CN105657910A - 路面路灯自供电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种路面路灯自供电系统，路面上设有压电陶瓷，所述压电陶瓷输出电能经压电换能器、稳压电路输送至储能单元，所述储能单元为路灯光源供电。本发明利用压电材料制作的压电发电装置具有环保、结构简单，成本低，易于实现等优点，能够有效的节约道路照明系统的建设和使用成本，提高了道路照明的自动化程度，保证路段行车安全。

Description

路面路灯自供电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及照明系统，尤其涉及一种自供电形式的路灯照明系统。
背景技术
路灯照明系统为车辆的安全行驶保驾护航，目前路灯大都有市电供给，需要铺设大量的路灯供电线路，特别是偏远路段，浪费资源。在路灯的开关方式上，一般采用定时开启或关闭，但这种开光方式需要根据季节调整开关时间，费时费力，并且在特殊天气条件下不能智能开启，会对路面行车安全造成影响；也有路灯开关方式采用光感传感器控制，虽然智能化程度高，不需要实时调节，会根据光线强度自行开启或者关闭，但是路灯在开启后，无论路面是否有车，都呈常亮状态，浪费电力资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种节能环保，自动化程度高的路灯系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：路面路灯自供电系统，路面上设有压电陶瓷，所述压电陶瓷输出电能经压电换能器、稳压电路输送至储能单元，所述储能单元为路灯光源供电。
系统设有光线强度传感器并将采集的光线强度信号输送至控制器，所述压电陶瓷输出端设有电信号采集单元并输出电能信号至控制器，所述储能单元与路灯光源之间的供电线路上设有第一继电器，所述第一继电器由控制器控制通断。
每个路灯光源设有独立的路面路灯自供电系统，每个路灯光源的路面路灯自供电系统中的电信号采集单元采集的是所在道路侧位于来车方向上另一个路面路灯自供电系统中的压电陶瓷的电信号。
所述储能单元为超级电容，所述路灯光源为LED光源，所述压电陶瓷预埋在沥青路面中。
所述的路灯光源配有副灯，所述副灯通过第二继电器连接储能单元，所述的第二继电器由控制器控制通断。
所述储能单元设有电量监测单元，所述电量监测单元输出剩余电量信号至控制器，所述控制器输出切换信号至电源切换单元，所述电源切换单元的一个输入端连接储能单元，另一个输入端连接市电，所述电源切换单元的输出端连接第一继电器和第二继电器。
基于路面路灯自供电系统的控制方法，系统启动后，当控制器接收光线强度信号小于预设阈值，且接收到接收压电陶瓷的电信号时，使第一继电器通路点亮路灯光源额定时间。
若控制器接收光线强度信号小于预设阈值，且接收到接收压电陶瓷的电信号时第一继电器处于导通状态，则延长第一继电器导通时间，延长的导通时间等于额定时间。
系统启动后，当控制器接收光线强度信号小于预设阈值，则使第二继电器通路点亮副灯，当控制器接收光线强度信号大于等于预设阈值，则使第二继电器断路关闭副灯。
若控制器监测储能单元的剩余电量低于预设下线电量阈值，则控制电源切换单元转由市电供电，若控制器监测到储能单元的剩余电量大于预设上限电量阈值，则控制电源切换单元转由储能单元供电，所述预设下线电量阈值小于预设上限电量阈值。
本发明利用压电材料制作的压电发电装置具有环保、结构简单，成本低，易于实现等优点，能够有效的节约道路照明系统的建设和使用成本，提高了道路照明的自动化程度，保证路段行车安全。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容简要说明：
图1为路面路灯自供电系统结构框图。
具体实施方式
随着人类的发展，人们对可靠的不间断电力能源的需求不断增加，同时人们的环保意识也日益增强，对清洁、环保、可靠、廉价的新能源研究成了新的研究热点。近年来利用压电材料进行能量收集的研究越来越受到人们关注，其节能环保的特性也备受人们的青睐。利用压电材料制作的压电发电装置具有环保、结构简单，成本低，易于实现等优点。
如图1所示，路面路灯自供电系统通过压电陶瓷发电，压电陶瓷是一种常用的、具有压电效应的多晶体压电材料，在机械外力的作用下而产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面激发正负束缚电荷。压电陶瓷预埋在沥青路面中，当车辆经过埋有压电陶瓷材料的路面上时，产生压力以及震动，压电振子作为压电换能器的核心部件，在材料极化方向和激励作用一定的情况下，将机械能转化为电能，通过整流电路，将压电换能器的来的电能转化为直流电，经过稳压电路，将电路电压调整至发光二极管可点亮的范围内。
压电陶瓷输出电能经压电换能器、稳压电路输送至储能单元存储，储能单元优选超级电容，储能单元为路灯光源供电。储能单元与路灯光源之间的供电线路上设有第一继电器，即第一继电器的输出端串联在储能单元与路灯光源之间的供电线路上，第一继电器由控制器控制通断，从而可以控制路灯光源电点亮或关闭。若路上车辆不多时，为了节约电能，可以不必点亮耗电量大的路灯光源，可以在每个路灯上设置一个副灯，相对功率较小一些，副灯通过第二继电器连接储能单元，即第二继电器的输出端串联在储能单元与副灯之间的供电线路上，第二继电器由控制器控制通断。
为了方便控制路灯点亮时机，在光线不足时，能够自动点亮，系统设有光线强度传感器并将采集的光线强度信号输送至控制器，光线强度传感器优选固定在路灯顶端，优选在光线强度传感器的周围设置隔光护罩，仅上部开口，用于接收外部光线强度，从而避免车灯、城市其他照明设施对光线强度传感器的灵敏度产生影响。
为了进一步控制点亮时机，只有在有车来来时才点亮路灯光源，则压电陶瓷输出端设有电信号采集单元并输出电能信号至控制器。压电陶瓷产生电能则说明有车经过，则可以利用控制器使第一继电器导通，道路上每一个路灯均为一个独立的路面路灯自供电系统，为了具有一定的预判性能，每个路灯光源的路面路灯自供电系统中的电信号采集单元采集的是所在道路侧位于来车方向上另一个路面路灯自供电系统中的压电陶瓷的电信号，即每个路灯光源的控制器所采集的是前方(来车方向)的信号，可以根据路灯的间隔距离选择采集的是前方相邻或前方间隔一个或两个路灯的压电陶瓷的电信号，当然一个路段的初始路灯则采集自己的压电陶瓷的电信号。
在车流量较少的情况下，可能出现发电量不足以支撑路灯光源使用的情况，因此每个储能单元设有电量监测单元，电量监测单元输出剩余电量信号至控制器，同时，每个路灯系统设有电源切换单元，控制器输出切换信号至电源切换单元。电源切换单元的一个输入端连接储能单元，另一个输入端连接市电，电源切换单元的输出端连接第一继电器和第二继电器，第一继电器连接路灯光源，第二继电器连接副灯，这样可以根据剩余电量状况，调整供电模式。
基于上述路面路灯自供电系统的控制方法如下：系统启动后，当控制器接收光线强度信号小于预设阈值，且接收到接收压电陶瓷的电信号时，使第一继电器通路点亮路灯光源额定时间，额定时间可以根据需要设定，例如设定点亮5秒，由于需要迅速点亮，路灯光源需要采用LED光源。当控制器接收的信号为满足光线强度信号小于预设阈值、接收到压电陶瓷的电信号之一或全部，则不执行点亮路灯光源的动作。
若控制器接收光线强度信号小于预设阈值，且接收到接收压电陶瓷的电信号时第一继电器处于导通状态，则延长第一继电器导通时间，延长的导通时间等于额定时间。
针对副灯的控制，系统启动后，当控制器接收光线强度信号小于预设阈值，则使第二继电器通路点亮副灯，当控制器接收光线强度信号大于等于预设阈值，则使第二继电器断路关闭副灯，即天后自动点亮副灯，用作道路指示，以及为行车和慢车道照明，而这些照明光亮强度要求较低，且耗电量不高，可以为夜晚常亮状态。
若控制器监测储能单元的剩余电量低于预设下线电量阈值，则控制电源切换单元转由市电供电，若控制器监测到储能单元的剩余电量大于预设上限电量阈值，则控制电源切换单元转由储能单元供电，可以根据储能单元剩余电量控制选择供电模式，保证系统的正常运行，为避免反复切换状态，预设下线电量阈值小于预设上限电量阈值。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.路面路灯自供电系统，其特征在于：路面上设有压电陶瓷，所述压电陶瓷输出电能经压电换能器、稳压电路输送至储能单元，所述储能单元为路灯光源供电。
2.根据权利要求1所述的路面路灯自供电系统，其特征在于：系统设有光线强度传感器并将采集的光线强度信号输送至控制器，所述压电陶瓷输出端设有电信号采集单元并输出电能信号至控制器，所述储能单元与路灯光源之间的供电线路上设有第一继电器，所述第一继电器由控制器控制通断。
3.根据权利要求2所述的路面路灯自供电系统，其特征在于：每个路灯光源设有独立的路面路灯自供电系统，每个路灯光源的路面路灯自供电系统中的电信号采集单元采集的是所在道路侧位于来车方向上另一个路面路灯自供电系统中的压电陶瓷的电信号。
4.根据权利要求1、2或3所述的路面路灯自供电系统，其特征在于：所述储能单元为超级电容，所述路灯光源为LED光源，所述压电陶瓷预埋在沥青路面中。
5.根据权利要求4所述的路面路灯自供电系统，其特征在于：所述的路灯光源配有副灯，所述副灯通过第二继电器连接储能单元，所述的第二继电器由控制器控制通断。
6.根据权利要求5所述的路面路灯自供电系统，其特征在于：所述储能单元设有电量监测单元，所述电量监测单元输出剩余电量信号至控制器，所述控制器输出切换信号至电源切换单元，所述电源切换单元的一个输入端连接储能单元，另一个输入端连接市电，所述电源切换单元的输出端连接第一继电器和第二继电器。
7.基于权利要求1-6所述的路面路灯自供电系统的控制方法，其特征在于：系统启动后，当控制器接收光线强度信号小于预设阈值，且接收到接收压电陶瓷的电信号时，使第一继电器通路点亮路灯光源额定时间。
8.根据权利要求7所述的路面路灯自供电系统的控制方法，其特征在于：若控制器接收光线强度信号小于预设阈值，且接收到接收压电陶瓷的电信号时第一继电器处于导通状态，则延长第一继电器导通时间，延长的导通时间等于额定时间。
9.根据权利要求7或8所述的路面路灯自供电系统的控制方法，其特征在于：系统启动后，当控制器接收光线强度信号小于预设阈值，则使第二继电器通路点亮副灯，当控制器接收光线强度信号大于等于预设阈值，则使第二继电器断路关闭副灯。
10.根据权利要求9所述的路面路灯自供电系统的控制方法，其特征在于：若控制器监测储能单元的剩余电量低于预设下线电量阈值，则控制电源切换单元转由市电供电，若控制器监测到储能单元的剩余电量大于预设上限电量阈值，则控制电源切换单元转由储能单元供电，所述预设下线电量阈值小于预设上限电量阈值。
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