实施方案
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0020] 如图1所示,一种智能太阳能草坪灯,包括草坪灯以及安装在草坪灯内部的控制电路,控制电路包括电阻R1~R14、电位器RP1~RP3、电解电容C1~C2、二极管D1~D3、三极管BG1~BG3、稳压二极管DW1~DW3、发光二极管LED1~LED12、光敏电阻Rt、双运算放大器IC1、三端可调正稳压器集成电路IC2、继电器J1、继电器J1的常开触点J1‑1、继电器J1的常开触点J1‑2、继电器J1的常闭触点J1‑3、继电器J2、继电器J2的常开触点J2‑1、太阳能电池PV、蓄电池E;
[0021] 双运算放大器IC1的型号为LM358;三端可调正稳压器集成电路IC2的型号为LM317,二极管D1、二极管D2的型号为1N4148,二极管D3的型号为IN5819,三极管BG1~BG3为NPN管型,型号为8050,发光二极管LED1~LED12为白色LED超高亮度发光二极管,工作电压为3V,工作电流为20mA,稳压二极管DW1的稳压值为5.6V,稳压二极管DW2的稳压值为3V,稳压二极管DW3的稳压值为14V,光敏电阻Rt的型号为GL3516,继电器J1、继电器J2的型号为JRX‑20F,太阳能电池PV为单晶硅太阳能电池片,工作电压为18V;蓄电池E为12V/4Ah免维护铅酸蓄电池。
[0022] 太阳能电池PV的正极分别连接电阻R1的一端、二极管D3的正极,电阻R1的另一端分别连接电解电容C1的正极、电阻R2的一端、双运算放大器IC1的3脚,二极管D3的负极分别连接继电器J1的常开触点J1‑1的一端、继电器J1的常开触点J1‑2的一端,继电器J1的常开触点J1‑1的另一端分别连接三端可调正稳压器集成电路IC2的3脚、继电器J1的常闭触点J1‑3的一端,继电器J1的常闭触点J1‑3的另一端分别连接继电器J1的常开触点J1‑2的另一端、蓄电池E的正极、稳压二极管DW3的负极、电阻R13的一端,三端可调正稳压器集成电路IC2的1脚分别连接电位器RP3的第一固定端、电位器RP3的滑动端、电阻R10的一端,三端可调正稳压器集成电路IC2的2脚分别连接电阻R10的另一端、光敏电阻Rt的一端、电位器RP1的第一固定端、电位器RP1的滑动端、电位器RP2的第一固定端、电位器RP2的滑动端、双运算放大器IC1的8脚、二极管D1的负极、继电器J1的一端、二极管D2的负极、继电器J2的一端、继电器J2的常开触点J2‑1的一端,稳压二极管DW3的正极串接电阻R11后分别连接三极管BG3的基极、电阻R12的一端,三极管BG3的集电极连接电阻R13的另一端,三极管BG3的发射极分别连接电阻R14的一端电解电容C2的正极;
[0023] 光敏电阻Rt的另一端分别连接电阻R3的一端、双运算放大器IC1的6脚,电位器RP1的第二固定端分别连接稳压二极管DW1的负极、双运算放大器IC1的2脚,电位器RP2的第二固定端分别连接稳压二极管DW2的负极、双运算放大器IC1的5脚,双运算放大器IC1的1脚串联电阻R4后连接三极管BG1的基极,三极管BG1的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器J1的另一端,双运算放大器IC1的7脚串联电阻R5后连接三极管BG2的基极,三极管BG2的集电极分别连接二极管D2的正极、继电器J2的另一端,继电器J2的常开触点J2‑1的另一端分别连接发光二极管LED1的正极、发光二极管LED4的正极、发光二极管LED7的正极、发光二极管LED10的正极,发光二极管LED1的负极串联电阻R6、发光二极管LED2后连接发光二极管LED3的正极,发光二极管LED4的负极串联电阻R7、发光二极管LED5后连接发光二极管LED6的正极,发光二极管LED7的负极串联电阻R8、发光二极管LED8后连接发光二极管LED9的正极,发光二极管LED10的负极串联电阻R9、发光二极管LED11后连接发光二极管LED12的正极;
[0024] 蓄电池E的负极分别连接电位器RP3的第二固定端、电阻R12的另一端、电阻R14的另一端、电解电容C2的负极、太阳能电池PV的负极、电解电容C1的负极、电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、稳压二极管DW1的正极、稳压二极管DW2的正极、双运算放大器IC1的4脚、三极管BG1的发射极、三极管BG2的发射极、发光二极管LED3的负极、发光二极管LED6的负极、发光二极管LED9的负极、发光二极管LED12的负极均接地。
[0025] 图1中这些元件的阻值均是公知常识,本领域技术人员可以根据需要对各个元件的参数进行调整。
[0026] 本发明的工作原理如下:
[0027] 本发明系统配置的主要原则是能量守恒,草坪灯的功率为12V×3×20mA×4=960mW,考虑到冬天夜晚时间较长,设定每天的工作时间为10h,则每天草坪灯消耗的电功率为960mW×10小时=9.6Wh,蓄电池E选用12V工作电压,假定放电深度为80%,考虑到本草坪灯要求在连续三天阴雨天能够正常工作(即白天草坪灯不亮,晚上草坪灯发亮),蓄电池E的容量=9.6Wh×3/12V×80%=3Ah,考虑到损耗,蓄电池E选用12V/4Ah的免维护铅酸蓄电池。太阳能电池PV是草坪灯的供给能源,其一天接收的能量除了供给草坪灯工作以外,还要有一定的裕量储存在蓄电池E,以备阴雨天使用。因此太阳能电池PV一天的发电量应为
9.6Wh×2=19.2Wh。本草坪灯以平均日照时数为5h计算,考虑到太阳能电池PV的充电效率不大于60%,因此太阳能电池PV的功率>19.2Wh/5×60%=6.4W。
[0028] 在白天,光敏电阻Rt的阻值较小,经电阻R3分压后,集成电路IC1的5脚电压小于集成电路IC1的6脚电压,集成电路IC1的7脚输出低电平,三极管BG2截止,继电器J2失电,继电器J2的常开触点J2‑1断开,发光二极管LED1~LED12均不点亮;随着夜幕降临,光敏电阻Rt的阻值变大,经电阻R3分压后,集成电路IC1的5脚电压大于集成电路IC1的6脚电压,集成电路IC1的7脚输出高电平,三极管BG2导通,继电器J2得电,继电器J2的常开触点J2‑1闭合,发光二极管LED1~LED12均点亮,等到天明,草坪灯会再次熄灭。
[0029] 当太阳能电池PV的工作电压较高时,集成电路IC1的3脚电压大于集成电路IC1的2脚电压,集成电路IC1的1脚输出高电平,三极管BG1导通,继电器J1得电,继电器J1的常开触点J1‑1、J1‑2闭合,草坪灯由太阳能电池PV供电,并向蓄电池E充电。当太阳能电池PV的工作电压较低时,集成电路IC1的3脚电压小于集成电路IC1的2脚电压,集成电路IC1的1脚输出低电平,三极管BG1截止,继电器J1失电,继电器J1的常开触点J1‑1、J1‑2断开,继电器J1的常闭触点J1‑3闭合,改由蓄电池E给草坪灯供电。
[0030] 当太阳能电池PV板给蓄电池E充电,如果此时充电电压小于14V,即低于稳压二极管DW3的稳定电压,稳压二极管DW3截止,三极管BG3同样也处于截止状态,此时太阳能电池PV板完全给蓄电池E充电。此时随着蓄电池E充电过程的不断深入,充电电压逐步升高,当充电电压超过14V时,高于稳压二极管DW3的稳定电压,稳压二极管DW3被反向击穿,充电电路经电阻R11和电阻R12分压后给三极管BG3的基极加上0.8V左右的正向电压,使三极管BG3导通,此时电阻R13、电阻R14,电容C2组成充电电路,对蓄电池E的充电电流进行分流,防止蓄电池的电解液的蒸发,从而保护蓄电池过充电。
[0031] 由于发光二极管LED1~LED12的工作电压为3V,最低点亮工作电流为10mA,因此蓄电池能够点亮所有发光二极管的最低电压为:3V×3+10mA×10Ω+Vce+1.25V=10.55V,其中Vce为三极管BG3导通时的饱和管压降,为0.2V,1.25V是三端可调正稳压器集成电路IC2的最小工作电压,也就是说当蓄电池的电压低于10.55V,蓄电池停止放电,发光二极管LED1~LED12不发光,从而保护蓄电池过放电。