一种智能太阳能照明灯

技术领域

本发明涉及太阳能照明灯技术领域，具体是指一种可以智能利用太阳能为电池充电的智能太阳能照明灯。

背景技术

随着环保理念的持续推行，还有能源危机的影响，越来越多的地方开始推行太阳能照明灯用于户外照明，包括路灯，庭院灯，景观灯等。太阳能照明灯的种类比较多，但原理上大同小异，即在有光照的时候由太阳能通过光伏板给蓄电池充电，然后在需要照明时由蓄电池给灯泡供电。具体电路结构上，一种方案是蓄电池通过串联一个光控开关控制LED灯泡，白天充电时，光控开关不导通，蓄电池进入充电状态；晚上照明时，光控开关导通，蓄电池进入供电状态。另一种方案则是通过定时器来控制灯泡在设定的时间段内点亮。还有一种方案则是通过人体红外感应模块来感应路人经过后才点亮。

本专利申请人通过长期的实践发现上述结构与控制方法存在如下不足：第一种就是纯光控开关来控制的方法，控制模式单一，无法保证晚上整个晚上的续航，即使可以保证，但半晚路上也基本没什么人，路灯一直亮也比较浪费能源，同时也会影响电池的使用寿命。现有技术中采用定时器的方案对路灯进行控制则有一个问题，就是不同地域的时差不一样，同一地域每天日出与日落的时间其实也有区别，而定时器只能在统一的时间点设置，经常会出现设定时段与实际需求的时段不一致的情况，无法适用时差跨度大的区别，即产品发到不同时差的地方后都需要进行单独的定时设置。同时也无法实现更加精确与智能的节能操作。现有技术中单纯采用人体感应的设计，也是控制模式单一，实施时多有不便，每个路灯都要安装感应设备，对设备的要求也比较高，成本高，同时频繁的点亮与关闭照明灯也会影响灯的使用寿命。

综上所述，目前缺少一种控制模式更多样，可以自动修正夜晚时长，科学分配充电与照明时段，且更加智能与节能的智能太阳能照明灯。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种控制模式更多样，可以自动修正夜晚时长，科学分配充电与照明时段，且更加智能与节能的智能太阳能照明灯。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种智能太阳能照明灯，它包括太阳能电池板、LED照明灯、蓄电池、LED驱动芯片和控制电路；所述的太阳能电池板与蓄电池相连，用于为蓄电池充电；所述的LED照明灯与蓄电池之间通过LED驱动芯片和控制电路相连；所述的控制电路中设有用于切换LED照明灯工作模式的切换开关，所述的工作模式包括有关闭模式和冬季模式，在所有模式下蓄电池都可以在白天通过太阳能电池板充电；所述的控制电路中还包括有测量夜晚时长的监控单元和监控蓄电池中可用的电能的监控单元。

作为优选，所述的测量夜晚时长的监控单元所采用的测量方法包括如下步骤：

101、通过采集电路获取太阳能电池板的电压变化图形；

102、将上一步的电压变化图做简化处理，设定太阳能电池板电压为0V时标记为夜晚，电压迅速超过1V时标记为白天；

103、在太阳能电池板电压低于0.3V时启动计时器C1；当太阳能电池板电压超过1V时停止此计时器；在夜晚结束时，C1计时器累计统计值设为C1(End)；

104、设定一天中夜晚的时长计算公式如下：

TNight(N)＝(TNight(N-1)+C1(End))/2；

其中TNight(N)表示第N天的夜晚时长，TNight(N-1)表示第N-1天的夜晚时长，C1(End)表示计时器统计到的第N天的夜晚时长。

作为进一步优选，在第103步中，当夜间太阳能电池板被太阳之外的照明源照亮，致使其电压超过2V且时长大于5分钟时，计时器C1启动计时。

作为优选，所述的监控蓄电池中可用的电能的监控单元对应的电路结构图为：在蓄电池上并联有一个燃料电池测量仪，所述的燃料电池测量仪通过I2C接口与控制电路的MCU相连。

作为优选，所述的关闭模式是指蓄电池通过太阳能板进行充电，同时LED灯不亮。

作为优选，所述的冬季模式是指LED照明灯将根据电池电量以及夜间需要的照明时段情况进行自动照明时长与照明亮度的调节。

作为优选，当蓄电池的最小电量低于总电量的5％时，控制电路会停止蓄电池对外输出电能。

作为进一步优选，在冬季模式下，LED照明灯在夜晚开始时以正常亮度工作4小时，夜晚结束前以正常亮度工作2小时。

作为进一步优选，在冬季模式下LED照明灯在夜晚开始时以正常亮度工作4小时，然后以低于正常亮度的待机亮度继续工作，一直到夜晚结束前的2小时恢复到正常亮度工作到天亮。

作为进一步优选，所述的LED照明灯分为两个灯组，灯组1的亮度大于灯组2的亮度，当LED照明灯以正常亮度工作时，点亮灯组1；当LED照明灯以待机亮度工作时，切换到灯组2点亮。

作为优选，它还包括电量指示模块，当电池容量超过30％时，太阳能照明灯每30秒闪烁2次，每次0.5秒；当电池容量低于30％时，太阳能照明灯每30秒闪烁2秒，且在这2秒内，太阳能照明灯功率将从0流明上升到几流明，然后下降到0流明。

采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：创造性的通过太阳能电池板受到光照时的电压的变化结构电路结构来计算夜晚时长，然后根据白天与夜晚的时长来智能控制太阳能照明灯的工作时间，同时采用多模式设计，结合滑动开关进行模式切换，可以适应多种照明与气候条件。优选项中所采用的电路结构与算法均是自己独创的，它可以自动修正夜晚时长，还能科学分配充电与照明时段，相比于传统的光控开关还有人体感应器等结构智能化程度更高，精度更高且稳定性更好。

综上所述，本发明提供了一种控制模式更多样，可以自动修正夜晚时长，科学分配充电与照明时段，且更加智能与节能的智能太阳能照明灯。

附图说明

图1是本发明中智能太阳能照明灯的主电路及监控单元的电路结构示意图。

图2是本发明中智能太阳能照明灯的测量夜晚时长的监控单元的监控示意图。

图3是本发明中智能太阳能照明灯的冬季模式下的时长控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1到附图3，一种智能太阳能照明灯，它包括太阳能电池板、LED照明灯、蓄电池、LED驱动芯片和控制电路；所述的太阳能电池板与蓄电池相连，用于为蓄电池充电；所述的LED照明灯与蓄电池之间通过LED驱动芯片和控制电路相连；所述的控制电路中设有用于切换LED照明灯工作模式的切换开关，所述的工作模式包括有关闭模式和冬季模式，在所有模式下蓄电池都可以在白天通过太阳能电池板充电；所述的控制电路中还包括有测量夜晚时长的监控单元和监控蓄电池中可用的电能的监控单元。

作为优选，所述的测量夜晚时长的监控单元所采用的测量方法包括如下步骤：

101、通过采集电路获取太阳能电池板的电压变化图形；

102、将上一步的电压变化图做简化处理，设定太阳能电池板电压为0V时标记为夜晚，电压迅速超过1V时标记为白天；

103、在太阳能电池板电压低于0.3V时启动计时器C1；当太阳能电池板电压超过1V时停止此计时器；在夜晚结束时，C1计时器累计统计值设为C1(End)；

104、设定一天中夜晚的时长计算公式如下：

TNight(N)＝(TNight(N-1)+C1(End))/2；

其中TNight(N)表示第N天的夜晚时长，TNight(N-1)表示第N-1天的夜晚时长，C1(End)表示计时器统计到的第N天的夜晚时长。

作为进一步优选，在第103步中，当夜间太阳能电池板被太阳之外的照明源照亮，致使其电压超过2V且时长大于5分钟时，计时器C1启动计时。

作为优选，所述的监控蓄电池中可用的电能的监控单元对应的电路结构图为：在蓄电池上并联有一个燃料电池测量仪，所述的燃料电池测量仪通过I2C接口与控制电路的MCU相连。

作为优选，所述的关闭模式是指蓄电池通过太阳能板进行充电，同时LED灯不亮。

作为优选，所述的冬季模式是指LED照明灯将根据电池电量以及夜间需要的照明时段情况进行自动照明时长与照明亮度的调节。

作为优选，当蓄电池的最小电量低于总电量的5％时，控制电路会停止蓄电池对外输出电能。

作为进一步优选，在冬季模式下，LED照明灯在夜晚开始时以正常亮度工作4小时，夜晚结束前以正常亮度工作2小时。

作为进一步优选，在冬季模式下LED照明灯在夜晚开始时以正常亮度工作4小时，然后以低于正常亮度的待机亮度继续工作，一直到夜晚结束前的2小时恢复到正常亮度工作到天亮。

作为进一步优选，所述的LED照明灯分为两个灯组，灯组1的亮度大于灯组2的亮度，当LED照明灯以正常亮度工作时，点亮灯组1；当LED照明灯以待机亮度工作时，切换到灯组2点亮。

作为优选，它还包括电量指示模块，当电池容量超过30％时，太阳能照明灯每30秒闪烁2次，每次0.5秒；当电池容量低于30％时，太阳能照明灯每30秒闪烁2秒，且在这2秒内，太阳能照明灯功率将从0流明上升到几流明，比如8个流明，然后下降到0流明。

本专利申请在具体实施时，主要目的是实现智能利用太阳能为电池充电，以提供更好的照明条件。以两种控制模式为例，通过一个2P滑动开关来提供2种功能模式：关闭模式：该模式下，电池可以通过太阳能板充电。灯不亮。冬季模式：该模式下，LED照明将根据以下情况自动调节。为了实现智能太阳能照明，我们需要每天检查：夜晚时长和蓄电池中可用的电流量。设定太阳能电池板电压显示夜晚为0V，白天电压迅速超过1V或2V。为了得出夜晚的长度，我们在太阳能电池板电压低于0.3V时启动一个计时器C1。当太阳能电池板电压超过1V或2V时停止此计时器。在夜晚结束时，C1计时器值为C1(End)。另外考虑到每天可能不同的天气条件(晴天或阴天)，一天中夜晚的长度N计算如下：TNight(N)＝(TNight(N-1)+C1(End))/2；

示例：今天是周一(第N天)，周六到周日的夜间时长为8小时15分钟(TNight N-1)。周一早上C1(End)计时器值为8小时11分钟。所以TNight(N)＝1/2*(8h15+8h11)＝8h13min。

夜间，太阳能电池板可能会被不需要的照明源(如汽车光束)照亮，致使其电压可能超过2V。从一晚到下一晚，夜间时长变化不大。时间差只有几分钟(比如5分钟)。然后，当我们检测到太阳能电池板的电压超过2V时，比较计时器C1值与Day(N-1)的夜间长度，如果TNight(N-1)-C1>5分钟，那么我们就继续维持C1的计时状态，不进行暂停。比如在周日至周一的夜间，太阳能电池板的电压被汽车光束照亮了5分钟。当这时，C1计时器值为5h15min。差值为：TNight(N-1)-C1＝8h15-5h15＝3H，超过了5分钟，那么C1计时器不停止继续运行。

另外照明灯在所有模式下，蓄电池都可以在白天通过太阳能电池板充电。电池内部的可用容量Q通过燃料电池测量仪确定。为了节省电池，我们必须保持最小容量Q0不低于电池总容量的5％。LED电流将根据电池中可用的电流量来计算。MCU将调整PWM占空比以获得正确的电流值。

在冬季模式下，我们需要在夜间某个时段使用LED照明，同时确保电池持续工作发热以防止温度过低损坏电池。例如：我们希望让太阳能照明灯在夜晚开始时工作4小时(14400秒)，夜晚结束前工作2小时(7200秒)，并且在这两个时段之间使用非常小的LED照明(比如几流明)，我们可以使用另一个计时器C2，它与C1同时启动并控制LED工作具体控制方案如下：

从0到14400秒：LED以电流ILED1点亮；

从14401到(TNight-1-7200秒)：待机照明，LED以小电流ILED2点亮；

从(TNight-1-7200s)到TNight-1：LED以电流ILED1点亮。

对于LED的工作电流，可以考虑每晚使用白天太阳能电池板吸收的电流量。

然后用LED恒流工作方式，比如：ILED1＝0.9x Q DayN/6小时；ILED2＝0.1x QDayN/(TNight(N-1)–6H)；通过MCU(中央处理器)可以确定电流量并调整PWM占空比，以便在这些时间段内恒流工作。

进一步例举示例如下：今天是星期一，晴天，从星期日到星期一TNight(N)的夜晚长度为8小时13分钟。传输到太阳能电池板的电流量为1479mA。

冬季模式下：

ILED1＝0.9x Q DayN/6小时＝0.9x 1479/6＝221mA

ILED2＝0.1x Q DayN/(TNight(N-1)–6H)＝0.1x 1479/(8h13–6)＝67mA。

本专利还设计有电量指示器，对应有两种指示模式：第一种是如果电池容量过低(低于30％)，为了确保顾客的安全，LED灯每30秒闪烁2秒。在这2秒内，其功率将从0流明上升到几流明，然后下降到0流明(呼吸灯模式)。第二种是如果电池容量超过30％，智能太阳能照明灯产品就可以正常工作。为了向客户指示此为“准备工作”状态，LED每30秒闪烁2次，每次0.5秒。

具体实施时本发明专利为了使电池应避免低放电和过度充电，还有进行如下参数设定：过充保护：4.2V，低压电池保护：2.9V-3V(LED必须停止)，超低电池保护：2.5V，超低电池电流：<5μA。电池电压达到2.9-3V(低电池保护电压)后，低电量指示模式必须开启；只有太阳能电池板吸收到太阳光且电池电压超过3.5V时，LED才能再次亮起(太阳能电池板电压超过2V)同时关闭模式下的待机电流<10μA。

需要特别说明的是，上述发明内容与实施例中所提到的电压值、电池容量比例值，可以测试过程中能够进行更改和调整，以上指定具体值只是为了描述时更加简明。同时在选用MCU时对应芯片的内置程序中可参照设置下表中的输入/参数：

另外附图中的几处英语对应释义如下：Solarpanel：太阳能电池板；Batteryprotection：电池保护芯片；Fuel jauge：燃料电池测量仪；Rsense：感应电阻；LED Driver：LED驱动。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。