一种LED路灯智能控制系统

技术领域

本发明涉及LED路灯的控制领域，具体涉及一种LED路灯智能控制系统。

背景技术

路灯是一个城市非常重要的一部分，传统的照明路灯一般采用高压钠灯，由于高压钠灯不能根据人流，车流，环境光照等进行调节，光效比较低，进而造成了能源的巨大浪费，因此开发高光效、长寿命、高显色指数、环保节能的智能路灯照明系统具有重要的意义。随着社会的发展，社会面临越来越严重的能源危机，人们越来越重视对各种新能源如：核能，太阳能、地热能、风能等的利用。其中，太阳能是一种较为理想的可再生能源，太阳光每40分钟照射地球所产生的能量足够抵消地球1年的能源消耗，预计太阳能的利用在未来十年后将会普及，成为未来照明行业发展趋势。LED灯是近几年新出现的、最有希望成为绿色光源的固体光源。LED灯体积小、耗能低、寿命长并且环保，同时具有低电压驱动、反应时间快等优点。正是由于LED与传统照明光源相比具有种种优势，使得近年来LED灯越来越多地应用在城市道路照明上，绿色照明产业在全国各地蓬勃发展。LED路灯为降低灯具的能源消耗发挥了重要的作用，但是现有的路灯控制技术却成为节能减排的新瓶颈。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明提供一种LED路灯智能控制系统，实现太阳能LED节能路灯控制系统的智能化、自动化功能，通过路灯照明管理系统对路灯公共照明实行统一管理，达到照明远程监测、智能管控、节能降耗的“三位一体”的成效。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种LED路灯的智能控制系统，包括太阳能电池板、蓄电池、充电控制电路、外接电源、电源切换电路、电压检测电路、系统处理器和驱动电路；

所述充电控制电路用于将从太阳能电池板的电能存储至蓄电池并连接至LED路灯；

电压检测电路，用于对蓄电池的电压检测并将检测到的电压信号输入至系统处理器；

所述系统处理器用于将电压信号进行整理并同时输出反馈信号给充电控制电路和驱动电路；

电源切换电路，所述电源切换电路用于根据系统处理器接收的充电控制电路的电压信号，控制接入外接电源或蓄电池；

驱动电路，用于接收系统处理器给出的信号并根据反馈信号进行LED路灯的工作状态调节。

进一步地，智能控制系统还包括光线信号检测电路，所述光线信号检测电路用于根据采集LED路灯的相关参数获得输出反馈信号至系统处理器，以驱动电压检测电路检测蓄电池的电压是否大于阈值电压。

进一步地，光线信号检测电路包括第一子处理单元和光敏电阻，利用光敏电阻对周围光照进行采集和转换，光线信号检测电路运放的反相端接入了一个基准电压，基准电压是通过分压电阻将第一子处理单元的工作电压，分压所得，光线信号检测电路运放的同相端接入的是信号经过分压电阻和光敏电阻分压所得的信号。

进一步地，智能控制系统还包括时钟控制电路，时钟控制电路包括第二子处理单元，第二子处理单元用于设定LED路灯的开灯时间和关灯时间，以及将开灯信号和关灯信号传输至系统处理器，系统处理器通过开灯和关灯的时间是否相等来判断进入光控模式或时控模式。

进一步地，电压检测电路的两路输出端接入第三子处理单元，第三子处理单元的工作电压运放的反相端接入了一个基准电压，基准电压是通过分压电阻将第三子处理单元的工作电压分压所得。

进一步地，充电控制电路包括第四子处理单元和三极管，第四子处理单元通过驱动与其串联的三极管，来调整充电控制电路的输出电压。

进一步地，电源切换电路包括第一开关和第二开关，第一开关和第二开关分别连接系统处理器的两个输入端引角，第一开关用于控制接入外接电源或蓄电池，第二开关用于控制LED路灯的开关。

进一步地，驱动电路包括第五子处理单元，第五子处理单元通过脉冲宽度调制的方式控制LED路灯。

本发明的有益效果

本发明提出的LED路灯的智能控制系统，通过电压检测电路对蓄电池的电压进行监测，当蓄电池供电无法满足要求时，自动切换到充电控制电路对蓄电池进行充电，同时控制接入外接电源；当蓄电池供电满足要求时，通过蓄电池进行供电。通过两种供电模式的切换，既保证路灯照明系统的正常运行，又能起到节能减排的效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的LED路灯的智能控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的蓄电池的电压检测电路；

图3为本发明实施例提供的蓄电池的充电控制电路；

图4为本发明实施例提供的系统处理器的电源切换电路；

图5为本发明实施例提供的LED路灯的驱动电路；

图6为本发明实施例提供的光线信号检测电路；

图7为本发明实施例提供的时钟控制电路；

图8为本发明实施例提供的LED路灯的智能控制系统控制模式流程图；

图9为本发明实施例提供的LED路灯的智能控制系统光控模式下工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明LED路灯的智能控制系统。

本实施例的LED路灯的智能控制系统如图1所示。包括太阳能电池板、蓄电池、充电控制电路、外接电源、电源切换电路、电压检测电路、系统处理器和驱动电路；所述充电控制电路用于将从太阳能电池板的电能存储至蓄电池并连接至LED路灯；所述电压检测电路，用于对蓄电池的电压检测并将检测到的电压信号输入至系统处理器；所述系统处理器用于将电压信号进行整理并同时输出反馈信号给充电控制电路和驱动电路；电源切换电路，所述电源切换电路用于根据系统处理器接收的充电控制电路的电压信号，控制接入外接电源或蓄电池；所述驱动电路，用于接收系统处理器给出的信号并根据反馈信号进行LED路灯的工作状态调节。

其中系统处理器采用AT89S52芯片为核心的控制器，AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

电压检测电路及充电控制电路组成蓄电池充电模块。电压检测电路的两路输出端接入第三子处理单元，第三子处理单元的工作电压运放的反相端接入了一个基准电压，基准电压是通过分压电阻将第三子处理单元的工作电压分压所得。充电控制电路包括第四子处理单元和三极管，第四子处理单元通过驱动与其串联的三极管，来调整充电控制电路的输出电压。

电压检测电路如图2所示，电压检测电路的第三子处理单元也是集成运放LM393，其两路输出端接入单片机，电路中芯片工作电压为5V，运放的反相端接入了一个基准电压，基准电压是通过分压电阻将5V分压所得，基准电压为2V。当蓄电池的电压下降到一定值的时候，其经过蓄电池的电压下降到一定值的时候，其经过R1、R2、R3分压得到的电压低于基准电压2V时，比较器输出电平，单片机就判断蓄电池电量不足，于是就启动欠压保护并进入市电供电模式；当蓄电池被充电时，蓄电池电压上升到一定值的时候，经过R10、R11分压得到的电压高于基准电压2V时，比较器输出电平。单片机就判断蓄电池电量充足，系统就进入蓄电池供电模式。本设计选用的蓄电池为12V蓄电池，蓄电池电量足时的电压为11.5V，电量如果低于11.5V对蓄电池寿命影响会很大，蓄电池电池充足时的电压为13.5V。

充电控制电路如图3所示。本发明采用UC3906芯片进行充电控制。UC3906内部的逻辑电路提供了三种充电状态，该芯片内部含有限流放大器和电压控制电路，可以控制UC3906内部的驱动器，该驱动器可以提供输出电流为25mA，可以直接驱动串联在外部的三极管图4中的Q1，进而来调整电路的输出电压及电流。芯片内部的电压检测比较器和电流检测比较器实时监测蓄电池的实时充电状态，并控制着状态逻辑电路。当蓄电池电压或者电流过低时，充电就会启动比较器进而控制充电器进入涓流充电状态，当UC3906内部驱动器截止时，该比较器就会输出25mA涓流充电电流对蓄电池进行充电。这样，当蓄电池短路或者正负接反的时候，充电器就只可以小电流充电，进而避免了由于充电电流太大而将蓄电池损坏。

电源切换电路包括第一开关和第二开关，第一开关和第二开关分别连接系统处理器的两个输入端引角，第一开关用于控制接入外接电源或蓄电池，第二开关用于控制LED路灯的开关。

电源切换电路如图4所示。为了保证系统的稳定性和可靠性，本发明采用双电源为太阳能LED路灯系统供电，K1、K2表示第一开关和第二开关，K1、K2分别连接单片机两个IO口，分别控制两种电源和路灯开关。初始状态系统是由蓄电池供电。当连续的阴雨天超过3或者蓄电池电压低时，单片机通过改变K1端电平来改变系统供电电源由开关电源供电。当检测到蓄电池电量充满时，K1电平改变，系统由蓄电池供电。当单片机检测到天色暗或者开灯时间到了的时候，单片机改变K2电平来打开LED路灯开关；反之，检测到天亮或者关灯时间到的时候，K2的电平改变，关断LED路灯开关。

驱动电路包括第五子处理单元，第五子处理单元通过脉冲宽度调制的方式控制LED路灯。

驱动电路如图5所示。采用AMC7150驱动芯片为第五子处理单元，AMC7150是一个控制PWM(脉冲宽度调制)方式工作的LED驱动芯片。其可以输出几个毫安到1.5A的驱动电流。可以使得LED高亮、高效的工作在电压4V到40V之间。工作频率可以达到200KHZ，其频率由外部电容控制，如果负载改变时，可以通过改变外部电阻就可以达到改变输出驱动电流的目的。

其中一个实施例中，智能控制系统还包括光线信号检测电路，所述光线信号检测电路用于根据采集LED路灯的相关参数获得输出反馈信号至系统处理器，以驱动电压检测电路检测蓄电池的电压是否大于阈值电压。光线信号检测电路包括第一子处理单元和光敏电阻，利用光敏电阻对周围光照进行采集和转换，光线信号检测电路运放的反相端接入了一个基准电压，基准电压是通过分压电阻将第一子处理单元的工作电压，分压所得，光线信号检测电路运放的同相端接入的是信号经过分压电阻和光敏电阻分压所得的信号。

光线信号检测电路如图6所示。第一子处理单元用的是LM393，用光敏电阻对周围光照进行采集和转换。运放的反相端接入了一个基准电压，基准电压是通过分压电阻将5V分压所得，基准电压为1.27V，同相端接入的是信号经过分压电阻和光敏电阻分压所得的信号，当光敏电阻感受到光时，其电阻降低，当降低到一定值时，与基准电压对比，低于基准电压，比较器输出端接入单片机，此时便得到白天的信号；相反，当光敏电阻感受不到光时，其电阻增大，高于基准电压，比较器则输出电平信号到单片机，此时系统便判断为夜晚。

其中一个实施例中，为实现智能化的开关灯要求，智能控制系统还包括时钟控制电路，时钟控制电路包括第二子处理单元，第二子处理单元用于设定LED路灯的开灯时间和关灯时间，以及将开灯信号和关灯信号传输至系统处理器，系统处理器通过开灯和关灯的时间是否相等来判断进入光控模式或时控模式。

时钟控制电路如图7所示。第二子处理单元可以选用高性能、耗量比较低的时钟芯片，具体使用DS1302芯片。DS1302芯片里有秒寄存器、分寄存器等时间寄存器，通过编程将相应的数据写入这些寄存器，然后通过数组将里面的数据读取出来。DS1302时钟芯片的初始化主要是写入和读取数据，日历寄存器里的数据都以BCD码的形式保存的。实现的时控功能如下：(1)春夏两季：晚上19:00开灯，第二天上午5:00关灯。(2)秋冬两季：晚上17:00开灯，第二天上午7:00关灯。在实际应用的过程中，可以增加季节的具体分类以及更改相应的开关灯时间。即可以进行动态修改。在上位机上可以进行修改，通过通讯模块将修改的指令输入芯片，即可实现灵活的应用。

LED路灯的智能控制系统控制模式逻辑如图8所示。程序开始，先对所有的芯片的功能进行初始化，然后系统通过开关灯的时间是否相等来判断系统进入哪一种工作模式：当开灯时间与关灯时间相等时，系统进入光控模式，即由外接光敏电阻来判断白天还是夜晚；当开灯时间与关灯时间不相等时，系统则进入时控模式，开关灯全部由设定的时间来确定。选定工作模式后，系统就在此工作模式下循环工作，整体系统也在循环工作。

如图9为光控模式的运行逻辑，当系统经过判断进入光控模式后，系统开始不断检测由光敏电阻组成的信号采集电路的输出端，当天色变暗，光敏电阻电阻增大，其压降增大，进而信号采集电路输出端输出高电平，系统得到天色变暗的信号，此时开始系统检测蓄电池电压是否大于12V，检测完蓄电池端电压数值大小，判断出系统和负载的供电是由蓄电池供电还是市电。12V是系统判定蓄电池停止供电并由市电供电的阈值电压。确认供电主体后，LED路灯开始照明。因系统不断通过检测光敏电阻值来判断所处环境是否为白天，若确认所处环境为白天，则关灯，否则，继续检测，循环往复。

综上，本发明提出LED路灯的智能控制系统，通过多种供电模式的切换，保证路灯照明系统的正常运行，同时能根据环境光照等进行光度调节，实现节能控制的目的。