專利名稱：一種智能可調控太陽能半導體照明控制器及方法
技術領域：
本發明屬于太陽能半導體照明控制器領域，尤其涉及一種智能可調控太陽能半導體照明控制器的最大功率跟蹤方法，該控制器能夠實現對太陽能半導體照明設備電池和工作模式的智能管理。
背景技術：
隨著科技的進步，傳統的火力發電、水力發電的方式正逐漸被風力放電、太陽能發電等方式所取代。太陽能發電利用的是太陽光源，節能環保，更加符合我國所提出的綠色環保低碳的發展方向，因此受到廣泛的應用。尤其值得一提的是，在電子儀器儀表、交通信號指示燈、城市景觀照明等領域已經大量使用了一種基于太陽能半導體的照明技術。太陽能半導體照明是利用太陽電池提供電源和作光光源的組合，太陽電池是直接將光能轉化為直流電能，且太陽電池組件可以通過串、并聯的方式任意組合，得到實際需要的電壓。將太陽 電池與LED結合，將無須任何的逆變裝置進行交、直流轉換，因此太陽能半導體照明系統將獲得很高的能源利用率、安全性和可靠性。常見的太陽能照明半導體系統有太陽能草坪燈、太陽能信號燈以及太陽能半導體路燈等。目前太陽能半導體照明控制主要存在幾個方面的問題。第一傳統儲能元件鉛酸電池受制造技術所限使用壽命不長，在使用過程中如果出現過充過放，或者沒有對鉛酸蓄電池的浮充電壓進行溫度補償等情況，會使鉛酸蓄電池的實際使用壽命進一步縮短，遠小于太陽能電池及系統控制器等其他重要部件的壽命，導致需要頻繁的更換鉛酸蓄電池，增加了使用的成本的同時還會對環境造成污染。第二 大部分獨立型太陽能照明系統沒有采用網絡化監控管理，只能以區域為單位對照明設備進行簡單的開關燈控制，這些分組節能控制方法欠缺人性化，不能實現信息融合以及遠程集中監控，對照明設備的維護相當困難，存在對照明設備防盜、線路防盜無能為力、不能實現照明系統節能、經濟、聞效的目標等弊端。
發明內容
本發明目的是提供一種智能可調控太陽能半導體照明控制器及方法，該控制器實現了對光伏電池最大功率的跟蹤，并利用數字溫度芯片檢測蓄電池的工作溫度，對蓄電池的充放電過程所設定的各閾值進行溫度補償。上位機可按需求調節每個獨立照明設備的工作模式。本發明的技術方案是本發明一種智能可調控太陽能半導體照明控制器，包括微處理器、第一電流電壓采樣電路、第二電流電壓采樣電路、DC-DC變換電路、驅動電路、數字溫度傳感電路和上位機；所述第一電流電壓采樣電路檢測太陽能電池當前工作電壓、電流；所述第二電流電壓采樣電路檢測蓄電池當前工作電壓、電流，所述數字溫度傳感電路檢測蓄電池的工作溫度并對蓄電池的充放電過程所設定的各閾值進行溫度補償；微處理器根據接收的太陽能電池當前工作電壓和電流信號、蓄電池當前工作電壓和電流信號以及溫度信號通過增量電導法算出PWM信號和驅動信號，所述微處理器與上位機雙向通信；DC-DC變換電路根據接收的PWM信號控制太陽能電池給蓄電池充電；驅動電路根據接收的驅動信號驅動蓄電池給半導體照明負載供電，所述半導體照明負載與上位機無線通信。所述微處理器上還設置切換電路，所述切換電路的輸入端接市電，切換電路的輸出端接半導體照明負載的電源輸入端。所述微處理器上還設置液晶顯示電路和蜂鳴器。所述半導體照明負載由多個 照明控制局域網構成，每一個照明控制局域網都由一個照明監控子站和多個照明終端節點即半導體燈組成，照明監控子站與照明終端節點通過無線射頻通信；各個照明監控子站通過GPRS網絡與照明監控中心即上位機通信。一種智能可調控太陽能半導體照明控制器的最大功率跟蹤方法如下根據第一電流電壓采樣電路檢測得到的太陽能電池當前工作電壓Vpv、電流Ipv，太陽能電池輸出功率為Ppv = VpvXIpv,則瞬時電導為=·，增量電導為AG=-^l-
^U V pjr當太陽能電池的瞬時電導大于增量電導時，太陽能電池輸出電壓小于最大功率點處的工作電壓；當太陽能電池的瞬時電導等于增量電導時，太陽能電池工作在最大功率點處；太陽能電池的瞬時電導小于增量電導時，太陽能電池輸出電壓大于最大功率點處的工作電壓；微處理器根據檢測到的前后兩次太陽能電池輸出功率的差值判斷最大功率點的位置，進而改變DC-DC變換電路PWM信號的占空比，使DC-DC變換電路的等效電阻等于太陽能電池的內阻，從而實現了太陽能電池的最大功率跟蹤。本本發明的有益效果是智能可調控太陽能半導體照明控制器能夠通過無線通信方式與上位機相連，實時跟蹤檢測每個半導體照明LED燈的工作情況，并且可以按要求調整每個獨立的LED燈的工作模式。實現了對太陽能蓄電池的溫度補償和最大功率跟蹤，這種控制策略克服了傳統的單純的對蓄電池的充放電而使得蓄電池的壽命較短的缺陷，照明功率非最大化的缺陷，提高了太陽能照明系統的蓄電池壽命，降低了使用成本，也使得整個系統更加智能化。
圖I為可調控太陽能半導體照明控制器蓄電池電壓采集硬件圖；圖2為可調控太陽能半導體照明控制器蓄電池電流采集硬件圖；圖3為可調控太陽能半導體照明控制器蓄電池溫度采集硬件圖；圖4為基于ZigBee無線通信的系統結構圖；圖5可調控太陽能半導體照明控制器模塊圖。具體實現方式下面進一步對智能可調控太陽能半導體照明控制器進行描述。如圖5所示，控制器包括單片機、電流電壓采樣電路、DC-DC變換電路、驅動電路、數字溫度傳感電路、液晶顯示電路、蜂鳴器和上位機；在電流電壓采樣電路中輸出電壓是利用逐次比較式A/D轉換器ADC0809芯片來檢測信號的模數轉換，如圖I所示，將太陽能蓄電池的電壓經過兩串電阻分壓后接入轉換器的模擬信號輸入端，給ADC0809的START管腳輸入正脈沖，啟動模/數轉換，轉換期間EOC維持低電平，轉換結束時，EOC轉為高電平，由此判斷轉換是否完成，之后打開ADC內部三態輸出鎖存器，從D(TD7引腳讀出數據。輸出電流是采用霍爾電流傳感器HBA6-NP來檢測的，如圖2所示，HFB06DS5采用+5V電源供電，J2作為兩個輸入端，串接于太陽能電池回路中，電流從J2-2輸入，J2-1輸出，接入100歐的取樣電阻Rl將信號轉變為電壓，輸出到ADC0809IN1通道。測得輸出電壓和電流后，依據增量電導法理論，太陽能電池輸出功率公式表示為
權利要求
1.一種智能可調控太陽能半導體照明控制器，其特征在于包括微處理器、第一電流電壓采樣電路、第二電流電壓采樣電路、DC-DC變換電路、驅動電路、數字溫度傳感電路和上位機；所述第一電流電壓采樣電路檢測太陽能電池當前工作電壓、電流；所述第二電流電壓采樣電路檢測蓄電池當前工作電壓、電流，所述數字溫度傳感電路檢測蓄電池的工作溫度并對蓄電池的充放電過程所設定的各閾值進行溫度補償；微處理器根據接收的太陽能電池當前工作電壓和電流信號、蓄電池當前工作電壓和電流信號以及溫度信號通過增量電導法算出PWM信號和驅動信號，所述微處理器與上位機雙向通信；DC-DC變換電路根據接收的PWM信號控制太陽能電池給蓄電池充電；驅動電路根據接收的驅動信號驅動蓄電池給半導體照明負載供電，所述半導體照明負載與上位機無線通信。
2.根據權利要求I所述的一種智能可調控太陽能半導體照明控制器，其特征在于所述微處理器上還設置切換電路，所述切換電路的輸入端接市電，切換電路的輸出端接半導體照明負載的電源輸入端。
3.根據權利要求I所述的一種智能可調控太陽能半導體照明控制器，其特征在于所述微處理器上還設置液晶顯示電路和蜂鳴器。
4.根據權利要求I或2所述的一種智能可調控太陽能半導體照明控制器，其特征在于所述半導體照明負載由多個照明控制局域網構成，每一個照明控制局域網都由一個照明監控子站和多個照明終端節點即半導體燈組成，照明監控子站與照明終端節點通過無線射頻通信；各個照明監控子站通過GPRS網絡與照明監控中心即上位機通信。
5.一種如權利要求I所述的一種智能可調控太陽能半導體照明控制器的最大功率跟蹤方法，其特征在于所述方法如下 根據第一電流電壓采樣電路檢測得到的太陽能電池當前工作電壓Vpv、電流Ipv，太陽能電池輸出功率為 P PV Vpy X I PV， j 則瞬時電導為，增量電導為 -子·’r pj,(A r jyjr 當太陽能電池的瞬時電導大于增量電導時，太陽能電池輸出電壓小于最大功率點處的工作電壓；當太陽能電池的瞬時電導等于增量電導時，太陽能電池工作在最大功率點處；太陽能電池的瞬時電導小于增量電導時，太陽能電池輸出電壓大于最大功率點處的工作電壓；微處理器根據檢測到的前后兩次太陽能電池輸出功率的差值判斷最大功率點的位置，進而改變DC-DC變換電路PWM信號的占空比，使DC-DC變換電路的等效電阻等于太陽能電池的內阻，從而實現了太陽能電池的最大功率跟蹤。
全文摘要
本發明公布了一種智能可調控太陽能半導體照明控制器及方法，所述控制器包括微處理器、第一電流電壓采樣電路、第二電流電壓采樣電路、DC-DC變換電路、驅動電路、數字溫度傳感電路和上位機。所述方法如下調節DC-DC轉換電路PWM信號占空比，改變DC-DC轉換電路的等效電阻，使之始終等于太陽能電池的內阻，從而實現光伏電池的最大功率跟蹤。本發明實現了照明功率的最大化，并與上位機相連具有可監控調節功能，提高了太陽能半導體照明系統的智能化水平。
文檔編號H05B37/02GK102905425SQ20121036050
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者朱正偉, 戚奇平 申請人:常州愛索電子有限公司