基于風雨和光混合發(fā)電的智能調(diào)光路燈系統(tǒng)

◎首都師范大學附屬濱州中學 姚龍皓

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，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，我決定設計基于風雨和光混合發(fā)電的智能調(diào)光路燈系統(tǒng)。

二、設計思路

圖1 設計流程圖

綜合利用風能、太陽能、雨能，為照明路燈提供能量。以單片機為控制核心，在進入城郊路段前設置傳感器，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，把握車輛運動狀況的監(jiān)測精準度。

三、作品結(jié)構(gòu)

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

（一）風雨和光混合發(fā)電模型

1.風雨混合發(fā)電裝置

圖2 風雨發(fā)電葉片

風雨混合發(fā)電裝置由改良的風雨發(fā)電葉片和發(fā)電機構(gòu)成，發(fā)電電壓范圍為0～24 V。實驗最大功率達到80 W，最大電流達到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。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.單片機控制系統(tǒng)

單片機控制系統(tǒng)由單片機和超聲波測距模塊等構(gòu)成。

以STC89C52單片機作為控制核心。單片機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入城郊路段前的地方，用來監(jiān)測車輛是否到達，當感應到車輛到達后會將信息傳送給控制中心。

圖3 作品實物圖

四、運行方式

風或雨驅(qū)動風雨發(fā)電葉片運動，發(fā)電機將動能轉(zhuǎn)化為電能儲存在蓄電裝置中。同時，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。

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

當車輛進入這一路段時，超聲波測距模塊感應到車輛到達，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。當超聲波測距模塊感應到車輛離開且無車輛再進入該路段時，控制中心則將路燈亮度調(diào)至最小。

五、創(chuàng)新點

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

智能調(diào)光技術依據(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，路燈平臺日常維護方便、成本低。