CN203814026U - 基于太阳能的光控led照明系统 - Google Patents

Abstract

基于太阳能的光控LED照明系统，涉及一种LED照明系统，本实用新型为了解决现有的道路照明采用国家电网供电，存在运营成本高，耗能不环保的问题。本实用新型包括太阳能电池板、蓄电池、电压转换电路和两个同型号的光照度检测电路、触发控制器、继电器以及LED阵列；太阳能电池板给蓄电池充电，蓄电池通过降压电路降压后分别给两个同型号的光照度检测电路、触发控制器、继电器以及LED阵列供电，并由光照度检测电路根据白天和夜晚的光照强度的不同，对触发控制器发送控制信号，从而通过控制继电器控制LED阵列的开启与关闭。本实用新型用于实现节能型自动控制的LED太阳能路灯。

Description

基于太阳能的光控LED照明系统

技术领域

本实用新型涉及一种LED照明系统。

背景技术

目前社会面临的三大主要问题是能源、环境和经济。能源和经济问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈，人类当前所使用的矿物能源日趋耗尽，环境污染日益严重，在严峻的能源替代形势和人类生态环境逐渐恶化的双重压力下，开发新能源成为世界各国关注的焦点。开发可再生而且不污染环境的清洁能源的任务已经迫在眉睫。太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点，被认为是21世纪最重要的能源。目前太阳能应用技术已取得较大突破，并且己较成熟地应用于建筑楼道照明、城市环境亮化照明、太阳能热水供应及采暖等系统。尤其是太阳能光伏技术的发展，给太阳能在照明中的应用带来了更加广阔的前景。

在照明领域，LED作为一种新型的绿色光源产品正吸引着世人的目光。LED被称为第四代照明光源，具有节能、环保、寿命长、相应快、发光效率高等优点，被应用于广泛领域。除了大量应用于电子设备、显示屏的显示外，在照明领域的应用最能体现其节能性。目前照明消耗约占整个电力消耗的20％，大幅降低照明用电是节约能源的重要途径。光伏发电技术和LED照明技术若能完美的结合，必将为人类的可持续发展做出重要贡献

太阳能光热同时横跨“新能源”和“节能环保”两大产业。太阳能作为一种清洁可再生的绿色能源，而半导体发光二极管(LED)也是一种环保、节能和高效的固态电光源。同为PN结半导体二极管，太阳能光伏发电技术与LED照明结合实现了将太阳能有光能转换为电能，再由电能转换回光能的利用。太阳能光伏发电技术能与LED照明完美结合关键在于两者同为直流电、电压低并能互相匹配等特点。两者的结合不需要变频器将光伏电池产生的直流电转化为交流电，因此大大提高了整个照明系统的效率。除此之外，太阳能光伏发电技术和LED照明都有着环保，节能，长寿命，安全的特点。随着太阳电池成本的降低和效率的日益提高，加之LED光效的提高。太阳能LED照明产业化技术将结合城市建设、特别是能源与环境方面的发展规划，使LED照明与节能技术、可再生洁净能源利用和新型绿色照明灯具推广等统筹考虑。可以预见太阳能LED照明产业将是一个大有发展前途的高新技术产业，不仅是经济的一个新的增长点，同时可给社会环境和人类的生活带来巨大的变革。因此研究开发高效节能的新能源照明技术对于我国的可持续发展计划有着重要的现实意义。

太阳能作为一种新型、绿色、可再生的能源，具有储量大、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的重视。发光二极管LED具有高效、节能、寿命长、环保等优点，将LED与太阳能相结合将会对照明系统产生革命性的影响。

然而，目前的道路照明大多还是采用国家电网供电，这样存在着运营成本高昂，能源消耗量大、非常不环保的问题。

发明内容

本实用新型目的是为了解决现有的道路照明采用国家电网供电，存在运营成本高，耗能不环保的问题，提供了一种基于太阳能的光控LED照明系统。

本实用新型所述基于太阳能的光控LED照明系统，它包括太阳能电池板、蓄电池、电压转换电路、一号光照度检测电路、一号触发控制器、一号继电器、一号LED阵列、二号光照度检测电路、二号触发控制器、二号继电器和二号LED阵列；

所述太阳能电池板的电流信号输出端连接蓄电池的电流信号输入端，所述蓄电池的正相电压信号输出端和负相电压信号输出端连接电压转换电路的正相电压信号输入端和负相电压信号输入端，所述电压转换电路的转换电压信号输出端同时连接一号光照度检测电路、一号触发控制器、一号继电器、一号LED阵列、二号光照度检测电路、二号触发控制器、二号继电器和二号LED阵列的转换电压信号输入端；

所述一号光照度检测电路的检测光照度信号输出端连接一号触发控制器的检测光照度信号输入端；所述一号触发控制器的触发控制信号输出端连接一号继电器的触发控制信号输入端，所述一号继电器的开关量信号输出端连接一号LED阵列的开关量信号输入端；

所述二号光照度检测电路的检测光照度信号输出端连接二号触发控制器的检测光照度信号输入端；所述二号触发控制器的触发控制信号输出端连接二号继电器的触发控制信号输入端，所述二号继电器的开关量信号输出端连接二号LED阵列的开关量信号输入端。

所述电压转换电路的输入电压为12V，输出电压为9V的工作电压。

所述一号继电器和二号继电器采用同一型号继电器组。

所述电压转换电路是由稳压器，一号电容、二号电容、三号电容、四号电容,一号电阻、二号电阻和电位器构成；

所述一号电容的一端作为电压转换电路的正相电压信号输入端，且该一号电容的一端同时还连接稳压器的Vin端；

所述二号电容的一端连接稳压器的Vin端；

所述一号电容的另一端作为电压转换电路的负相电压信号输入端，且该一号电容的另一端同时还连接电源地；

所述二号电容的另一端连接电源地；

所述稳压器的ADJ端同时连接电位器的活动端和三号电容的一端，所述三号电容的另一端连接电源地；

所述稳压器的Vout端、一号电阻的一端和四号电容的正极同时作为电压转换电路的转换电压信号输出端；

所述一号电阻的另一端连接电位器一个固定端，该电位器的另一固定端连接二号电阻R2的一端；

所述二号电阻的另一端连接电源地；

所述四号电容的负极连接电源地。

所述稳压器采用LM317型稳压器。

所述一号光照度检测电路和二号光照度检测电路的结构组成完全一致，

所述一号光照度检测电路是由光敏电阻、电位器、四号电阻、七号电阻、八号电阻和反相电路组成；

所述四号电阻的一端和反相电路的VCC端同时作为光照度检测电路的转换电压信号输入端；所述四号电阻的另一端连接电位器的输入端；所述电位器的活动端连接七号电阻R7的一端；

所述电位器的输出端连接光敏电阻的一端，所述光敏电阻的另一端同时连接反相电路U1的GND端；

所述七号电阻的另一端连接反相电路的信号输入端，所述反相电路的信号输出端即为光照度检测电路的检测光照度信号输出端。

所述反相电路采用4069型非门集成电路实现。

所述一号触发控制器和二号触发控制器的结构组成完全一致；

所述一号触发控制器是由时基集成电路555定时器，八号电阻、九号电阻、十号电阻、二号二极管、三号二极管，五号电容、六号电容和发光二极管组成；

所述时基集成电路555定时器的RST端和VCC端同时作为触发控制器的降压后的电压信号输入端；

所述二号二极管的正极端即为触发控制器的检测光照度信号输入端，所述二号二极管D2的负极端同时连接八号电阻的一端和时基集成电路555定时器的2号TRI管脚，

所述八号电阻的另一端连接555定时器的信号地端GND1；

所述五号电容的一端连接555定时器的THR端，该五号电容的另一端连接时基集成电路555定时器的信号地端GND1；

所述六号电容的一端连接时基集成电路555定时器的CON端，该六号电容的另一端连接555定时器的信号地端GND1；

所述时基集成电路555定时器的输出端OUT端连接九号电阻的一端，该九号电阻的另一端同时连接十号电阻的一端，并作为触发控制器的时间控制信号输出端；

所述发光二极管的一端连接时基集成电路555定时器的VCC端，该发光二极管的另一端连接十号电阻的另一端。

本实用新型的优点：

1该系统不需电源供电，直接由太阳光源提供能量，将该能量直接作为供电电源并且利用蓄电池存储；

2LED发光器件光源的能量电能由太阳能电池板或蓄电池提供，其电-光转换后的能量光能直接用来照明；这样使得本系统节能环保，不产生任何污染；

3太阳能电池板、LED发光器件光源、光敏电阻驱动电路系统、数据处理与显示模块相连，相互控制并显示数据，同时实现了光电转换能量供给系统、发光器件、光敏电阻驱动电路系统及数据处理与显示模块四种器件特性的综合控制和监测。从而避免了传统太阳能LED照明控制系统实质上就是一个独立式的光伏系统的缺点；

4利用光敏电阻能够对环境光线亮度光强大小进行探测，从而控制光源的亮度。

附图说明

图1是本实用新型所述基于太阳能的光控LED照明系统的结构示意图；

图2是本实用新型所述基于太阳能的光控LED照明系统的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于太阳能的光控LED照明系统，它包括太阳能电池板1、蓄电池2、电压转换电路3、一号光照度检测电路4、一号触发控制器5、一号继电器6、一号LED阵列7、二号光照度检测电路8、二号触发控制器9、二号继电器10和二号LED阵列11；

所述太阳能电池板1的电流信号输出端连接蓄电池2的电流信号输入端，所述蓄电池2的正相电压信号输出端和负相电压信号输出端连接电压转换电路3的正相电压信号输入端和负相电压信号输入端，所述电压转换电路3的转换电压信号输出端同时连接一号光照度检测电路4、一号触发控制器5、一号继电器6、一号LED阵列7、二号光照度检测电路8、二号触发控制器9、二号继电器10和二号LED阵列11的转换电压信号输入端；

所述一号光照度检测电路4的检测光照度信号输出端连接一号触发控制器5的检测光照度信号输入端；所述一号触发控制器5的触发控制信号输出端连接一号继电器6的触发控制信号输入端，所述一号继电器6的开关量信号输出端连接一号LED阵列7的开关量信号输入端；

所述二号光照度检测电路8的检测光照度信号输出端连接二号触发控制器9的检测光照度信号输入端；所述二号触发控制器9的触发控制信号输出端连接二号继电器10的触发控制信号输入端，所述二号继电器10的开关量信号输出端连接二号LED阵列11的开关量信号输入端。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的电压转换电路3的输入电压为12V，输出电压为9V的工作电压。

具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的一号继电器6和二号继电器10采用同一型号继电器组。

具体实施方式四：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的电压转换电路3是由稳压器L，一号电容C1、二号电容C2、三号电容C3、四号电容C4,一号电阻R1、二号电阻R2和电位器R3构成；

所述一号电容C1的一端作为电压转换电路3的正相电压信号输入端，且该一号电容C1的一端同时还连接稳压器L的Vin端；

所述二号电容C2的一端连接稳压器L的Vin端；

所述一号电容C1的另一端作为电压转换电路3的负相电压信号输入端，且该一号电容C1的另一端同时还连接电源地；

所述二号电容C2的另一端连接电源地；

所述稳压器L的ADJ端同时连接电位器R3的活动端和三号电容C3的一端，所述三号电容C3的另一端连接电源地；

所述稳压器L的Vout端、一号电阻R1的一端和四号电容C4的正极同时作为电压转换电路3的转换电压信号输出端；

所述一号电阻R1的另一端连接电位器R3一个固定端，该电位器R3的另一固定端连接二号电阻R2的一端；

所述二号电阻R2的另一端连接电源地；

所述四号电容C4的负极连接电源地。

具体实施方式五：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的稳压器L采用LM317型稳压器。

具体实施方式六：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的一号光照度检测电路4和二号光照度检测电路8的结构组成完全一致，

所述一号光照度检测电路4是由光敏电阻R6、电位器R5、四号电阻R4、七号电阻R7、八号电阻R8和反相电路U1组成；

所述四号电阻R4的一端和反相电路U1的VCC端同时作为光照度检测电路4的转换电压信号输入端；所述四号电阻R4的另一端连接电位器R5的输入端；所述电位器R5的活动端连接七号电阻R7的一端；

所述电位器R5的输出端连接光敏电阻R6的一端，所述光敏电阻R6的另一端同时连接反相电路U1的GND端；

所述七号电阻R7的另一端连接反相电路U1的信号输入端，所述反相电路U1的信号输出端即为光照度检测电路4的检测光照度信号输出端。

具体实施方式七：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的反相电路U1采用4069型非门集成电路实现。

具体实施方式八：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的一号触发控制器5和二号触发控制器9的结构组成完全一致；

所述一号触发控制器5是由时基集成电路555定时器U，八号电阻R8、九号电阻R9、十号电阻R10、二号二极管D2、三号二极管D3，五号电容C5、六号电容C6和发光二极管LED1组成；

所述时基集成电路555定时器U的RST端和VCC端同时作为触发控制器5的降压后的电压信号输入端；

所述二号二极管D2的正极端即为触发控制器5的检测光照度信号输入端，所述二号二极管D2的负极端同时连接八号电阻R8的一端和时基集成电路555定时器U的2号TRI管脚，

所述八号电阻R8的另一端连接555定时器U的信号地端GND1；

所述五号电容C5的一端连接555定时器U的THR端，该五号电容C5的另一端连接时基集成电路555定时器U的信号地端GND1；

所述六号电容C6的一端连接时基集成电路555定时器U的CON端，该六号电容C6的另一端连接555定时器U的信号地端GND1；

所述时基集成电路555定时器U的输出端OUT端连接九号电阻R9的一端，该九号电阻R9的另一端同时连接十号电阻R10的一端，并作为触发控制器5的时间控制信号输出端；

所述发光二极管LED1的一端连接时基集成电路555定时器U的VCC端，该发光二极管LED1的另一端连接十号电阻R10的另一端。

本实用新型的工作原理：

本实用新型所述的基于太阳能的光控LED照明系统由太阳能电池板1给蓄电池2充电，蓄电池2供电电压为12V，降压成9V工作电压。

降压电路3由LM317型稳压器，电容C5、C6、C7、C8,电阻R19、R21和电位器R20构成。

一号光照度检测电路4和二号光照度检测电路8为同一结构的光照度检测电路，所述一号光照度检测电路4由光敏电阻，电位器R2，电阻R1、R4和4069型非门集成电路组成。

一号触发控制器5和二号触发控制器9为同一结构的触发控制器，所述一号触发控制器5由时基集成电路555定时器，电阻R6～R8，二极管D3、D4，电容C2、C3，发光二极管LED1和继电器组成。

由于白天光照很强，一号光照度检测电路4的光敏电阻受光照射而成低阻态，4069型非门集成电路输入端为低电平，输出端为高电平，D1导通，定时器2脚和6脚为高电平，3脚输出低电平，发光二极管LED1点亮，继电器K不吸合，LED灯不会被点亮。

当光照强度变弱时，一号光照度检测电路4的光敏电阻阻值变大。随着光线的逐渐变弱，4069型非门集成电路的输入电压逐渐上升。当该电压上升到4069型非门集成电路的阈值电压时，其输出端变为低电平，D1截止，C1开始充电，使定时器2脚电压逐渐下降。当2脚电压下降到工作电压9V的1/3时，定时器3脚输出高电平，使继电器吸合，同时LDE灯被点亮，发光二极管LED1不亮。

调节一号光照度检测电路4的电位器R2和二号光照度检测电路8的R11的阻值，可改变电路动作灵敏度。这样可以通过两个光敏电阻感光来控制LED路灯的亮灭。当光线弱到你设置的某个点时，由继电器K1控制的LED路灯被点亮，而由K2控制的路灯由于还未到达其阈值而未被点亮。当光线继续降弱，超过两个电路的阈值时，两个LED灯都被点亮。这样就能实现节能型自动控制的LED太阳能路灯。

本实验系统在能源供给端，利用光电转换能量供给系统太阳能电池板采集能量，对蓄电池进行充电，蓄电池为电路系统提供电源，同时光电转换能量供给系统采集到的能量也直接为电路系统提供电源。首先对光电转换能量供给系统电流进行放大，用AD采集信号，用显示模块显示电流信息；各部分的驱动电路，连接AD，进行处理，显示光强和电压信息；光源驱动电路，用来改变光源两端的电压和电流，显示模块同时显示当时的供电电流和发光功率。

Claims (8)

1.基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，它包括太阳能电池板(1)、蓄电池(2)、电压转换电路(3)、一号光照度检测电路(4)、一号触发控制器(5)、一号继电器(6)、一号LED阵列(7)、二号光照度检测电路(8)、二号触发控制器(9)、二号继电器(10)和二号LED阵列(11)；

所述太阳能电池板(1)的电流信号输出端连接蓄电池(2)的电流信号输入端，所述蓄电池(2)的正相电压信号输出端和负相电压信号输出端连接电压转换电路(3)的正相电压信号输入端和负相电压信号输入端，所述电压转换电路(3)的转换电压信号输出端同时连接一号光照度检测电路(4)、一号触发控制器(5)、一号继电器(6)、一号LED阵列(7)、二号光照度检测电路(8)、二号触发控制器(9)、二号继电器(10)和二号LED阵列(11)的转换电压信号输入端；

所述一号光照度检测电路(4)的检测光照度信号输出端连接一号触发控制器(5)的检测光照度信号输入端；所述一号触发控制器(5)的触发控制信号输出端连接一号继电器(6)的触发控制信号输入端，所述一号继电器(6)的开关量信号输出端连接一号LED阵列(7)的开关量信号输入端；

所述二号光照度检测电路(8)的检测光照度信号输出端连接二号触发控制器(9)的检测光照度信号输入端；所述二号触发控制器(9)的触发控制信号输出端连接二号继电器(10)的触发控制信号输入端，所述二号继电器(10)的开关量信号输出端连接二号LED阵列(11)的开关量信号输入端。

2.根据权利要求1所述基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，所述电压转换电路(3)的输入电压为12V，输出电压为9V的工作电压。

3.根据权利要求1所述基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，所述一号继电器(6)和二号继电器(10)采用同一型号继电器组。

4.根据权利要求1所述基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，所述电压转换电路(3)是由稳压器(L)，一号电容(C1)、二号电容(C2)、三号电容(C3)、四号电容(C4),一号电阻(R1)、二号电阻(R2)和电位器(R3)构成；

所述一号电容(C1)的一端作为电压转换电路(3)的正相电压信号输入端，且该一号电容(C1)的一端同时还连接稳压器(L)的Vin端；

所述二号电容(C2)的一端连接稳压器(L)的Vin端；

所述一号电容(C1)的另一端作为电压转换电路(3)的负相电压信号输入端，且该一号电容(C1)的另一端同时还连接电源地；

所述二号电容(C2)的另一端连接电源地；

所述稳压器(L)的ADJ端同时连接电位器(R3)的活动端和三号电容(C3)的一端，所述三号电容(C3)的另一端连接电源地；

所述稳压器(L)的Vout端、一号电阻(R1)的一端和四号电容(C4)的正极同时作为电压转换电路(3)的转换电压信号输出端；

所述一号电阻(R1)的另一端连接电位器(R3)一个固定端，该电位器(R3)的另一固定端连接二号电阻(R2)的一端；

所述二号电阻(R2)的另一端连接电源地；

所述四号电容(C4)的负极连接电源地。

5.根据权利要求4所述基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，所述稳压器(L)采用LM317型稳压器。

6.根据权利要求1所述基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，所述一号光照度检测电路(4)和二号光照度检测电路(8)的结构组成完全一致，

所述一号光照度检测电路(4)是由光敏电阻(R6)、电位器(R5)、四号电阻(R4)、七号电阻(R7)、八号电阻(R8)和反相电路(U1)组成；

所述四号电阻(R4)的一端和反相电路(U1)的VCC端同时作为光照度检测电路(4)的转换电压信号输入端；所述四号电阻(R4)的另一端连接电位器(R5)的输入端；所述电位器(R5)的活动端连接七号电阻(R7)的一端；

所述电位器(R5)的输出端连接光敏电阻(R6)的一端，所述光敏电阻(R6)的另一端同时连接反相电路(U1)的GND端；

所述七号电阻(R7)的另一端连接反相电路(U1)的信号输入端，所述反相电路(U1)的信号输出端即为光照度检测电路(4)的检测光照度信号输出端。

7.根据权利要求6所述基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，所述反相电路(U1)采用4069型非门集成电路实现。

8.根据权利要求1所述基于太阳能的光控LED照明系统，其特征在于，所述一号触发控制器(5)和二号触发控制器(9)的结构组成完全一致；

所述一号触发控制器(5)是由时基集成电路555定时器(U)，八号电阻(R8)、九号电阻(R9)、十号电阻(R10)、二号二极管(D2)、三号二极管(D3)，五号电容(C5)、六号电容(C6)和发光二极管(LED1)组成；

所述时基集成电路555定时器(U)的RST端和VCC端同时作为触发控制器(5)的降压后的电压信号输入端；

所述二号二极管(D2)的正极端即为触发控制器(5)的检测光照度信号输入端，所述二号二极管(D2)的负极端同时连接八号电阻(R8)的一端和时基集成电路555定时器(U)的2号TRI管脚，

所述八号电阻(R8)的另一端连接555定时器(U)的信号地端GND1；

所述五号电容(C5)的一端连接555定时器(U)的THR端，该五号电容(C5)的另一端连接时基集成电路555定时器(U)的信号地端GND1；

所述六号电容(C6)的一端连接时基集成电路555定时器(U)的CON端，该六号电容(C6)的另一端连接555定时器(U)的信号地端GND1；

所述时基集成电路555定时器(U)的输出端OUT端连接九号电阻(R9)的一端，该九号电阻(R9)的另一端同时连接十号电阻(R10)的一端，并作为触发控制器(5)的时间控制信号输出端；

所述发光二极管(LED1)的一端连接时基集成电路555定时器(U)的VCC端，该发光二极管(LED1)的另一端连接十号电阻(R10)的另一端。