本實用新型涉及太陽能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能和市電互補LED路燈控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能-市電互補LED路燈和傳統(tǒng)交流電的LED路燈相對比：交流電LED 路燈還得安裝電源開關(guān)把交流轉(zhuǎn)換為直流，它的效率大概在80％上下浮動，低檔次的電源開關(guān)有的還沒有使用功率因數(shù)補償，如果大量運用，則會導(dǎo)致整個電網(wǎng)的使用效率減少；然而太陽能-市電互補LED路燈供電時僅僅使用直流恒流源，它的利用率超過95％之上，能夠很大力度的提高資源的的使用效率。并且交流供電時要用電解電容來過濾波段，然而電解電容的使用壽命和LED路燈相比要低很多，這樣會縮短整套設(shè)備的使用壽命，加大修理成本，然而太陽能電池板和LED燈的使用壽命都很長，所以采用太陽能供電能夠減輕經(jīng)濟壓力，增加社會效益。交流供電的設(shè)備存在著很大的安全問題我們不能忽視，然,而太陽能供電使用的是低壓直流供電，不需要鋪設(shè)電纜線。所以太陽能-市電互補LED 路燈是以后城市照明的新走勢。

太陽能LED路燈和古老的太陽能路燈相比較：古老的太陽能路燈大部分是把白熾燈或者是突光燈當(dāng)做發(fā)光源，然而這兩個發(fā)光源是選用交流供電的，不僅僅是要把太陽能電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)變成交流電供負(fù)載運用，然而直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯男屎艿?，這樣會浪費很多的能量，減少了能源使用率，所以承載數(shù)值為定時要采用更大容量的太陽能電池與大容量的蓄電池，這樣會加大系統(tǒng)的費用。然而太陽能LED路燈采用低壓直流的LED成為照明光源，這樣能夠把太陽能電池板組成串并方式結(jié)合達(dá)到真實承載所用的電壓，如此把此兩者相結(jié)合能夠達(dá)到更高的資源利用率、更高的安全系數(shù)與靠譜性，達(dá)到節(jié)能減排、安全高效的照明系統(tǒng)。

因為太陽能電池發(fā)射電量受天氣因素影響很大，在四季中和不相同天氣的發(fā)電量也會存在著較大的差異，假如太陽能LED路燈只選用單調(diào)的太陽能電池板供電，則會致使光源超載、并且使太陽能電池容量和蓄電池容量這三者的搭配上有很嚴(yán)重的問題。在承載一定的時候，如果按照不多的發(fā)電量情況下采用了大容量的太陽能板，就會增加生產(chǎn)支出，并且蓄電池很有可能處在過充狀態(tài)，減少蓄電池壽命；如果按照較多發(fā)電量情況下采用了小容量的太陽能板，很可能使蓄電池處在過放狀態(tài)，這樣也會減少蓄電池的使用壽命，可能會造成沒法滿足承載供電需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例的目的在于提供一種太陽能和市電互補LED路燈控制系統(tǒng)，以在太陽能作為重要能源供電的基礎(chǔ)上，將市電當(dāng)作備用能源。當(dāng)整個電路正常供電時，蓄電池會給LED負(fù)載供給電力，當(dāng)蓄電池電壓不夠用時，市電會直接給LED負(fù)載供給電力，防止當(dāng)蓄電池電壓不夠時導(dǎo)致LED負(fù)載不亮的情形。與此同時，在制作時能夠恰當(dāng)減少蓄電池的容量，減少系統(tǒng)成本。

為達(dá)到上述目的，本實用新型實施例公開了一種太陽能和市電互補LED路燈控制系統(tǒng)，技術(shù)方案如下：

所述系統(tǒng)包括：太陽能供電模塊、控制模塊、LED照明負(fù)載與市電電源模塊；

所述太陽能供電模塊包括蓄電池和太陽能電池板和電壓調(diào)節(jié)電路，所述蓄電池與所述太陽能電池板相連存儲電能，所述蓄電池的輸出電壓經(jīng)過所述電壓調(diào)節(jié)電路輸出所述LED照明負(fù)載的工作電壓；

所述市電電源模塊包括經(jīng)過整流輸出所述LED照明負(fù)載的工作電壓；

所述LED照明負(fù)載包括一組或者多組串聯(lián)的LED燈；

所述控制模塊包括：單片機、LCD顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、繼電器控制電路、光線檢測電路，所述單片機分別與所述LCD顯示電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述繼電器控制電路相連，所述繼電器控制電路相連與所述光線檢測電路相連；所述繼電器控制電路根據(jù)所述光線檢測電路的檢測結(jié)果判斷是否需要給所述LED照明負(fù)載的供電，且當(dāng)所述太陽能供電模塊輸出的所述LED照明負(fù)載的工作電壓低于所述LED照明負(fù)載的設(shè)定工作電壓時切換至所述市電電源模塊，以使得所述市電電源模塊為所述LED照明負(fù)載提供工作電壓。

可選的，所述單片機的型號為STC89C52。

可選的，所述LCD顯示電路包括采用液晶屏LCD1602。

可選的，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為PCF8591。

可選的，所述LED照明負(fù)載的一端與工作電壓相連，另一端與所述單片機的引腳相連。

應(yīng)用本實用新型，以在太陽能作為重要能源供電的基礎(chǔ)上，將市電當(dāng)作備用能源。當(dāng)整個電路正常供電時，蓄電池會給LED負(fù)載供給電力，當(dāng)蓄電池電壓不夠用時，市電會直接給LED負(fù)載供給電力，防止當(dāng)蓄電池電壓不夠時導(dǎo)致 LED負(fù)載不亮的情形。與此同時，在制作時能夠恰當(dāng)減少蓄電池的容量，減少系統(tǒng)成本。

相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例的有益效果有：

(1)天黑時自動開燈，天亮?xí)r自動關(guān)燈；

(2)在蓄電池電量不足時自動斷開開關(guān)，防止蓄電池過度放電；

(3)檢測太陽能電池板的輸出電壓及蓄電池兩端電壓；

(4)在蓄電池電量不足的情況下，采用市電供電。

(5)具有LCD液晶屏實時顯示，更加人性化。同時通過多個白色LED來模擬LED路燈。

當(dāng)然，實施本實用新型的任一產(chǎn)品或方法必不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為太陽能市電互補LED路燈控制系統(tǒng)電路圖；

圖2為光生伏打效應(yīng)原理圖。

圖3太陽能電池板充電原理圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

參見圖1，圖1為太陽能市電互補LED路燈控制系統(tǒng)電路圖，系統(tǒng)包括：太陽能供電模塊、控制模塊、LED照明負(fù)載與市電電源模塊；太陽能供電模塊包括蓄電池和太陽能電池板和電壓調(diào)節(jié)電路，蓄電池與太陽能電池板相連存儲電能，蓄電池的輸出電壓經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)電路輸出LED照明負(fù)載的工作電壓；市電電源模塊包括經(jīng)過整流輸出LED照明負(fù)載的工作電壓；LED照明負(fù)載包括一組或者多組串聯(lián)的LED燈；控制模塊包括：單片機、LCD顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、繼電器控制電路、光線檢測電路，單片機分別與LCD顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、繼電器控制電路相連，繼電器控制電路相連與光線檢測電路相連；繼電器控制電路根據(jù)光線檢測電路的檢測結(jié)果判斷是否需要給LED照明負(fù)載的供電，且當(dāng)太陽能供電模塊輸出的LED照明負(fù)載的工作電壓低于LED照明負(fù)載的設(shè)定工作電壓時切換至市電電源模塊，以使得市電電源模塊為LED照明負(fù)載提供工作電壓。

進一步的，單片機的型號為STC89C52。

進一步的，LCD顯示電路包括采用液晶屏LCD1602。

進一步的，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為PCF8591。

進一步的，LED照明負(fù)載的一端與工作電壓相連，另一端與單片機的引腳相連。

太陽能-市電互補LED路燈控制體系在信號處理這一模塊里包含了單片機的最小體系，說明了單片機最小體系在系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)中是不可或缺的一部分，包含單片機自身和復(fù)位電路與時鐘電路。運用STC體系單片機，跟其他系列的單片機相比它具有很多優(yōu)勢。通常STC單片機數(shù)量和其他單片機相比它多許多，并且運行速度也快；STC89C52單片機運用串口使單片機通過燒寫、下載相當(dāng)方便，而且這種單片機里面組成了看門狗電路；并且擁有很強的抗干擾性能。通常，正常的工作電壓大概在4.5V-5.5V左右，而STC89C52單片機一般給它供給5V直流電壓，讓它達(dá)到最好的工作狀態(tài)，因為單片機P0口是高阻狀態(tài)，內(nèi)部構(gòu)造不包括上拉電阻，不能夠正常地輸出高/低電壓，所以這組I/O口在運用時務(wù)必要外接上拉電阻才能確保它正常地輸出高/低電壓。STC89C51單片機的復(fù)位電路包括了上電復(fù)位與上電加按鍵復(fù)位，這種設(shè)計運用上電加按鍵的復(fù)位電路，加大復(fù)位開關(guān)的重要目的是在微控制體系運轉(zhuǎn)過程中死機或是當(dāng)程序跑飛時讓單片機回到原來狀態(tài)重新運行。時鐘電路就如同單片機的中樞神經(jīng)，它操控著單片機運轉(zhuǎn)在相同的時鐘脈沖下一下的工作，單片機的內(nèi)部已經(jīng)構(gòu)成了一個高增益反向放大器，如果要組成時鐘脈沖，僅僅需要外加一個電路即可，一般有晶振與兩個電容構(gòu)成。假如外加晶振時，平常都會挑選兩個30PF電容焊在兩端，它起兩個作用，一個是對頻率具有微調(diào)作用，另一個是起到保護晶振電路的作用。

太陽能電池板是運用半導(dǎo)體的光生伏打效應(yīng)(光伏效應(yīng))促使太陽能輻射經(jīng)過半導(dǎo)體介質(zhì)轉(zhuǎn)變成電能的元器件。照射在太陽能電池板上的太陽光一部分被太陽板所吸收，進而刺激出足夠太陽能電池板使用的光生載流子，然而與這些電性符號相悖的光生載流子在太陽板內(nèi)部電場的作用下發(fā)生遷徙，進而在結(jié)兩側(cè)構(gòu)成和內(nèi)建電場方向相悖的光生電場，形成光生電效應(yīng)。假如這時在太陽能電池結(jié)兩側(cè)提出電極，連接到負(fù)載，即在這個電勢差額的運作下，外電路則會有光生電流通過，進而得到一定數(shù)值的功率輸出，此能量轉(zhuǎn)變和傳承流程就是太陽能電池板產(chǎn)生電流的基礎(chǔ)原理。光生伏打效應(yīng)原理如圖2所示。

假如太陽能光照射在摻雜的硅片上，P-N結(jié)構(gòu)里的硅原子受到光的刺激進而發(fā)生電子空穴對。在太陽板內(nèi)電場的運作下，P-N周圍構(gòu)成和內(nèi)電場方向相悖的光生電效應(yīng)，導(dǎo)致P區(qū)為正電，N區(qū)為負(fù)電。假如在太陽能電池單體兩側(cè)提出電極連接上負(fù)載，即承載就會有“光生電流”通過。太陽能電池板充電原理圖如圖3所示。

蓄電池作為路燈體系中不可或缺的一部分，它不但能夠存儲電量，隨時可以向負(fù)載提供電力，還可以過濾電波、穩(wěn)定電壓、提高供電質(zhì)量。所以，挑選蓄電池尤為重要。蓄電池由正極、負(fù)極與電解液組成。當(dāng)蓄電池運作時，它的正負(fù)兩極都能夠產(chǎn)生可逆效應(yīng)，也就是用完蓄電池后，能夠經(jīng)過充電方式讓正負(fù)兩極回到初始狀態(tài)，這樣可以再次使用。蓄電池最明顯的特征就是能夠充放電。

當(dāng)蓄電池處于充電完成的狀態(tài)下，在特定放電情形下，放電給蓄電池端電壓達(dá)到特定的功率時可以提供的總電力叫做蓄電池容量。它劃分為理論容量、實際容量與限定容量，在衡量蓄電池指數(shù)里，額定容量是最為常用的。額定容量也被稱為標(biāo)準(zhǔn)容量，按國家的相關(guān)部門宣布的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定，蓄電池型號就是用額定容量來規(guī)定的。在現(xiàn)實運用過程中干擾蓄電池容量的有放電率、放電制度、放電終止電壓及溫度。對電壓而言最重要是充電電壓與放電終止電壓，然而充電電壓又劃分為均充電壓與浮充電壓。均充電壓指的是特定電流與特定時間給蓄電池充電的充電電壓。浮充電壓指的是蓄電池在完成充電后，持續(xù)用小電流充電，用來填補蓄電池放電時造成內(nèi)部容量減少的充電電壓。通常均充電壓高于浮充電壓數(shù)值。放電終止電壓指的是蓄電池放電時它的電壓減少到不可以再放電程度時的最小工作電壓。放電率：根據(jù)蓄電池放電電流多少，放電率可劃分為時間率與電流率，但現(xiàn)實通常用電流率表示。電流率指的是蓄電池放電流與額定容量相比的倍數(shù)，蓄電池放電率越高，它的放電電流就越高，所用的放電時間就越短，容量越少，一般用電流率為標(biāo)準(zhǔn)。

具體的，太陽能-市電互補LED路燈的整體設(shè)計參數(shù)為：太陽能電池板傾角 A＝25°；路燈燈桿高度H＝7.5m；路燈燈桿底部外徑大小R＝158mm。太陽能電池板的光照度的采樣值來判斷為白天和黑夜,當(dāng)光照度高于設(shè)定值時為白天，LED 路燈熄滅；反之判斷為夜晚，LED路燈亮。并根據(jù)蓄電池電壓判斷太陽能電池板是否對蓄電池充電,以及蓄電池是否對負(fù)載放電。根據(jù)控制器采集到的太陽能電池板光照度判斷為白天時,并根據(jù)蓄電池輸出端的電壓大小,來判斷蓄電池的充電模式,通過I/Q端口送高低電平來控制MOSFET的開通與關(guān)閉,進而進行太陽能電池板對蓄電池的充電。

對蓄電池充電采用的是PWM控制模式。當(dāng)蓄電池發(fā)生過度放電時,首先需要對蓄電池進行充電來提升電壓,并且持續(xù)一段充電時間,然后把電壓降到直充電壓,并且持續(xù)一段時間,以便激活蓄電池,為了避免硫化結(jié)晶,最后把電壓降到浮充電壓,并且把浮充電壓持續(xù)充電。如果蓄電池沒有發(fā)生過度放電過程時,不用運用提升充電方式,只需要直充與浮充兩種模式進行充電就行。這種控制模式能夠使蓄電池達(dá)到很不錯的充電效果,而且可以延長蓄電池的使用時間。

太陽能-市電互補LED路燈控制系統(tǒng)的輸出電壓及蓄電池兩端電壓和光照度的檢測是通過PCF8591芯片AD轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)的，光照強度的檢測是通過采集光敏電阻的光照度信息，采集后的模擬信號通過PCF8591引腳2和引腳6發(fā)送給A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊得到各種光照度數(shù)值，交給單片機控制系統(tǒng)來處理判斷是否為白天或者是黑夜，再通過LCD1602顯示來讀出。輸出電壓及蓄電池電壓的檢測是通過PCF8591來讀出電壓的數(shù)值，通過AD轉(zhuǎn)換后可以得到電壓后，交給單片機控制器處理判斷是否采用蓄電池供電還是市電供電。

PCF8591是一個單獨供電、單獨集成、低功耗、8-bit CMO數(shù)據(jù)采集器。 PCF8591具有4個模擬輸入端、1個模擬輸出端和1個串行總線接口端。PCF8591 的3個地址引腳A0,A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同一個總線上接入8 個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進行傳輸。PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。 PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I2C總線的最大速率決定。

采用LCD1602液晶顯示屏，三極管S8550進行驅(qū)動的，動態(tài)掃描可以隨時接收單片機控制系統(tǒng)內(nèi)部的蓄電池兩端輸出電壓值和光照度的數(shù)字信號，電壓的顯示范圍為0-4.8V，光照強度的顯示0-999L。

LCD1602液晶顯示屏各種圖形的顯示原理線段的顯示：點陣圖形式液晶由 M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8＝128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。

字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。PCF1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說明書中的各個實施例均采用相關(guān)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于裝置實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施方式中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可以存儲于計算機可讀取存儲介質(zhì)中，這里所稱得的存儲介質(zhì)，如：ROM/RAM、磁碟、光盤等。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。