[發(fā)明專利]一種節(jié)能型自適應(yīng)智能路燈系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107872911A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮世通;姚錦瑋;夏元興;孫康;夏實秋
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: H05B33/08
• 分類號: H05B33/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 成立珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種節(jié)能型自適應(yīng)智能路燈系統(tǒng)，屬于自動化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著人們生活節(jié)奏的加快，人們的夜行需求越來越多，路燈照明業(yè)也迎來了新的發(fā)展，隨之而來的路燈能源消耗也變得越來越大，路燈系統(tǒng)的能源消耗成為了不可小覷的一部分，路燈系統(tǒng)的能量利用、算法控制和照明體驗亟待改進。

目前的交通路燈和社區(qū)路燈多為并網(wǎng)運行路燈，對電網(wǎng)依賴和影響較大，獨立性差，能耗也較大，存在可優(yōu)化空間。同時，市面上也存在一些光伏節(jié)能路燈，但是在儲能管理和與電網(wǎng)的能量交互方面并不完善，表現(xiàn)并不理想，需要改進。

在控制方案上，大多數(shù)路燈為時控系統(tǒng)，在預(yù)先設(shè)定的時間內(nèi)開關(guān)路燈，這種路燈控制系統(tǒng)的靈活性差，開關(guān)路燈的時間準(zhǔn)確率低，不能根據(jù)外界環(huán)境和行人狀況即時調(diào)整工作狀態(tài)，路燈損壞故障排除也較為困難，造成了能源浪費的同時也一定程度上影響了市民的出行體驗。另外，存在一種內(nèi)置光敏傳感器的路燈控制方式，通過預(yù)先設(shè)置的光敏傳感器返回電壓的閾值來開關(guān)路燈。然而，此種單一傳感器的控制方法穩(wěn)定性差，容易受到外界環(huán)境的干擾。而內(nèi)置紅外傳感器或者聲控裝置的路燈控制方式，通過檢測路燈周圍的行人狀況來做出開關(guān)燈的動作，此種方式會造成開燈的時滯，這種控制方式單方面考慮了能源的節(jié)省而沒有顧及到行人的體驗和安全。

綜上所述，現(xiàn)有路燈系統(tǒng)普遍存在控制方式不完善、系統(tǒng)獨立性不好、能耗較高以及用戶體驗不佳等缺點，如何改進舊有路燈系統(tǒng)的不足、提升現(xiàn)有路燈系統(tǒng)的各方面指標(biāo)已成為當(dāng)今路燈設(shè)計應(yīng)用中亟待解決的重點難題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種節(jié)能型自適應(yīng)智能路燈系統(tǒng)，本發(fā)明采用太陽能與電網(wǎng)互補供電，實時調(diào)整太陽能電池板傾角保持能量吸收率最大，并將能量儲存在蓄電池中。采集環(huán)境數(shù)據(jù)，依據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)包括實時光照強度和行人車輛流量，自動優(yōu)化發(fā)光部高度與照射角度，調(diào)整LED集成模塊亮度。達(dá)到優(yōu)化路燈照明效果、延長夜間視距、提升夜間出行安全性、提高能源利用率、節(jié)能減排的效果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種節(jié)能型自適應(yīng)智能路燈系統(tǒng)，包括主控模塊、LED集成模塊、太陽能電池板、蓄電池模塊、并網(wǎng)運行模塊。所述一種節(jié)能型自適應(yīng)智能路燈系統(tǒng)還包括信息接收與閉環(huán)反饋模塊、功率調(diào)節(jié)模塊、發(fā)光部調(diào)節(jié)模塊、電池板調(diào)節(jié)模塊。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述太陽能電池板為單晶硅太陽能電池板，在陽光照射下產(chǎn)生直流電，通過穩(wěn)壓電路使輸出的電壓穩(wěn)定，為整個系統(tǒng)提供電能；所述蓄電池模塊為鉛蓄電池，用于存儲太陽能電池板產(chǎn)生的當(dāng)前無法消耗的多余電能；所述并網(wǎng)運行模塊用于在太陽能電池板和蓄電池模塊無法滿足當(dāng)前功耗條件時將電網(wǎng)電壓通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后為系統(tǒng)供能。

作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述主控模塊采用STM32F407單片機，用于采集傳感器數(shù)據(jù)并向整個系統(tǒng)輸出控制信號；所述信息接收與閉環(huán)反饋模塊包括一組紅外傳感器和一組光敏傳感器，實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后進行反饋；采用一組五個HC-SR501紅外傳感器，探測道路車流量與人流量大小，四個紅外傳感器分別安裝在路燈5m高處朝向東西南北四個方向，向下傾斜10度角，依據(jù)

式中：l為路面距離，x為傳感器高度，α為傳感器傾角。

監(jiān)測路燈周圍28.3m范圍，一個紅外傳感器用于監(jiān)測路燈正下方。采用一組12 個GY-30光敏傳感器，用于探測外部光強以調(diào)整LED發(fā)光亮度以及太陽能電池板傾角，12個光敏傳感器呈圓形向外排列在路燈頂部的與地面平行的圓盤上。光敏傳感器向上的仰角為30度。

LED燈珠芯片表面出射的光線占總光線的絕大部分,且光線出射滿足 Lambertian分布。因此,該表面發(fā)光強度空間分布可表示為:

I_i＝I_n*cosi

式中:In為發(fā)光面在法線方向的發(fā)光強度,Ii為和法線成任意角度i方向的發(fā)光強度。

本發(fā)明發(fā)光原理圖見圖2，LED集成模塊光強與偏離其中軸線的角度有關(guān)，用矢量長度1表示該角度光強，則LED發(fā)光原理符合Lambertian分布，因此可通過調(diào)節(jié)發(fā)光部高度和角度調(diào)整路面光照強度，達(dá)到光線利用率最大。

依據(jù)模型計算得到的相對光強分布曲線見圖3，圖中叉點為實際測量中相對光強為100％、75％、50％以及25％對應(yīng)的點。從圖中可以看出：在一定的誤差范圍內(nèi),實測光強分布與模型計算得到的曲線能夠比較好地吻合。