CN105042494A - 一种一体化追光太阳能路灯、追光自动升降系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化追光太阳能路灯，涉及路灯领域。该一体化追光太阳能路灯包括：灯杆；灯头，可转动地连接于灯杆的顶端，灯头在转动时，其与水平面所形成的倾斜角度发生变化，灯头的上表面安装有太阳能电池板，灯头内具有步进电机；卡圈，固定连接于灯杆；推拉杆，其第一端与灯头的下表面铰接，其第二端与卡圈的外表面铰接，步进电机工作时，驱动推拉杆伸缩，从而使得灯头转动。该一体化追光太阳能路灯可以改变设置于灯头的太阳能电池板的太阳光接收面积，在晚上也可以调整灯头的倾斜角度达到最优的照明效果。

Description

一种一体化追光太阳能路灯、追光自动升降系统及方法

技术领域

本发明涉及路灯领域，特别是涉及一种一体化追光太阳能路灯、追光自动升降系统及方法。

背景技术

一体化太阳能路灯由于其外形美观、安装方便、可靠性高等特点，越来越多地使用于公共照明及园林景观等照明领域。

但是，一体化太阳能路灯由于美观优先的设计理念，其面板的安装角度与地面平行，不利于其顶部的太阳能电池板接收太阳光，因此太阳能电池板实际发电功率低下，而限制太阳能电池板的发电量，特别是在冬季，太阳高度角小，发电量更低，而且冬季路灯点亮时间长，需电量大。并且在一天中，太阳的移动角度随时在发生变化，现有技术的灯头固定于所述灯杆上不能上下转动，因此无法达到根据太阳移动角度调整灯头的倾斜角度，从而改变迎向太阳光的太阳能电池板的面积的目的。并且，白天需要太阳能电池板尽量朝向太阳，夜晚需要光源尽量达到最优照明效果，这对灯头的倾斜角度的要求也不尽相同，现有技术的灯头显然无法实现这种倾斜角度的调整。

此外，现有技术中的一体化太阳能路灯，首先是将太阳能电池板、蓄电池、控制器、光源等融为一体，实现一套成型的离网照明系统。分别安装在各种外界受光的场合，但是在整个一体化太阳能路灯的行业内，一般是分别把路灯装到东、西、南、北四个方向。而且呈10～15度的仰角，以便于向路中心照明。然而，目前只有路南的路灯上的电池板是最佳受光角度，像东西方向的路灯容易出现采光不足，效率低的问题，最严重的是路北的路灯，呈现背光低效率的问题，发电量非常低。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种结构简单、安全可靠、安装方便、运行平稳、功耗极低、使用寿命长的能够自动调节灯头倾斜角度的一体化追光太阳能路灯、追光自动升降系统及方法，以在白天尽量使得太阳能电池板朝向太阳，提高了太阳能的利用效率，显著提高太阳能电池板的发电量在夜间，并且使得光源达到较好的夜间照明效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种一体化追光太阳能路灯，包括：灯杆；灯头，可转动地连接于所述灯杆的顶端，所述灯头在转动时，其与水平面所形成的倾斜角度发生变化，所述灯头的上表面安装有太阳能电池板，所述灯头内具有步进电机；卡圈，固定连接于所述灯杆；推拉杆，其第一端与所述灯头的下表面铰接，其第二端与所述卡圈的外表面铰接，所述步进电机工作时，驱动所述推拉杆伸缩，从而使得所述灯头转动。

可选地，所述卡圈包括：第一弧形片，与所述推拉杆的第二端铰接，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第一弧形片的两端各具有一个第一翅片；第二弧形片，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第二弧形片的两端各具有一个第二翅片；其中，所述第一弧形片与所述第二弧形片相对贴靠于所述灯杆的外表面，每个所述第二翅片与距离最近的一个所述第一翅片通过至少一个第一螺栓固定连接，使得所述第一弧形片和所述第二弧形片固定于所述灯杆。

可选地，所述灯头通过连接装置连接于所述灯杆的顶端，所述连接装置包括：固定盘，与所述灯杆固定连接；转动盘，与所述灯头固定连接，可转动地连接到所述固定盘，所述转动盘的第一圆形面与所述固定盘的第一圆形面相接触；转轴，穿过所述固定盘和所述转动盘的中心。

可选地，所述固定盘通过固定架连接到所述灯杆，所述固定架包括：底座，与所述固定盘固定连接；第三弧形片，与所述底座固定连接，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第三弧形片的两端各具有一个第三翅片；第四弧形片，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第四弧形片的两端各具有一个第四翅片；其中，所述第三弧形片与所述第四弧形片相对贴靠于所述灯杆的外表面，每个所述第三翅片与距离最近的一个所述第四翅片通过至少一个第二螺栓固定连接，将所述第三弧形片和所述第四弧形片固定于所述灯杆。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种追光自动升降系统，包括：电压采集模块，采集所述太阳能电池板的实时电压，发出电压信号；控制模块，接收所述电压信号，判断所述实时电压是否降低到预设最小阈值，若是，则发出向上信号；升降模块，接收所述向上信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向上运动。

可选地，所述控制模块还配置成，判断所述实时电压是否升高到预设最大阈值，若是，则发出向下信号，其中，所述预设最大阈值大于所述预设最小阈值；所述升降模块还配置成，接收所述向下信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向下运动。

可选地，所述预设最小阈值为5V，所述预设最大阈值为6V。

可选地，在所述升降模块接收到所述向上信号时，所述推拉杆向上运动，使得所述灯头向上转动到与水平方向成30度仰角的位置；在所述升降模块接收到所述向下信号时，所述推拉杆向下运动，使得所述灯头向下转动到与所述水平方向成30度俯角的位置。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种追光自动升降的方法，包括：电压采集步骤,采集所述太阳能电池板的实时电压，发出电压信号；控制步骤，接收所述电压信号，判断所述实时电压是否降低到预设最小阈值，若是，则发出向上信号；升降步骤，接收所述向上信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向上运动。

可选地，所述控制步骤还包括：判断所述实时电压是否升高到预设最大阈值，若是，则发出向下信号，其中，所述预设最大阈值大于所述预设最小阈值；所述升降步骤还包括：接收所述向下信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向下运动。

本发明的一体化追光太阳能路灯由于灯头可转动地连接于灯杆且灯头转动时其相对于水平面的倾斜角度发生变化，因此在推拉杆伸缩时，灯头能够上下转动，这样可以改变设置于灯头的太阳能电池板的太阳光接收面积，在晚上也可以调整灯头的倾斜角度达到最优的照明效果。此外，灯头、套于灯杆的套圈均与推拉杆铰接，这样在灯头上下转动到预定位置时，受推拉杆同轴斜向上的推力，在推拉杆的支撑作用下，灯头可以停留在该预定位置。本发明的追光自动升降系统及追光自动升降方法，能够使得本发明的一体化追光太阳能路灯以最大限度使太阳能电池板接受阳光，增加发电效率。其相对于现有的太阳能路灯，能够相对增加百分之三十的光照时间，从而节约了能源。因此本发明的技术方案具有显著的进步。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的一体化追光太阳能路灯的整体结构示意图；

图2是图1所示一体化追光太阳能路灯的右视图；

图3是图1所示一体化追光太阳能路灯的俯视图；

图4是图1所示一体化追光太阳能路灯的在不同工作状态下灯头、推拉杆、卡圈的位置示意图；

图5是根据本发明的另一个实施例的追光自动升降系统的结构框图；

图6是根据本发明的另一个实施例的追光自动升降的方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的一体化追光太阳能路灯的整体结构示意图。在图1所示的实施例中，公开了一种一体化追光太阳能路灯，包括灯杆2、灯头1、卡圈及推拉杆3。如图4所示，灯头1可转动地连接于灯杆2的顶端。灯头1在转动时，其与水平面所形成的倾斜角度发生变化；或者说，灯头1是上下转动的，其转动所成的平面垂直于水平面。卡圈固定连接于灯杆2。推拉杆3的第一端与灯头1的下表面铰接，推拉杆3的第二端与卡圈的外表面铰接。推拉杆3可以是高强度的推拉杆3。

如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，卡圈包括第一弧形片41和第二弧形片42。第一弧形片41与推拉杆3的第二端铰接，其内表面与灯杆2的外表面的轮廓相适应，第一弧形片41的两端各具有一个第一翅片。第二弧形片42的内表面与灯杆2的外表面的轮廓相适应，第二弧形片42的两端各具有一个第二翅片。第一弧形片41与第二弧形片42相对贴靠于灯杆2的外表面，每个第二翅片与距离最近的一个第一翅片通过至少一个第一螺栓固定连接，使得第一弧形片41和第二弧形片42固定连接灯杆2。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，灯头1通过连接装置连接于灯杆2的顶端，连接装置包括固定盘54、转动盘55和转轴。固定盘54与灯杆2固定连接。转动盘55的外侧面与灯头1固定连接，其内侧面(或者说，转动盘55的第一圆形面)可转动地连接到固定盘54的内侧面(或者说，固定盘54的第一圆形面)，转动盘55的第一圆形面与固定盘54的第一圆形面相接触。转轴穿过固定盘54和转动盘55的中心。

具体地，固定盘54的第一圆形面具有以其圆心为对称中心的第一圆环，在第一圆环上具有沿固定盘54的第一圆形面的半径方向辐射的第一螺纹，相邻的第一螺纹所截的第一圆环的外圆的第一弧长相等。转动盘55的第一圆形面具有以其圆心为对称中心的第二圆环，在第二圆环上具有沿转动盘55的第一圆形面的半径方向辐射的第二螺纹，相邻的第二螺纹所截的第二圆环的外圆的第二弧长相等。固定盘54的第一圆形面、转动盘55的第一圆形面的大小及形状相同，第一圆环、第二圆环的内径和外径相同，第一弧长等于第二弧长。在本发明的其他实施例中，固定盘54及转动盘55的相对面的螺纹可以为其他形状和分布，甚至可以没有螺纹，只要能够实现固定盘54与转动盘55相对转动连接即可。

在本发明的一个实施例中，固定盘54通过固定架连接到灯杆2，固定架包括底座53、第三弧形片51、第四弧形片52。底座53与固定盘54固定连接。第三弧形片51与底座53固定连接，其内表面与灯杆2的外表面的轮廓相适应，第三弧形片51的两端各具有一个第三翅片。第四弧形片52的内表面与灯杆2的外表面的轮廓相适应，第四弧形片52的两端各具有一个第四翅片。其中，第三弧形片51与第四弧形片52相对贴靠于灯杆2的外表面，每个第三翅片与距离最近的一个第四翅片通过至少一个第二螺栓固定连接，将第三弧形片51和第四弧形片52固定于灯杆2。

在本发明的另一个实施例中，灯头1的上表面安装有太阳能电池板，灯头1内还可以具有磷酸铁锂电池及步进电机，灯头1的下表面至少安装有一个发光二极管光源模组。太阳能电池板将光能转换为电能，为步进电机及发光二极管光源模组供电，也可以将电能储存在磷酸铁锂电池中。磷酸铁锂电池与步进电机和发光二极管光源模组连接，在需要时为二者供电，当然也可以在转化为电能后直接为二者供电。步进电机驱动推拉杆3伸缩，使得灯头1转动。灯头1内还可以具有传感器、控制器，传感器感知太阳能电池板功率、太阳光角度变化。通过控制器连接太阳能电池板、蓄电池及光源，来进行太阳能路灯的控制。控制器中存储有不同时间点太阳高度角、方位角的数据，另外，也储存了路灯的安装角度、倾角设定等信息(在安装过程中可以根据实际情况初始化数据)。在使用时，通过传感器感知其日间的太阳能电池板的功率变化，结合其内部数据(包括当前时间)来判断太阳光线角度的变化，通过计算，来确定不同时间点时转动盘55应转动的角度。如需调整太阳能电池板的角度，则控制器驱动步进电机运动，步进电机带动推拉杆3伸缩，从而改变灯头1的太阳能电池板与地面的角度，把路灯灯头1上的太阳能电池板转到最有利接收太阳光的角度，来提高太阳能电池板的发电功率，从而提高发电量。这样，实现了根据当前时间及周围环境来调整升降角度，从而能够实时地、自动地跟踪太阳光角度的变化，而无须人工调整。

在另一个方面，由于太阳能电池板的输出功率提高，也可以减小太阳能电池板的大小，获取与原来一样的输出功率。这样节省了材料，减轻了灯头1的压力，使得一体化追光太阳能路灯更耐用。控制器可连接外部人体红外感应器，从而在检测到晚上没人的时候关闭路灯，节省电量。此外，控制器可以控制步进电机工作，使得灯头1白天落下，晚上自动升起。其能够根据光线的强弱及时间自动地升降。

图5是根据本发明的另一个实施例的追光自动升降系统的结构框图。在图5所示的实施例中，追光自动升降系统包括：电压采集模块501，采集太阳能电池板的实时电压，发出电压信号；控制模块502，接收电压信号，判断实时电压是否降低到预设最小阈值，若是，则发出向上信号；升降模块503，接收向上信号，控制步进电机使得推拉杆向上运动。

在本发明的一个实施例中，控制模块502还可配置成，判断实时电压是否升高到预设最大阈值，若是，则发出向下信号，其中，预设最大阈值大于预设最小阈值；升降模块503还可配置成，接收向下信号，控制步进电机使得推拉杆向下运动。预设最小阈值可以为5V，预设最大阈值可以为6V。在升降模块接收到向上信号时，推拉杆向上运动，使得灯头向上转动到与水平方向成30度仰角的位置；此处的30度的位置限制可以是使用限位开关使得灯头向上转动30度后无法继续向上转动，也可以控制步进电机使得灯头智能停留在向上转动30度的位置。在升降模块接收到向下信号时，推拉杆向下运动，使得灯头向下转动到与水平方向成30度俯角的位置。需要说明的是，此处的30度仅是一个优选范例，其并不代表对灯头的转动角度进行特别限定。灯头在推拉杆的作用下的转动角度可根据环境及位置需要，调整推拉杆的升降行程，从而达到角度自由变化的目的。

图6是根据本发明的另一个实施例的追光自动升降的方法的流程图。在图6所示的实施例中，追光自动升降方法包括：电压采集步骤601，采集太阳能电池板的实时电压，发出电压信号；控制步骤602，接收电压信号，判断实时电压是否降低到预设最小阈值，若是，则执行步骤603：发出向上信号；升降步骤604，接收向上信号，控制步进电机使得推拉杆向上运动。在本发明的另一个实施例中，控制步骤还可包括：判断实时电压是否升高到预设最大阈值，若是，则发出向下信号，其中，预设最大阈值大于预设最小阈值；升降步骤还可包括：接收向下信号，控制步进电机使得推拉杆向下运动。

以下结合一个例子，具体说明本发明的一体化追光太阳能路灯、追光自动升降系统及方法。

一体化追光太阳能路灯的电压采集模块501采集太阳能电池板的电压，当电池板发电量低至5V时，控制模块502发出供电信号，使得推拉杆向上动作，将灯头抬起，在由0度抬起30度的仰角后，自动升降系统(电机和推拉杆)将会将其定位停止(推拉杆使得灯头上升到与水平方向成30度时，由于限位开关的作用，其自动停止)；而天亮后，当电池板发电量高于6V时，升降系统将由30度降至0度。每天自动完成一个升与降循环工作。这样，控制模块、电机、推拉杆逐一作用，实现了本发明的技术效果。此处可根据环境及位置需要，调整升降系统行程，使得推拉杆的上升和下降距离发生变化，从而使得灯头与水平方向的夹角发生变化(例如此处的30度可以为40度)，从而达到角度自由变化设计的目的。

在调试时，可以将调压器接到升降控制器上，进行调压，调到5V时，升降控制器发出供电信号(或者说，上升信号)，使得推拉杆向上动作，将灯抬起，自动升降系统将会由0度抬起30度的仰角后将定位停止；将调压器电压调到高于6V时，自动升降系统将由30度降至0度。完成一个升与降循环试验。自动升降系统的工作电压为DC12V，工作电流负载情况下电流为1500MA，行程时间为8秒，最大支撑力为150N，升降转换模块采用欧姆龙品牌，其寿命可达50000次开启。主控IC及贴片电子元气件品质都在5万小时寿命以上，确保了自动升降系统正常运行。经1000次升与降循环试验，结果稳定，表明该设备具备高稳定性、寿命长，其寿命可达50000次开启。

本发明的一体化追光太阳能路灯还能够通过手机APP、IPAD或电脑对灯具进行亮度调节，开关亮控制，可实现“互联网+”智能调光。同时还可自动检测灯具电池电压、电流、用电量等参数，灯具故障报警及灯具寿命检测。

本发明的一体化追光太阳能路灯、追光自动升降系统和方法可以根据白天黑夜，可实行自动升降控制系统装置，经统计，使用本发明的追光自动升降系统的一体化追光太阳能路灯相对于传统的一体化太阳能路灯，能够相对增加30％的光照时间。本发明技术先进，安装简单，可靠性强。相比传统一体化太阳能路灯，填补了背光追踪的空白，解决了一体化太阳能路灯因安装位置限制、地域限制所面临安装角度产生背光，光照时间短，发电效率低等问题。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种一体化追光太阳能路灯，其特征在于，包括：

灯杆；

灯头，可转动地连接于所述灯杆的顶端，所述灯头在转动时，其与水平面所形成的倾斜角度发生变化，所述灯头的上表面安装有太阳能电池板，所述灯头内具有步进电机；

卡圈，固定连接于所述灯杆；

推拉杆，其第一端与所述灯头的下表面铰接，其第二端与所述卡圈的外表面铰接，所述步进电机工作时，驱动所述推拉杆伸缩，从而使得所述灯头转动。

2.根据权利要求1所述的一体化追光太阳能路灯，其特征在于，所述卡圈包括：

第一弧形片，与所述推拉杆的第二端铰接，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第一弧形片的两端各具有一个第一翅片；

第二弧形片，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第二弧形片的两端各具有一个第二翅片；

其中，所述第一弧形片与所述第二弧形片相对贴靠于所述灯杆的外表面，每个所述第二翅片与距离最近的一个所述第一翅片通过至少一个第一螺栓固定连接，使得所述第一弧形片和所述第二弧形片固定于所述灯杆。

3.根据权利要求2所述的一体化追光太阳能路灯，其特征在于，所述灯头通过连接装置连接于所述灯杆的顶端，所述连接装置包括：

固定盘，与所述灯杆固定连接；

转动盘，与所述灯头固定连接，可转动地连接到所述固定盘，所述转动盘的第一圆形面与所述固定盘的第一圆形面相接触；

转轴，穿过所述固定盘和所述转动盘的中心。

4.根据权利要求3所述的一体化追光太阳能路灯，其特征在于，所述固定盘通过固定架连接到所述灯杆，所述固定架包括：

底座，与所述固定盘固定连接；

第三弧形片，与所述底座固定连接，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第三弧形片的两端各具有一个第三翅片；

第四弧形片，其内表面与所述灯杆的外表面的轮廓相适应，所述第四弧形片的两端各具有一个第四翅片；

其中，所述第三弧形片与所述第四弧形片相对贴靠于所述灯杆的外表面，每个所述第三翅片与距离最近的一个所述第四翅片通过至少一个第二螺栓固定连接，将所述第三弧形片和所述第四弧形片固定于所述灯杆。

5.一种用于控制权利要求1-4任一项所述的一体化追光太阳能路灯的追光自动升降系统，其特征在于，包括：

电压采集模块，采集所述太阳能电池板的实时电压，发出电压信号；

控制模块，接收所述电压信号，判断所述实时电压是否降低到预设最小阈值，若是，则发出向上信号；

升降模块，接收所述向上信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向上运动。

6.根据权利要求5所述的追光自动升降系统，其特征在于，

所述控制模块还配置成，判断所述实时电压是否升高到预设最大阈值，若是，则发出向下信号，其中，所述预设最大阈值大于所述预设最小阈值；

所述升降模块还配置成，接收所述向下信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向下运动。

7.根据权利要求6所述的追光自动升降系统，其特征在于，

所述预设最小阈值为5V，所述预设最大阈值为6V。

8.根据权利要求7所述的追光自动升降系统，其特征在于，

在所述升降模块接收到所述向上信号时，所述推拉杆向上运动，使得所述灯头向上转动到与水平方向成30度仰角的位置；

在所述升降模块接收到所述向下信号时，所述推拉杆向下运动，使得所述灯头向下转动到与所述水平方向成30度俯角的位置。

9.一种用于控制权利要求1-4任一项所述的一体化追光太阳能路灯的追光自动升降的方法，其特征在于，包括：

电压采集步骤，采集所述太阳能电池板的实时电压，发出电压信号；

控制步骤，接收所述电压信号，判断所述实时电压是否降低到预设最小阈值，若是，则发出向上信号；

升降步骤，接收所述向上信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向上运动。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述控制步骤还包括：判断所述实时电压是否升高到预设最大阈值，若是，则发出向下信号，其中，所述预设最大阈值大于所述预设最小阈值；

所述升降步骤还包括：接收所述向下信号，控制所述步进电机使得所述推拉杆向下运动。