据传输单元与核心处理单元连接，核心处理单元将需要发送的命令转换成串行数据，经无线数据传输单元发送，无线数据传输单元接收的命令经串口传输给核心处理单元，并对核心处理单元产生中断信号，告知核心处理单元读取命令；
进一步的，核心处理单元31采用单片机C8051F020作为控制核心，利用单片机自身集成的2路DA(数字模拟转换电路)输出模拟电压，控制太阳能电池输出功率与蓄电池的充放电功率，并结合单片机的IO口(输入输出口)实现蓄电池充放电的控制；蓄电池的充电模式自动设定为恒流充电、恒压充电、脉冲式恒压充电和涓流充电四种模式，并且可根据蓄电池电压情况自动进行选择。
基于433MHz的无线数据传输单元33的无线数据传输部分采martRF公司的CC1100控制器，实现无线数据编码、发射接收功率自动调节等功能；接口部分采用FPGA(EPM7128AE)实现SPI接口与LVTTL电平串行接口的协议转换以及与CC1100控制器的硬件握手；
核心处理单元31通过LVTTL的串行接口与433MHz无线数据传输单元33的FPGA相连接，核心处理单元31发送的串行命令经FPGA转换为SPI控制协议以及硬件握手控制信号，FPGA与CC1100进行数据传输，最终由CC1100将数据编码后由天线发射；数据的接收功能与此过程相反，不同的是接收时采用中断信号通知核心处理单元31接收数据。数据的接收功能与此过程相反，不同的是接收时采用中断信号通知核心处理单元31接收数据。
无线数据交换在当今的信息数据传输中已发挥了重要的传输媒体作用，现在的数字对讲机、数字无绳电话等均采用无线数据传输方式实现数据交互。本发明的一种太阳能路灯同步启闭控制器，就是利用了无线数据传输的原理设计而成。太阳能路灯一般采用等间隔安装方式，路灯与路灯之间的最远距离约500米，并且遮挡物较少，适合于低功耗无线数据传输。整条太阳能路灯线路数据传输控制采用接力方式实现，一般整条线路太阳能路灯控制器按照地址编码，设定一台或多台控制器为主控制器，当主控制器检测到太阳能电池电压低到(或高到)一定的电压阈值，即向相邻的太阳能路灯控制器发送打开路灯电源(或关闭路灯电源)的指令，指令按照地址进行编码，只有符合地址要求的控制器才执行相应的接收指令，否则将指令信息转发。相邻路灯检测到符合自身地址编码的指令后，会执行相应的打开路灯电源(或关闭路灯电源)的指令，直到所有路灯控制器均接收到符合自己地址编码的指令，执行相应的命令为止。
因此，本发明与现有技术相比具有下面的优点：能够解决太阳能路灯由于自身的性能差异带来的非同时点亮与熄灭的实际问题，提高了太阳能路灯照明系统的可靠性与美观度。
附图说明
图1为本发明一种太阳能路灯同步启闭控制器功能结构图；
图2为本发明控制器中太阳能电池和蓄电池管理单元功能结构图；
图3为本发明控制器中基于433MHz的无线数据传输单元功能结构图；
图4为本发明控制器工作流程图；
图5为本发明单片机C8051F005线路连接；
图6为本发明充电控制原理图；
图7为本发明负载输出控制原理图；
图8为本发明RF射频无线模块及线路连接；
图9为本发明控制器电路检测原理图；
图中，1为太阳能电池板，2为蓄电池，4为路灯；属于3的部分：核心处理单元31、太阳能电池和蓄电池管理单元32、基于433MHz的无线数据传输单元33、键盘与显示单元34；属于32的部分：蓄电池电流控制功率管321、太阳能电池电压电流监测单元322、蓄电池电压电流监测单元323；属于33的部分：天线331、无线信号调理电路332、CC1100无线控制器333和FPGA334。
以上附图的所有标示均属于本领域技术人员看图可以知晓的，包括符号、数字、元器件标识等，在此不详细说明。
具体实施方式
下面，结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明具有同步控制功能的太阳能路灯控制器由核心处理单元31、太阳能电池和蓄电池管理单元32、基于433MHz的无线数据传输单元33、键盘与显示单元34组成。核心处理单元31分别与太阳能电池和蓄电池管理单元32、基于433MHz的无线数据传输单元33、键盘与显示单元34连接，实现太阳能电池与蓄电池的电源管理、数据传输单元的管理与传输命令的监控、键盘输入指令与液晶显示；太阳能电池和蓄电池管理单元32与核心处理单元31连接，利用核心处理单元31发送的相关电压与数字量控制信息，实现太阳能电池输出功率、蓄电池充放电电流的监测与控制；基于433MHz的无线数据传输单元33与核心处理单元31通过LVTTL电平的串口连接，核心处理单元31将需要发送的命令转换成串行数据，经无线数据传输单元发送，无线数据传输单元接收的命令经LVTTL电平的串口传输给核心处理单元31，并对核心处理单元31产生中断信号，告知核心处理单元读取命令；键盘与显示单元34完成系统参数的设置与显示。
如图2所示，本发明具有同步控制功能的太阳能路灯控制器的太阳能电池和蓄电池管理单元32，由蓄电池电流控制功率管321、太阳能电池电压电流监测单元322、蓄电池电压电流监测单元323组成。蓄电池电流控制功率管321由大功率三极管和场效应管构成，利用单片机DA输出的模拟信号控制三极管的导通角度来实现蓄电池充电电流的控制，利用单片机IO信号控制场效应管实现蓄电池充电的开关控制以及放电的开关控制；太阳能电池电压电流监测电源322由分压电阻网络、电流电压转换电路和滤波电路构成，利用电阻分压网络和低阻值大功率采样电阻实现电压和电流变换，满足单片机AD输入电压要求；蓄电池电压电流监测单元323由分压电阻网络、电流电压转换电路和滤波电路构成，利用电阻分压网络和低阻值大功率采样电阻实现电压和电流变换，满足单片机AD输入电压要求。如图3和图8所示，本发明具有同步控制功能的太阳能路灯控制器的基于433MHz的无线数据传输单元33，由天线331、无线信号调理电路332、CC1100无线控制器333和FPGA334组成，天线331选择适于433MHz数据传输的天线组件；无线信号调理电路332主要由高频电容和电阻构成选频网络，实现无线信号的选频、滤波等与处理；CC1100无线控制器333实现无线信号的功率控制、数据的编解码、SPI接口的双向数据传输控制通过FPGA与核心处理单元31之间的硬件握手功能；FPGA334通过内部的逻辑电路实现SPI接口与RS232接口协议的转换、CC1100无线控制器333与核心处理单元31之间的硬件握手。
同时可采用特殊的无线数据传输终端向太阳能路灯发送监控指令，监测太阳能路灯的工作状态，如当前的太阳能电池工作电压和电流、蓄电池的工作电压和电流等参数，利于厂家对太阳能路灯状态的监控。
如图4、5、6、7、8、9所示，本发明具有同步控制功能的太阳能路灯控制器的工作流程图和原理图：
步骤a：初始化，完成核心处理单元及其它单元的初始参数设置；
步骤b：键盘扫描判断，如果有键盘按下并有效，则执行步骤j，进行键盘处理程序，如果没有键盘按下，则执行步骤c；
步骤c：无线命令匹配判断，如果临近的控制器向本地址发送控制指令并有效，则执行步骤i，进行路灯开启或关闭控制，如果接收到的控制命令与本机地址不匹配，则执行步骤d；
步骤d：接收到的控制命令与本机地址不匹配，这将控制命令向下一地址编码进行转发，转发完毕执行步骤e；
步骤e：太阳能电池、蓄电池管理，完成太阳能电池输出功率、蓄电池的输入输出电流的调节，调节完毕则执行步骤f；
步骤f：无线监测命令判断，如果系统接收到监测状态命令，执行步骤h，系统将当前状态通过无线转发到指定地址，执行完毕后，程序执行步骤g，否则如果没有检测到无线监测命令，则直接执行步骤g；
步骤g：显示处理程序，实现系统参数的显示，执行完毕则程序返回到步骤b进行循环工作；
步骤h：系统状态监测并发送程序，完成系统状态监测并通过无线向指定地址发送状态信息，执行完毕则返回到步骤g；
步骤i：控制命令执行程序，完成临近控制器发送并与本机地址匹配的控制命令，完成路灯开启或关闭程序，执行完毕则返回到步骤d；
步骤j：键盘处理程序，完成有效键盘输入及指令执行，执行完毕则返回到步骤c。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性而非限制性的。在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改、等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1、一种太阳能路灯同步启闭控制器，包括核心处理单元(31)、太阳能电池与蓄电池管理单元(32)、基于433MHz的无线数据传输单元(33)、键盘与显示单元(34)，其特征在于：
所述的核心处理单元(31)分别与太阳能电池与蓄电池管理单元(32)、基于433MHz的无线数据传输单元(33)、键盘与显示单元(34)相连接，并同时与太阳能电池板(1)、蓄电池(2)、路灯(4)连接，实现太阳能电池与蓄电池的电源管理、数据传输单元的管理与传输命令的监控、键盘输入指令与液晶显示；
太阳能电池和蓄电池管理单元(32)与核心处理单元(31)连接，利用核心处理单元(31)发送的相关电压与数字量控制信息，实现太阳能电池输出功率、蓄电池充放电电流的监测与控制；
基于433MHz的无线数据传输单元(33)与核心处理单元(31)连接，该核心处理单元将需要发送的命令转换成串行数据，经无线数据传输单元发送，无线数据传输单元接收的命令经串口传输给核心处理单元，并对核心处理单元产生中断信号，告知核心处理单元读取命令。
2、根据权利要求1所述的一种太阳能路灯同步启闭控制器，其特征是：核心处理单元31采用单片机C8051F020作为控制核心，利用单片机自身集成的2路DA(数字模拟转换电路)输出模拟电压，控制太阳能电池输出功率与蓄电池的充放电功率，并结合单片机的IO口(输入输出口)实现蓄电池充放电的控制。
3、根据权利要求2所述的一种太阳能路灯同步启闭控制器，其特征是：蓄电池的充电模式自动设定为恒流充电、恒压充电、脉冲式恒压充电和涓流充电四种模式，并且可根据蓄电池电压情况自动进行选择。
4、根据权利要求1所述的一种太阳能路灯同步启闭控制器，其特征是：基于433MHz的无线数据传输单元(33)的无线数据传输部分采martRF公司的CC1100控制器，实现无线数据编码、发射接收功率自动调节等功能；接口部分采用FPGA(EPM7128AE)实现SPI接口与LVTTL电平串行接口的协议转换以及与CC1100控制器的硬件握手。
5、根据权利要求1所述的一种太阳能路灯同步启闭控制器，其特征是：核心处理单元(31)通过LVTTL的串行接口与433MHz无线数据传输单元(33)的FPGA相连接，核心处理单元(31)发送的串行命令经FPGA转换为SPI控制协议以及硬件握手控制信号，FPGA与CC1100进行数据传输，最终由CC1100将数据编码后由天线发射。
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Denomination of invention: Synchronous turning on and turning off controller for solar street lamp

Effective date of registration: 20141010

Granted publication date: 20130619

Pledgee: Beijing Chenguang prosperity financing Company limited by guarantee

Pledgor: Beijing Changri New Energy Technology Co., Ltd.

Registration number: 2014990000838

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130619

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