基于風(fēng)雨和光混合發(fā)電的智能調(diào)光路燈系統(tǒng)

一、發(fā)明背景

我發(fā)現(xiàn)，夜間車流量少的城郊路段通常燈火通明，造成了資源浪費(fèi)，而由于供電不便，在夜間，一些鄉(xiāng)村道路沒有燈照明，行車不安全。為了充分利用可再生能源，我決定設(shè)計(jì)基于風(fēng)雨和光混合發(fā)電的智能調(diào)光路燈系統(tǒng)。

二、設(shè)計(jì)思路

綜合利用風(fēng)能、太陽能、雨能，為照明路燈提供能量。以單片機(jī)為控制核心，在進(jìn)入城郊路段前設(shè)置傳感器，通過監(jiān)測路上車輛經(jīng)過情況來調(diào)節(jié)路燈亮度。但需要保證混合發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電穩(wěn)定性和高效性，把握車輛運(yùn)動狀況的監(jiān)測精準(zhǔn)度。

三、作品結(jié)構(gòu)

基于風(fēng)雨和光混合發(fā)電的智能調(diào)光路燈系統(tǒng)模型由兩大部分構(gòu)成：風(fēng)雨和光混合發(fā)電模型、智能調(diào)光路燈模型。

（一）風(fēng)雨和光混合發(fā)電模型

1.風(fēng)雨混合發(fā)電裝置

風(fēng)雨混合發(fā)電裝置由改良的風(fēng)雨發(fā)電葉片和發(fā)電機(jī)構(gòu)成，發(fā)電電壓范圍為0～24 V。實(shí)驗(yàn)最大功率達(dá)到80 W，最大電流達(dá)到200 mA。

2.太陽能發(fā)電裝置

太陽能發(fā)電裝置由兩塊太陽能電池板構(gòu)成，最大電壓為5 V，最大發(fā)電功率為1 W，最大發(fā)電電流為200 mA。

3.蓄電裝置

可充電鋰電池電壓為3.7 V，容量為2000 mAh。

（二）智能調(diào)光路燈模型

1.發(fā)光裝置

發(fā)光二極管的直徑為3 mm，電壓為1.8～2.0 V，具有壽命長、耐沖擊、防震動、無紫外和紅外輻射、低電壓下工作安全等特點(diǎn)。單個發(fā)光二極管功率低，為獲得大功率，需要多個并聯(lián)使用。

LED燈的電壓為3 V，功率為0.06 W，工作電流為20 mA。

2.單片機(jī)控制系統(tǒng)

單片機(jī)控制系統(tǒng)由單片機(jī)和超聲波測距模塊等構(gòu)成。

以STC89C52單片機(jī)作為控制核心。單片機(jī)是典型的嵌入式微控制器，可以控制多個模塊。

超聲波測距模塊安裝在進(jìn)入城郊路段前的地方，用來監(jiān)測車輛是否到達(dá)，當(dāng)感應(yīng)到車輛到達(dá)后會將信息傳送給控制中心。

四、運(yùn)行方式

風(fēng)或雨驅(qū)動風(fēng)雨發(fā)電葉片運(yùn)動，發(fā)電機(jī)將動能轉(zhuǎn)化為電能儲存在蓄電裝置中。同時(shí)，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化成的電能也存在蓄電裝置中，為路燈供電。

當(dāng)行人進(jìn)入裝有基于風(fēng)雨和光混合發(fā)電的智能調(diào)光路燈系統(tǒng)的路段時(shí)，路燈的亮度僅供行人照明使用，可節(jié)省能源。

當(dāng)車輛進(jìn)入這一路段時(shí)，超聲波測距模塊感應(yīng)到車輛到達(dá)，將此信息傳送給控制中心，控制中心接收信息后將路燈亮度調(diào)至最大。當(dāng)超聲波測距模塊感應(yīng)到車輛離開且無車輛再進(jìn)入該路段時(shí)，控制中心則將路燈亮度調(diào)至最小。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

風(fēng)能、雨能、太陽能為智能調(diào)光路燈系統(tǒng)進(jìn)行全天候綜合供電，綠色環(huán)保，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，擺脫了電源線的束縛，可系統(tǒng)解決遠(yuǎn)距離輸電的電力損耗問題。

智能調(diào)光技術(shù)依據(jù)車流量自動調(diào)節(jié)路燈照明亮度，既能滿足日常照明需求，又可節(jié)約能源。同時(shí)，路燈平臺日常維護(hù)方便、成本低。（指導(dǎo)老師：成陽）

專家點(diǎn)評

姚龍皓同學(xué)的基于風(fēng)雨和光混合發(fā)電的智能調(diào)光路燈系統(tǒng)是一項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)踐作品。這是由于相關(guān)專利、設(shè)計(jì)已經(jīng)公示或通過刊物發(fā)表，如“風(fēng)能光能互補(bǔ)型路燈智能控制系統(tǒng)”“光雨互補(bǔ)發(fā)電節(jié)能路燈”等。但這一作品的產(chǎn)生，充分體現(xiàn)了姚龍皓同學(xué)：其一，具有創(chuàng)新實(shí)踐的熱情和毅力，能夠在學(xué)好科學(xué)知識的同時(shí)，力求像科學(xué)家工作似的創(chuàng)新性學(xué)習(xí)與實(shí)踐；其二，具有一定的科學(xué)探究與技術(shù)運(yùn)用能力，就項(xiàng)目背景、技術(shù)路線、設(shè)計(jì)思路、作品的結(jié)構(gòu)、模型制作等方方面面，思考與行動相結(jié)合，比較完整與到位。

需要指出的是，這種項(xiàng)目屬于青少年科技創(chuàng)新大賽所指“選題專業(yè)性較強(qiáng)，且需具備較為深厚的專業(yè)基礎(chǔ)，并在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室或?qū)I(yè)機(jī)構(gòu)完成的作品”。正因?yàn)樗蔷哂袑I(yè)背景的項(xiàng)目，很多企業(yè)、發(fā)明人都在探索實(shí)踐，很難實(shí)現(xiàn)社會首創(chuàng)。因此，青少年還是找一找來源于生活、學(xué)習(xí)實(shí)際的項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)真正的創(chuàng)新成長。

（欄目編輯? 陽丹彥）