專(zhuān)利名稱(chēng)：紅外感應(yīng)太陽(yáng)能led照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種紅外感應(yīng)太陽(yáng)能LED照明設(shè)備，涉及技術(shù)包括鋰電池電源管理，高亮度LED控制，太陽(yáng)能充電管理，攝像頭監(jiān)控管理，嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)，感應(yīng)信號(hào)采集和信號(hào)處理等。
背景技術(shù)：
世界即將面臨嚴(yán)重的能源危機(jī)和不斷增加的環(huán)保壓力，環(huán)保、節(jié)能已經(jīng)成為各行業(yè)發(fā)展的要求和趨勢(shì)。隨著對(duì)晶體性能的研究逐步深入，納米貼膜等新技術(shù)出現(xiàn)，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能光伏技術(shù)也在不斷提高，同時(shí)充電電池制造技術(shù)的日益完善，使太陽(yáng)能的能源轉(zhuǎn)化效率及充電電池的容量等指標(biāo)大幅提高。LED半導(dǎo)體作為照明光源具有使用壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、體積小、重量輕、環(huán)保安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能LED照明設(shè)備是新一代能源和新一代光源的完美結(jié)合，融合了太陽(yáng)能光伏和LED照明技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)。從電路設(shè)計(jì)和軟件控制及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面綜合考慮，采用綜合解決方案，具有性?xún)r(jià)比高、綠色環(huán)保、安全可靠、質(zhì)量穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。太陽(yáng)能LED照明設(shè)備主要類(lèi)型包括庭院燈、草坪燈、景觀燈、信號(hào)燈等。城市景觀照明、公共建筑室內(nèi)外照明等均是近年各國(guó)政府投資的重點(diǎn)，太陽(yáng)能照明產(chǎn)品將在未來(lái)幾年內(nèi)被廣泛應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，本實(shí)用新型提供了一種利用太陽(yáng)能板塊采集太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)化為電能，作為系統(tǒng)能量來(lái)源的紅外感應(yīng)太陽(yáng)能LED照明設(shè)備。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方案是一種紅外感應(yīng)太陽(yáng)能LED照明設(shè)備，其特征在于包括電池管理單元、太陽(yáng)能板塊、鋰電池、主控單元、紅外感應(yīng)單元、 光感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元，所述主控單元分別與紅外感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元、電池管理單元連接、所述電池管理單元分別與鋰電池和太陽(yáng)能板塊連接，所述太陽(yáng)能板塊與電池連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是1、系統(tǒng)主控單元采用高效實(shí)時(shí)嵌入式操作平臺(tái)，atmel88PA 作為主控芯片，系統(tǒng)工作于低功耗模式下，模擬信號(hào)采集均采用高精度、高速A/D轉(zhuǎn)換，高性能中斷處理機(jī)制，使系統(tǒng)功耗更低，處理速度更快，該系統(tǒng)在持續(xù)照明時(shí)間和系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化效率等性能方面具有優(yōu)勢(shì)。2、該產(chǎn)品采用通用電源接口設(shè)計(jì)，供電方式多樣，既可以用太陽(yáng)能板供電，也可以用常用9 15V通用電源供電，為達(dá)到該設(shè)計(jì)要求，在電路設(shè)計(jì)上，加入了外圍電源處理電路，軟件上動(dòng)態(tài)檢測(cè)供電電壓，區(qū)分供電模式，直流根據(jù)不同的供電方式，采用智能處理算法，在充電過(guò)程采取轉(zhuǎn)化為PWM或直接充電等多種方式管理。使系統(tǒng)具有最優(yōu)的充電效率和更廣泛的通用性。[0009]3、該系統(tǒng)具有更高的節(jié)能效率、電池使用效率，具有較長(zhǎng)的持續(xù)照明時(shí)間，硬件處理上采用高精度和低功耗關(guān)鍵外圍器件，系統(tǒng)采用高速、高精度鋰電池放電電壓檢測(cè)，做到鋰電池過(guò)放的實(shí)時(shí)控制，使鋰電池使用更充分，保證電池的能源使用效率。4、系統(tǒng)在軟件處理上充分利用LED的余輝效應(yīng)，通過(guò)采用優(yōu)化PWM算法控制LED 照明，通過(guò)漸亮漸暗等處理，實(shí)現(xiàn)亮度轉(zhuǎn)換的平穩(wěn)，能夠使LED既不影響視覺(jué)上的亮度閃爍，又能達(dá)到省電的效果，選用高精度器件，LED電壓采樣更加精確，使系統(tǒng)照明過(guò)程，達(dá)到低功耗要求，同時(shí)又能延長(zhǎng)鋰電池和LED的壽命和提高使用效率。5、該產(chǎn)品中采用了紅外感應(yīng)和光感應(yīng)，感應(yīng)距離遠(yuǎn)，感應(yīng)精度高。從硬件、軟件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面改進(jìn)，采取多路采集和處理，通過(guò)軟件和硬件濾波相結(jié)合，優(yōu)化紅外感應(yīng)處理算法，使系統(tǒng)紅外感應(yīng)精度更高、距離更遠(yuǎn)，準(zhǔn)確率高。這種設(shè)計(jì)方式，能夠有效保證 LED有效照明時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)能效果。該產(chǎn)品還可手工設(shè)定系統(tǒng)延遲時(shí)間和感應(yīng)距離等參數(shù)。6、為提高該產(chǎn)品的太陽(yáng)能電池板塊的能源轉(zhuǎn)換效率，軟件和硬件上采用優(yōu)化的最大峰值追蹤技術(shù)(MPPT)，補(bǔ)償電池的V/I特征曲線，優(yōu)化輸出功率，提高了太陽(yáng)能板的供電效率，根據(jù)太陽(yáng)能電池板塊特性，并利用其特性和充電電池特性，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件控制實(shí)現(xiàn)特征曲線的最佳補(bǔ)償。7、將攝像頭與LED照明集成于一體，照明與監(jiān)控由MCU統(tǒng)一控制，在滿(mǎn)足照明與監(jiān)控需求的同時(shí)兼顧了節(jié)能的問(wèn)題，并且產(chǎn)品收到視頻信號(hào)后，會(huì)由接收機(jī)發(fā)出提示音，提醒用戶(hù)有人在監(jiān)控范圍內(nèi)移動(dòng)。8、系統(tǒng)集成度高，全數(shù)字化設(shè)計(jì)，整機(jī)結(jié)構(gòu)及外觀設(shè)計(jì)巧妙、硬件設(shè)計(jì)上在LED照明控制、充電控制、感應(yīng)電路等部分采用了獨(dú)特設(shè)計(jì)，包括硬件上采用高精度器件和軟件上高精度數(shù)據(jù)采集處理等，節(jié)能效果好。總之，該設(shè)備使用太陽(yáng)能板為鋰電池充電作為供電方式，由低功耗主控單元協(xié)調(diào)其他外圍各模塊完成充放電控制，高亮度LED亮滅及明暗控制，攝像頭監(jiān)控控制、熱感應(yīng)控制、光感應(yīng)控制等功能。系統(tǒng)電源智能管理算法能夠針對(duì)多種供電方式進(jìn)行鋰電池高效充放電控制；結(jié)合太陽(yáng)能電池板及鋰電池特性，采用高效鋰電池管理機(jī)制，提高能源轉(zhuǎn)換效率；LED電源設(shè)計(jì)為負(fù)載與回路的開(kāi)關(guān)MOS管直接串聯(lián)在一起，比傳統(tǒng)的升壓供電方式具有更高的效率，從而提高了電池使用時(shí)間；高速和高精度的信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換控制；嵌入式控制系統(tǒng)的低功耗、高可靠性設(shè)計(jì)，使本系統(tǒng)在節(jié)能等性能方面具有優(yōu)勢(shì)，該設(shè)計(jì)是一個(gè)節(jié)能、 環(huán)保、低成本的集照明與監(jiān)控于一體的解決方案。

圖1為本實(shí)用新型的電路連接框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，紅外感應(yīng)太陽(yáng)能LED照明設(shè)備，包括電池管理單元、太陽(yáng)能板塊、 鋰電池、主控單元、紅外感應(yīng)單元、光感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元，主控單元分別與紅外感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元、電池管理單元連接、電池管理單元分別與鋰電池和太陽(yáng)能板塊連接，太陽(yáng)能板塊與電池連接。[0018]太陽(yáng)能板負(fù)責(zé)采集太陽(yáng)能并轉(zhuǎn)化為電能，該單元作為系統(tǒng)能量來(lái)源；主控單元主要由電壓轉(zhuǎn)換控制電路、主控芯片及相關(guān)主控電路等構(gòu)成；電池管理單元由太陽(yáng)能板輸出功率控制和充放電控制電路組成，充放電控制電路包括過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、三角波發(fā)生電路，三角波發(fā)生電路由LM258、BAT54S及外圍電路設(shè)計(jì)完成，可以延長(zhǎng)有效太陽(yáng)能充電時(shí)間，使鋰電池充分充電；感應(yīng)單元主要由熱感應(yīng)和光感應(yīng)器件及其外圍電路構(gòu)成；LED照明單元由LED燈、采樣電阻、升壓電路、反饋電路、PWM控制電路構(gòu)成；攝像監(jiān)控單元由攝像頭構(gòu)成，可以在主控單元的控制下進(jìn)行視頻監(jiān)控。產(chǎn)品白天利用光伏效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能板塊接收太陽(yáng)輻射能量并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過(guò)充電控制儲(chǔ)存在鋰電池中，夜晚當(dāng)充放電控制器檢測(cè)到太陽(yáng)能板塊電壓低于鋰電池正負(fù)極電壓，鋰電池板終止對(duì)電池充電，鋰電池開(kāi)始放電，并作為系統(tǒng)工作電源。當(dāng)外界亮度逐漸降低至一定程度，系統(tǒng)通過(guò)光感應(yīng)檢測(cè)到環(huán)境亮度低于系統(tǒng)設(shè)定的參考亮度值時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始根據(jù)紅外感應(yīng)結(jié)果和系統(tǒng)當(dāng)前工作模式控制LED亮滅。系統(tǒng)工作過(guò)程中，充放電控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)電池電壓，同時(shí)檢測(cè)LED工作電壓，根據(jù)情況，采用優(yōu)化PWM方式調(diào)節(jié)LED 供電，如果鋰電池電壓低于門(mén)限值，則進(jìn)行過(guò)放控制，停止鋰電池供電。太陽(yáng)能板塊作為產(chǎn)品供電電源對(duì)鋰電池進(jìn)行充電過(guò)程中，采用優(yōu)化的最大峰值追蹤技術(shù)(MPPT)。通過(guò)增大或者減少充電電路開(kāi)關(guān)信號(hào)PWMCHG占空比，根據(jù)輸出功率是和充電電池的特性來(lái)決定下一步是增大還是減少占空比。通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能板塊在某一時(shí)刻的輸出電壓、輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，得到該狀態(tài)下太陽(yáng)能板塊的輸出功率，再將它與前一時(shí)刻的功率值比較，根據(jù)兩次(也可多次采樣)功率值的差值來(lái)確定下一步給定負(fù)載端參考電壓調(diào)整的方向。從功率比較的角度分析，假設(shè)兩次采樣的功率分別為Ρ1，Ρ2，ΔΡ=Ρ2_Ρ1。當(dāng)ΔΡ>0 時(shí)，說(shuō)明參考電壓調(diào)整的方向是正確的，需繼續(xù)按原方向調(diào)整；當(dāng)ΔΡ=0時(shí)，說(shuō)明參考電壓調(diào)整方向與預(yù)期的方向是相反的，需要反向調(diào)整。將參考電壓和功率結(jié)合起來(lái)考慮基本系統(tǒng)變化的真實(shí)情況。本系統(tǒng)采用了比值比較的方式來(lái)判斷參考電壓和功率的變化情況，這里設(shè)定了一個(gè)比較標(biāo)志Flag。其中Flag= Δ P / Δ U,各種變化見(jiàn)下表
權(quán)利要求1. 一種紅外感應(yīng)太陽(yáng)能LED照明設(shè)備，其特征在于包括電池管理單元、太陽(yáng)能板塊、 鋰電池、主控單元、紅外感應(yīng)單元、光感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元，所述主控單元分別與紅外感應(yīng)單元、光感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元、電池管理單元連接、所述電池管理單元分別與鋰電池和太陽(yáng)能板塊連接，所述太陽(yáng)能板塊與電池連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種紅外感應(yīng)太陽(yáng)能LED照明設(shè)備，包括電池管理單元、太陽(yáng)能板塊、鋰電池、主控單元、紅外感應(yīng)單元、光感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元，主控單元分別與紅外感應(yīng)單元、LED照明單元、攝像監(jiān)控單元、電池管理單元連接、電池管理單元分別與鋰電池和太陽(yáng)能板塊連接，太陽(yáng)能板塊與電池連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是能夠針對(duì)多種供電方式進(jìn)行鋰電池高效充放電控制；采用高效鋰電池管理機(jī)制，提高能源轉(zhuǎn)換效率；比傳統(tǒng)的升壓供電方式具有更高的效率，從而提高了電池使用時(shí)間；高速和高精度的信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換控制；嵌入式控制系統(tǒng)的低功耗、高可靠性設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是一個(gè)節(jié)能、環(huán)保、低成本的集照明與監(jiān)控于一體的解決方案。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK202182410SQ201120232689
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者孔祥文, 崔洪桅, 楊劍, 王善濤, 王姍姍, 王寶, 王德輝, 王玉菲, 董艷, 高陽(yáng), 黃偉 申請(qǐng)人:天津光電通信技術(shù)有限公司