專利名稱：太陽能led燈智能控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種戶外LED燈的控制電路，尤其是一種太陽能LED燈智能控制電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能LED燈控制電路通常都包括有光控電路、電池電壓檢測電路、 充電控制電路，時下有許多太陽能充電控制電路都是由運算放大器、穩(wěn)壓管和場效應(yīng)管組成，運算放大器構(gòu)成比較電路用來檢測電池過充保護(hù)點。從結(jié)構(gòu)上來說過于復(fù)雜，因其是采用模擬方式控制，難以調(diào)試過充保護(hù)電壓點和恢復(fù)充電電壓點，而且還有一個較大問題是，很容易出現(xiàn)臨界點，如果過充保護(hù)電壓點和恢復(fù)充電電壓點一旦設(shè)置不合理，出現(xiàn)臨界狀態(tài)就會造成反反復(fù)復(fù)地在充電和斷開充電間切換，長期如此動作將減少電池壽命；另外 LED驅(qū)動現(xiàn)有常見方案是采用電阻限流線性方式，當(dāng)電池電壓高出LED串聯(lián)組較多時，那么會有相當(dāng)一部分能量會在電阻上以散熱方式損耗掉，浪費能源；太陽能LED燈還有一個問題是，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)幾天陰雨天時，會嚴(yán)重影響其使用，如何延長陰雨天氣太陽能LED燈的照明時間，也是我們需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以準(zhǔn)確設(shè)置充電電壓保護(hù)點、無熱能耗限流驅(qū)動、可以延長陰雨天氣照明時間的太陽能LED燈智能控制電路。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明太陽能LED燈智能控制電路的技術(shù)方案是包括光控電路、電池電壓檢測電路、充電控制電路，其特征在于還包括PWM恒流控制電路、LED 短路控制電路，還包括內(nèi)置多級時控電路、看門狗電路、PWM及AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)以及單片機(jī)供電電路和單片機(jī)復(fù)位電路，所述的光控電路和電池電壓檢測電路的輸入端分別連接在充電控制電路的輸出端，光控電路和電池電壓檢測電路的輸出端分別連接到單片機(jī)的輸入端PA2 口和PAO 口，所述PWM恒流控制電路包括PWM恒流驅(qū)動電路和連接其輸出端的LED 串并組合燈組，所述PWM恒流驅(qū)動電路輸入端連接到單片機(jī)PA4 口的PWM輸出端，PWM恒流驅(qū)動電路中有一 LED燈組電流采樣端連接到單片機(jī)的PAl 口，所述LED短路控制電路連接于PWM恒流控制電路與單片機(jī)輸入端PA3 口之間，所述單片機(jī)復(fù)位電路由單片機(jī)的看門狗電路控制。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之一是所述的充電控制電路與單片機(jī)供電電路之間，在單片機(jī)供電電路輸入端連接有一個保護(hù)電池正負(fù)極反接的二極管D3。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之二是所述的光控電路中晶片電壓是經(jīng)過兩個電阻 R14和R23分壓后輸入單片機(jī)PA2 口的，通過單片機(jī)內(nèi)部AD數(shù)字轉(zhuǎn)換電路比較來控制亮燈滅燈。作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之三是還包括一個功率切換撥碼開關(guān)，連接到所述單片機(jī)的PB3和PB4 口上。
作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之四是所述單片機(jī)是一種型號為46R065的單片機(jī)。本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明采用了內(nèi)置多級時控電路、看門狗電路、PWM及 AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)控制各個功能電路，可以通過軟件準(zhǔn)確設(shè)置充電電壓保護(hù)點，更可以利用單片機(jī)PWM功能和時控功能，節(jié)約電池的能源，使其在連續(xù)幾天陰雨天時，還可以保持供給LED燈照明電能，所以本發(fā)明具有可以準(zhǔn)確設(shè)置充電電壓保護(hù)點、無熱能耗限流驅(qū)動、 可以延長陰雨天氣照明時間的有益效果，同時結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案，可以實現(xiàn)對太陽能LED燈的光控、時控、自動降流控制、PWM恒流控制、過充保護(hù)、過放保護(hù)、LED短路保護(hù)、電池正負(fù)極反接保護(hù)等功能，而且還能夠通過功率切換撥碼開關(guān)的檔位切換去實現(xiàn)對幾種不同功率太陽能LED燈的智能控制。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的太陽能LED燈智能控制電路作更詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明太陽能LED燈智能控制電路的電路圖。具體的實施方式由圖1所示，本發(fā)明太陽能LED燈智能控制電路的技術(shù)方案是包括光控電路1、 電池電壓檢測電路2、充電控制電路3，還包括PWM恒流控制電路4、LED短路控制電路5，還包括內(nèi)置多級時控電路、看門狗電路、PWM及AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)9以及單片機(jī)供電電路 6和單片機(jī)復(fù)位電路7，所述的光控電路1和電池電壓檢測電路2的輸入端分別連接在充電控制電路3的輸出端，光控電路1和電池電壓檢測電路2的輸出端分別連接到單片機(jī)供電電路6的輸入端PA2 口和PAO 口，所述PWM恒流控制電路4包括PWM恒流驅(qū)動電路和連接其輸出端的LED串并組合燈組，所述PWM恒流驅(qū)動電路輸入端連接到單片機(jī)9PA4 口的PWM 輸出端，PWM恒流驅(qū)動電路中有一 LED燈組電流采樣端連接到單片機(jī)9的PAl 口，所述LED 短路控制電路5連接于PWM恒流控制電路4與單片機(jī)9輸入端PA3 口之間，所述單片機(jī)復(fù)位電路7由單片機(jī)9的看門狗電路控制。由圖1所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之一是所述的充電控制電路3與單片機(jī)供電電路6之間，在單片機(jī)供電電路6輸入端連接有一個保護(hù)電池正負(fù)極反接的D3 二極管 11。由圖1所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之二是所述的光控電路1中晶片電壓是經(jīng)過兩個電阻R14和R23分壓后輸入單片機(jī)9PA2 口的，通過單片機(jī)9內(nèi)部AD數(shù)字轉(zhuǎn)換電路比較來控制亮燈滅燈。由圖1所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之三是還包括一個功率切換撥碼開關(guān) 8，連接到所述單片機(jī)9的PB3和PB4 口上。由圖1所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案之四是所述單片機(jī)9是一種型號為 46R065的單片機(jī)。該型號單片機(jī)市面有售。本發(fā)明可以有以下功能，實現(xiàn)說明如下光控電路1功能實施通過檢測太陽能晶片電壓高低來控制LED的亮燈與滅燈。 晶片電壓檢測是利用單片機(jī)9內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)，光控的流程是晶片電壓經(jīng)過光控電路1的R23和R14分壓，輸入單片機(jī)9的PA2 口，單片機(jī)9將所得的電壓轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)字，將這些數(shù)字與預(yù)先設(shè)定的數(shù)字相比較從而判斷是否需要亮燈還是滅燈。本結(jié)構(gòu)可以預(yù)防亮燈和滅燈瞬間出現(xiàn)的臨界狀態(tài)造成LED閃爍，而且一旦LED燈點亮以后就算有一個低于80LUX光源照射在晶片，LED燈也不會熄滅，此功能可以有效地避免一些意外情況，如有汽車燈照射，造成燈的熄滅。時控功能實施本發(fā)明可以根據(jù)客戶的要求實現(xiàn)多級分時段控制LED放電電流大小，通常在下半夜后大多數(shù)人們都已經(jīng)睡覺，那么此時將LED電流放小一些更加符合實際使用，此舉對于有效地降低太陽能LED燈成本起到較大作用。由于有此功能的存在還可以將放不完的電儲存在電池中，以備陰雨天使用。光控實現(xiàn)流程光控電路1檢測到了晚上， 以第一級電流點亮LED，同時啟動單片機(jī)9內(nèi)部第一級定時，當(dāng)?shù)谝患壏烹姇r間已到馬上開始第二級放電，同時啟動單片機(jī)內(nèi)部第二級定時，依次類推實現(xiàn)多級分時段放電。自動降流控制功能實施時下有許多太陽能LED燈都面臨一個問題連續(xù)出現(xiàn)幾天的陰雨天時LED燈不亮、或者LED亮燈時間短，通常只有1 2小時，但本發(fā)明因為采用了時控和自動降流控制的措施可以有效保證在3 5天的陰雨天都達(dá)到8小時的LED亮燈時間。自動降流控制流程當(dāng)電池電壓檢測電路2檢測到電池電壓低于幾串LED組的LED 在額定電流下的電壓值VF時，利用單片機(jī)9內(nèi)部的PWM及AD轉(zhuǎn)換功能，自動降低LED放電電流，一旦電池經(jīng)過充電后高于VF值時，恢復(fù)到正常放電狀態(tài)。如果一旦超出3天陰雨，因電池充電電壓達(dá)不到PWM恒流放電狀態(tài)，單片機(jī)9驅(qū)動LED的方式會由脈動方式變成一直高電平方式。LED放電電流隨著電池電壓下降而減少，進(jìn)入線性放電狀態(tài)，直到放電到正常狀態(tài)下的30%左右而關(guān)閉，進(jìn)入過放保護(hù)狀態(tài)。如果第二天是晴天，電池電壓一旦充到PWM 放電狀態(tài)，又恢復(fù)正常放電，如果繼續(xù)陰雨天，則又繼續(xù)保持限流放電。PWM恒流控制電路4功能實施當(dāng)電池電壓大于LED串聯(lián)組的VF值時，利用單片機(jī)9內(nèi)部的PWM及AD轉(zhuǎn)換功能實現(xiàn)了對LED恒流放電。LED的伏安特性與普通二極管的伏安特性相似，當(dāng)LED供電壓一旦大于其額定電流下的VF值后，那么電壓小小的變化都會引起LED電流極大的變化，所以采用了恒流放電方式保證了 LED長時間的穩(wěn)定性的工作。本發(fā)明中PWM恒流放電還有一個特色高效率達(dá)到90%以上，設(shè)計的策略是利用了電池的放電特性，12V電池電能80%是在12. 3V 12. 6V電壓之間釋放。以一組4串LED燈來說，在放電250mA的情況其VF值大概是2. 9V2. 9V*4 = 11.6V，那么12. 6V-11.6V= IV，由此可以得出效率=(1-1/12. 6)*100%= 92%。PWM恒流放電流程單片機(jī)9中PA4輸出PWM信號通過PWM恒流控制電路4驅(qū)動LED燈，單片機(jī)9AD轉(zhuǎn)換口 PAl采樣LED電流并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字，將所得的數(shù)字與預(yù)先設(shè)定的數(shù)字相比較改變PWM輸出信號的占空比，從而實現(xiàn)對LED 恒流控制。過充保護(hù)功能實施本發(fā)明充電控制電路3動作是由晶片電壓、電流大小決定，優(yōu)勢在于就算電池電壓放到很低，比如說12V電池放到8V，亦可以對電池進(jìn)行充電，在陽光光強度越大時晶片輸出電流就越大，充電控制電路3獲得的驅(qū)動電流也就越大，從而減少功率管Q5損耗，提升充電效率。過充保護(hù)流程當(dāng)單片機(jī)9檢測到電池電壓高于某個值時， 比如說12V電池電壓大于14. 5V，單片機(jī)9輸出一個高電平關(guān)斷充電回路，當(dāng)電池電壓低于某個值時，比如說12V電池電壓小于13. 5V，單片機(jī)9輸出一個低電平再次啟動充電控制電路3，依次循環(huán)5次，徹底關(guān)閉充電回路，經(jīng)過晚上亮燈以后第二才能復(fù)位充電控制電路3。 雖然充電控制電路3的主充電回路被關(guān)閉，但仍然會有一個由D13和RM組成的副回路，繼續(xù)進(jìn)行充電，但其充電電流只有主回路的5%，即所謂我們經(jīng)常所說的涓流充電。在大電流下對電池進(jìn)行充電往往只能充到85%左右，剩余15%要靠小電流才能充完，這就是引入涓流充電的原由。過放保護(hù)功能實施過放保護(hù)設(shè)置得是否合理將會嚴(yán)重影響電池使用壽命。因本發(fā)明采用了內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換單片機(jī)9，可以通過AD來采樣電池電壓并自動轉(zhuǎn)換成所需控制數(shù)據(jù)，從而自由易舉地設(shè)定電池過放保護(hù)電壓。通常情況下我們設(shè)定過放保護(hù)電壓是比電池規(guī)格書所描述值高10%，比如說12V電池規(guī)格書過放保護(hù)電壓是10V，那么會將其設(shè)定11V。 電池長期在淺度放電情況下其使用壽命將會更長，經(jīng)過我們這樣設(shè)置電池過放保護(hù)一般情況下能夠延長電池20% 30%壽命。過放保護(hù)流程當(dāng)單片機(jī)9通過電池電壓檢測電路2 檢測到電池電壓低于設(shè)定值后，單片機(jī)9關(guān)掉LED放電電流，熄滅LED，單片機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)，減少不必要損耗，經(jīng)過光照晶片以后啟動單片機(jī)復(fù)位電路7復(fù)位放電。LED短路保護(hù)功能實施此功能對于在意外情況下LED短路而有效地保護(hù)驅(qū)動LED 的功率管起到致關(guān)重要作用。打個比方說正常點亮LED的情況下，功率管兩端電壓只有 0. 6V左右，而一旦LED短路了，假如系統(tǒng)采用12V電池供電，那么12V電壓將全部加在功率管上，12V/0. 3V = 40，功率管功耗將瞬間增加40倍，從而很易把功率管燒壞。LED短路保護(hù)流程一旦單片機(jī)9的PA3引腳連續(xù)在0. 2秒內(nèi)檢測LED短路，單片機(jī)9隨即關(guān)閉LED回路，直到LED短路解除，再次打開LED放電回路。電池正負(fù)極反接保護(hù)功能實施此功能對于保護(hù)核心元件單片機(jī)和電池都起到非常重要作用。利用LED及二極管的單向?qū)щ娦缘奶匦裕ㄟ^巧妙設(shè)計在電路的三端穩(wěn)壓管 78L05因的輸入端加入D3 二極管11，就可以起到電池正、負(fù)極反接保護(hù)作用。因為三端穩(wěn)壓管與LED供電是相互獨立，而又因為三端穩(wěn)壓管本身功耗很小，通常在IOmA以下，所以在此處加入一個二極管即起到反接保護(hù)作用，又不會降低電路的整體效率。功率切換功能實施使用一個兩位的功率切換撥碼開關(guān)8，可以實現(xiàn)幾種不同功率間太陽能燈自由切換，將有利于大批量地生產(chǎn)電路板，降低了生產(chǎn)、采購的成本和難度。 功率切換撥碼開關(guān)8使用流程通過預(yù)先程序里設(shè)定幾種不同功率等級，根據(jù)實際生產(chǎn)的需要將撥碼開關(guān)打到合適位置。自動復(fù)位功能實施當(dāng)電池過放保護(hù)后或者是定時時間到后單片機(jī)9都會進(jìn)入休眠狀態(tài)，利用單片機(jī)9內(nèi)部的看門狗電路每天喚醒單片機(jī)復(fù)位電路7，復(fù)位一次單片機(jī)。此項特殊功能對于長時間不關(guān)斷電情況使用的電路起到一個非常大的作用。本發(fā)明的工作流程如下由圖1所示，先打開開關(guān)Kl，接通電池電源，單片機(jī)供電電路6提供一個5V的電壓給單片機(jī)9工作，單片機(jī)復(fù)位電路7在剛通電一瞬間強制復(fù)位單片機(jī)9，當(dāng)太陽能晶片產(chǎn)生電壓時，光控電路1在兩個電阻R14和R23分壓后，輸入單片機(jī)9的PA2 口，單片機(jī)9將所得的電壓轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)字，將這些數(shù)字與預(yù)先設(shè)定的數(shù)字相比較從而判斷是否需要亮燈還是滅燈，檢測到白天時，驅(qū)動充電控制電路3，電池電壓檢測電路2判斷電池是否充滿電了，如未充滿電就開始充電，如已經(jīng)充滿電就關(guān)閉充電控制電路3，直到晚上亮燈放電，第二天白天時可以重復(fù)上述步驟；如檢測到晚上時，電池電壓檢測電路2檢測電池電壓是否達(dá)到恒流電壓設(shè)定點要求，如果電壓達(dá)到要求，單片機(jī)9啟動PWM恒流控制電路4驅(qū)動LED串并組合燈組亮燈，如果電壓沒有達(dá)到恒流電壓設(shè)定點要求，單片機(jī)9控制自動降低驅(qū)動LED 的電流，在檢測電池還沒有達(dá)到過放保護(hù)點電壓之前，隨著電池電壓的繼續(xù)降低，LED將分級限流放電，一般設(shè)置是第一級放電電流3小時定時，第二級放電電流3小時定時，第三級放電電流2小時定時，直到檢測到電池達(dá)到過放保護(hù)點電壓，此時單片機(jī)9關(guān)閉PWM恒流控制電路4驅(qū)動LED，單片機(jī)9進(jìn)入休眠狀態(tài)，減少功耗，直到白天陽光普照，喚醒單片機(jī)9，重復(fù)上述工作流程。 以上所述只是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，其并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，只要是以基本相同的手段實現(xiàn)本發(fā)明的目的，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種太陽能LED燈智能控制電路，包括光控電路(1)、電池電壓檢測電路O)、充電控制電路(3)，其特征在于還包括PWM恒流控制電路G)、LED短路控制電路(5)，還包括內(nèi)置多級時控電路、看門狗電路、PWM及AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)(9)以及單片機(jī)供電電路(6)和單片機(jī)復(fù)位電路(7)，所述的光控電路⑴和電池電壓檢測電路(2)的輸入端分別連接在充電控制電路⑶的輸出端，光控電路⑴和電池電壓檢測電路⑵的輸出端分別連接到單片機(jī)(6)的輸入端PA2 口和PAO 口，所述PWM恒流控制電路⑷包括PWM恒流驅(qū)動電路和連接其輸出端的LED串并組合燈組，所述PWM恒流驅(qū)動電路輸入端連接到單片機(jī)(9)PA4 口的 PWM輸出端，PWM恒流驅(qū)動電路中有一 LED燈組電流采樣端連接到單片機(jī)(9)的PAl 口，所述LED短路控制電路(5)連接于PWM恒流控制電路⑷與單片機(jī)(9)輸入端PA3 口之間， 所述單片機(jī)復(fù)位電路(7)由單片機(jī)(9)的看門狗電路控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能LED燈智能控制電路，其特征在于所述的充電控制電路C3)與單片機(jī)供電電路(6)之間，在單片機(jī)供電電路(6)輸入端連接有一個保護(hù)電池正負(fù)極反接的D3極管(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能LED燈智能控制電路，其特征在于所述的光控電路 (1)中晶片電壓是經(jīng)過兩個電阻R14和R23分壓后輸入單片機(jī)(9)PA2 口的，通過單片機(jī)(9) 內(nèi)部AD數(shù)字轉(zhuǎn)換電路比較來控制亮燈滅燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能LED燈智能控制電路，其特征在于還包括一個功率切換撥碼開關(guān)(8)，連接到所述單片機(jī)(9)的PB3和PB4 口上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能LED燈智能控制電路，其特征在于所述單片機(jī)(9)是一種型號為46R065的單片機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能LED燈智能控制電路，包括光控電路、電池電壓檢測電路、充電控制電路、PWM恒流控制電路、LED短路控制電路，和內(nèi)置多級時控電路、看門狗電路、PWM及AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)、單片機(jī)供電電路、單片機(jī)復(fù)位電路，光控電路和電池電壓檢測電路的輸入端分別連接到充電控制電路中，其輸出端分別連接到單片機(jī)的PA2口和PA0口，PWM恒流控制電路包括PWM恒流驅(qū)動電路和LED串并組合燈組，PWM恒流驅(qū)動電路輸入端連接到單片機(jī)PA4口的PWM端，PWM恒流驅(qū)動電路中有一LED燈組電流采樣端連接到單片機(jī)的PA1口，LED短路控制電路連接于PWM恒流控制電路與單片機(jī)PA3口之間，單片機(jī)復(fù)位電路由單片機(jī)的看門狗電路控制；具有可以準(zhǔn)確設(shè)置充電電壓保護(hù)點、無熱能耗限流驅(qū)動、可以延長陰雨天氣照明時間的有益效果。
文檔編號H05B37/02GK102196639SQ20111013080
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者莫家俠 申請人:佛山市順德區(qū)嘉信燈飾有限公司