CN108895393A - 一种可自更换灯头的路灯 - Google Patents

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张晶
郑焕科
王蕾
刘江昆
曾德伟
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Abstract

本发明公开了一种可自更换灯头的路灯，包括太阳能电池板追踪系统、路灯综合控制电路板腔室、可自更换的LED路灯装置、可旋转的灯杆部件、主体灯杆和蓄电池。本发明可以通过LoRa通信模块实时上传故障信息至云端，从而为后期进一步优化路灯的控制方式提供参考依据；该路灯通过光照传感器模块检测光照信息，实现路灯故障的识别，并进一步通过设计的可自更换的LED路灯装置与导轨的配合用于实现LED路灯的更换；综上，本发明通过合理的构成、连接构建出的可自更换灯头的路灯可以有效地用于更换路灯。

Description

一种可自更换灯头的路灯
技术领域
本发明涉及一种可自更换灯头的路灯，属于智慧城市领域。
背景技术
近年来，随着物联网、无线通信等相关技术的快速发展，智慧城市领域迎来了重要风口，道路系统是城市的血脉通路，是城市基础建设的重要部分，做好道路基础设施的智能化建设可以为智慧城市提供极其重要的基础信息和信息传播通路，为智慧城市的数据采集、分析、综合控制具有重要意义。路灯作为道路照明的设备，伴随道路两侧，无疑是道路智能化建设的重要切入点。智能化飞速发展的今天，如何让智慧城市更人性化？面对庞大的基础设施规模，当出现问题时如何方便、快捷、高效的处理问题？这两个方面也是智慧城市应考虑的方面。传统的路灯的更换需要工作人员利用云梯在天气环境允许的条件下更换，大大降低了路灯正常的工作时间。
通过采用可自更换灯头的路灯对路灯进行更换时，需要考虑可自更换灯头的路灯的构成、连接。
发明内容
本发明提供了一种可自更换灯头的路灯，以用于通过合理的构成、连接构建可自更换灯头的路灯实现路灯的更换。
本发明的技术方案是：一种可自更换灯头的路灯，包括太阳能电池板追踪系统1、路灯综合控制电路板腔室2、可自更换的LED路灯装置3、可旋转的灯杆部件4、主体灯杆5和蓄电池6；所述太阳能电池板追踪系统1、路灯综合控制电路板腔室2、可旋转的灯杆部件4、主体灯杆5、蓄电池6依次自上而下设置，太阳能电池板追踪系统1中太阳能电池板产生的电能通过电源线管道10内穿过的电源线输送至主体灯杆5底部的蓄电池6；可旋转的灯杆部件4的两侧、主体灯杆5的一侧上设有齿轮导轨9，齿轮导轨9为可自更换的LED路灯装置3的上下移动提供移动轨道，可自更换的LED路灯装置3包括安装在主体灯杆5的齿轮导轨9底部的备用可自更换的LED路灯装置、安装在可旋转的灯杆部件4的齿轮导轨9一侧的使用中可自更换的LED路灯装置，备用可自更换的LED路灯装置与使用中可自更换的LED路灯装置位于不同侧；所述路灯综合控制电路板腔室2内固定有核心控制电路板，核心电路板包括：STM32单片机模块11、LoRa通信模块12、主蓝牙模块13、旋转灯杆电机模块14、超声波测距模块16、光强度传感器模块17；其中，STM32单片机模块11和LoRa通信模块12、主蓝牙模块13通过串口方式连接，进行数据交换和传输；STM32单片机模块11通过I/O口分别和旋转灯杆电机模块14、太阳能电池板追踪系统1的太阳能电池板跟踪控制模块15、使用中可自更换的LED路灯装置的3路LED路灯继电器开关18连接；STM32单片机模块11通过I/O口分别和超声波测距模块16、光强度传感器模块17连接，STM32单片机模块11通过指令，获取超声波测距模块16、光强度传感器模块17的数据；所述备用可自更换的LED路灯装置与使用中可自更换的LED路灯装置结构相同，均包括LED路灯灯头19和路灯基座20两大部分组成；其中路灯基座20内设有3路LED路灯继电器开关18、路灯基座控制电路板21、带齿轮的减速电机22以及路灯基座电源通孔23，通过路灯基座电源通孔23引入的电源导线为3路LED路灯继电器开关18、路灯基座控制电路板21、带齿轮的减速电机22供电，路灯基座控制电路板21通过蓝牙通信接收路灯综合控制电路板腔室2中核心电路板的指令，并控制带齿轮的减速电机22在齿轮导轨9上上下移动；3路LED路灯继电器开关18控制LED路灯灯头19的通断。
所述STM32单片机模块11包括降压稳压电路、STM32F103系列单片机模块电路；所述降压稳压电路包括极性电容C6、电容C7、极性电容C8、电容C9、ASM1117降压稳压芯片U2；其中12V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U2的引脚3、极性电容C6的正极、电容C7的一端；3.3V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U2的引脚2、极性电容C8的正极、电容C9的一端；3.3V电源负极同时接极性电容C6和C8的负极端、电容C7和电容C9的另一端、ASM1117降压稳压芯片U2的引脚1；所述STM32F103系列单片机模块电路包括STM32F103单片机U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、晶振Y1、晶振Y2、轻触开关S1、跳线端子；其中，电源地同时接电容C1、电容C2、电容C3、电容C4的一端；电容C1的另一端接晶振Y2的一端和STM32F103单片机U1的引脚3，电容C2的另一端接晶振Y2的另一端和STM32F103单片机U1的引脚4，电容C3的另一端接晶振Y1和电阻R1的一端、接STM32F103单片机U1的引脚5，电容C4的另一端接晶振Y1的和电阻R1的另一端、接STM32F103单片机U1的引脚6；电阻R2的一端接3.3V电源正极，电阻R2的另一端接轻触开关S1和电容C5的一端、接STM32F103单片机U1的引脚7，轻触开关S1的另一端和电容C5的另一并联接地；电阻R3一端接3.3V电源正极，电阻R3另一端接电阻R4的一端和跳线端子的1号端口，R4的另一端接STM32F103单片机U1的引脚44，跳线端子的2号端口接3.3V电源负极；电阻R5的一端接3.3V电源负极，电阻R5另一端接STM32F103单片机U1引脚20。
所述LoRa通信模块12包括基于SX1278的LoRa模块M4、天线E1；所述主蓝牙模块13包括蓝牙模块M5、电阻R9、发光二极管D4；所述超声波测距模块16采用超声波测距传感器7；所述光强度传感器模块17包括光照模块M6；其中，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚1连接天线E1，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚4连接STM32F103单片机U1的引脚13，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚5连接STM32F103单片机U1的引脚12，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚15连接STM32F103单片机U1的引脚14，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚14连接STM32F103单片机U1的引脚17，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚13连接STM32F103单片机U1的引脚16，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚12连接STM32F103单片机U1的引脚15，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚3连接3.3V电源正极，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚2、引脚9、引脚16连接3.3V电源的负极；蓝牙模块M5的引脚1连接电阻R9的一端，R9的另一端连接发光二极管D4正极一端，发光二极管D4的负极一端连接3.3V电源负极，蓝牙模块M5的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚11，蓝牙模块M5的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚10，蓝牙模块M5的引脚4连接3.3V电源负极，蓝牙模块M5的引脚5连接3.3V电源正极；光照模块M6的引脚1连接3.3V电源正极，光照模块M6的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚21，光照模块M6的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚22，光照模块M6的引脚4和引脚5同时连接3.3V电源负极；超声波测距传感器7的引脚1接3.3V电源负极，超声波测距传感器7的引脚2接STM32F103单片机U1的引脚33，超声波测距传感器7的引脚3接STM32F103单片机U1的引脚32，超声波测距传感器7的引脚4接3.3V电源正极。
所述旋转灯杆电机模块14包括ULN2003电机驱动芯片U6；其中，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚1连接STM32F103单片机U1的引脚39，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚40，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚41，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚4连接STM32F103单片机U1的引脚42，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚8连接12V电源负极，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚9连接12V电源正极，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚13连接旋转灯杆减速电机8的引脚6，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚14连接旋转灯杆减速电机8的引脚4，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚15连接旋转灯杆减速电机8的引脚3，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚16连接旋转灯杆减速电机8的引脚1；旋转灯杆减速电机8的引脚2和引脚5连接12V电源正极。
所述3路LED路灯继电器开关18包括A路LED：由继电器开关K1、继电器开关K2、二极管D1、电阻R6、三极管Q1、光电耦合器U3构成；包括B路LED：由继电器开关K2、二极管D2、电阻R7、三极管Q2、光电耦合器U4构成；包括C路LED：由继电器开关K3、二极管D3、电阻R8、三极管Q3、光电耦合器U5构成；A路LED、B路LED、C路LED三者构成部件的连接方式相同；其中A路LED，220V交流电源接LED路灯灯头19中LED路灯A路M1，LED路灯A路M1的另一端接继电器开关K1的引脚3，继电器开关K1的引脚4接220V交流电源；继电器开关K1的引脚1接12V电源正极、二极管D1的负极一端、电阻R6的一端，继电器开关K1的引脚2接三极管Q1的发射极、二极管D1的正极一端；三极管Q1的基极接电阻R6的另一端、光电耦合器U3的引脚3；三极管Q1的集电极接12V电源负极、光弹耦合器U3的引脚4；光电耦合器U3的引脚1接3.3V电源正极，光电耦合器U3的引脚2接STM32F103单片机U1的引脚29。
所述路灯基座控制电路板21包括C51单片机模块24、从蓝牙模块25、爬升电机模块26；所述C51单片机模块24包括ASM1117降压稳压芯片U7、ST8F2K64S2单片机芯片U8、极性电容C10、电容C11、极性电容C12、电容C13；所述从蓝牙模块25包括蓝牙模块M9、电阻R10、发光二极管D5；爬升电机模块26包括ULN2003电机驱动芯片U9；其中，12V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U7的引脚3、极性电容C10的正极、电容C11的一端；3.3V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U7的引脚2、极性电容C12的正极、电容C13的一端；3.3V电源负极同时接极性电容C11和电容C12的负极端、电容C10和电容C13的另一端、ASM1117降压稳压芯片U7的引脚1；ST8F2K64S2单片机芯片U8的引脚6连接3.3V电源正极，ST8F2K64S2单片机芯片U8的引脚8连接3.3V电源负极；蓝牙模块M9的引脚1连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接发光二极管D5正极一端，发光二极管D5的负极一端连接3.3V电源负极，蓝牙模块M9的引脚2连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚2，蓝牙模块M9的引脚3连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚1，蓝牙模块M9的引脚4连接3.3V电源负极，蓝牙模块M9的引脚5连接3.3V电源正极；ULN2003电机驱动芯片U9的引脚1连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚16，ULN2003电机驱动芯片U9引脚2连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚15，ULN2003电机驱动芯片U9引脚3连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚14，ULN2003电机驱动芯片U9引脚4连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚13，ULN2003电机驱动芯片U9引脚8连接12V电源负极，ULN2003电机驱动芯片U9引脚9连接12V电源正极，ULN2003电机驱动芯片U9引脚13连接带齿轮的减速电机22的引脚6，ULN2003电机驱动芯片U9引脚14连接带齿轮的减速电机22的引脚4，ULN2003电机驱动芯片U9引脚15连接带齿轮的减速电机22的引脚3，ULN2003电机驱动芯片U9引脚16连接带齿轮的减速电机22的引脚1；带齿轮的减速电机22的引脚2和引脚5连接12V电源正极。
所述LED路灯灯头19在机械结构上使用卡扣和锁扣的方式和路灯基座20固定连接。
本发明的有益效果是：该路灯可以通过LoRa通信模块实时上传故障信息至云端，从而为后期进一步优化路灯的控制方式提供参考依据；该路灯通过光照传感器模块检测光照信息，实现路灯故障的识别，并进一步通过设计的可自更换的LED路灯装置与导轨的配合用于实现LED路灯的更换；综上，本发明通过合理的构成、连接构建出的可自更换灯头的路灯可以有效地用于更换路灯。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明路灯综合控制电路板腔室中核心电路板结构框图；
图3是本发明的可自更换的LED路灯装置结构图；
图4是本发明的路灯基座控制电路板结构框图；
图5是本发明的可旋转的灯杆部件结构俯视图；
图6是本发明的主体灯杆部件结构俯视图；
图7是本发明的STM32单片机模块中降压稳压电路图；
图8是本发明的STM32单片机模块中STM32F103系列单片机模块电路图；
图9是本发明的3路LED路灯继电器开关电路图；
图10是本发明的LoRa通信模块电路图；
图11是本发明的主蓝牙模块电路图；
图12是本发明的光强度传感器模块电路图；
图13是本发明的超声波测距模块电路图；
图14是本发明的旋转灯杆电机模块电路图；
图15是本发明的ASM1117降压稳压芯片电路图；
图16是本发明的ST8F2K64S2单片机芯片电路图；
图17是本发明的爬升电机模块电路图；
图18是本发明的从蓝牙模块电路图；
图中各标号：1-太阳能电池板追踪系统，2-路灯综合控制电路板腔室，3-可自更换的LED路灯装置，4-可旋转的灯杆部件，5-主体灯杆，6-蓄电池，7-超声波测距传感器，8-旋转灯杆减速电机，9-齿轮导轨，10-电源线管道，11-STM32单片机模块，12-LoRa通信模块，13-主蓝牙模块，14-旋转灯杆电机模块，15-太阳能电池板跟踪控制模块，16-超声波测距模块，17-光强度传感器模块，18-3路LED路灯继电器开关，19-LED路灯灯头，20-智能路灯基座，21-路灯基座控制电路板，22-带齿轮的减速电机，23-路灯基座电源通孔，24-C51单片机模块，25-从蓝牙模块，26-爬升电机模块。
具体实施方式
实施例1：如图1-18所示，一种可自更换灯头的路灯，包括太阳能电池板追踪系统1、路灯综合控制电路板腔室2、可自更换的LED路灯装置3、可旋转的灯杆部件4、主体灯杆5和蓄电池6；所述太阳能电池板追踪系统1、路灯综合控制电路板腔室2、可旋转的灯杆部件4、主体灯杆5、蓄电池6依次自上而下设置，太阳能电池板追踪系统1中太阳能电池板产生的电能通过电源线管道10内穿过的电源线输送至主体灯杆5底部的蓄电池6；可旋转的灯杆部件4的两侧、主体灯杆5的一侧上设有齿轮导轨9，齿轮导轨9为可自更换的LED路灯装置3的上下移动提供移动轨道，可自更换的LED路灯装置3包括安装在主体灯杆5的齿轮导轨9底部的备用可自更换的LED路灯装置、安装在可旋转的灯杆部件4的齿轮导轨9一侧的使用中可自更换的LED路灯装置，备用可自更换的LED路灯装置与使用中可自更换的LED路灯装置位于不同侧；所述路灯综合控制电路板腔室2内固定有核心控制电路板，核心电路板包括：STM32单片机模块11、LoRa通信模块12、主蓝牙模块13、旋转灯杆电机模块14、超声波测距模块16、光强度传感器模块17；其中，STM32单片机模块11和LoRa通信模块12、主蓝牙模块13通过串口方式连接，进行数据交换和传输；STM32单片机模块11通过I/O口分别和旋转灯杆电机模块14、太阳能电池板追踪系统1的太阳能电池板跟踪控制模块15、使用中可自更换的LED路灯装置的3路LED路灯继电器开关18连接；STM32单片机模块11通过I/O口分别和超声波测距模块16、光强度传感器模块17连接，STM32单片机模块11通过指令，获取超声波测距模块16、光强度传感器模块17的数据；所述备用可自更换的LED路灯装置与使用中可自更换的LED路灯装置结构相同，均包括LED路灯灯头19和路灯基座20两大部分组成；其中路灯基座20内设有3路LED路灯继电器开关18、路灯基座控制电路板21、带齿轮的减速电机22以及路灯基座电源通孔23，通过路灯基座电源通孔23引入的电源导线为3路LED路灯继电器开关18、路灯基座控制电路板21、带齿轮的减速电机22供电，路灯基座控制电路板21通过蓝牙通信接收路灯综合控制电路板腔室2中核心电路板的指令，并控制带齿轮的减速电机22在齿轮导轨9上上下移动；3路LED路灯继电器开关18控制LED路灯灯头19的通断。
进一步地，可以设置所述STM32单片机模块11包括降压稳压电路、STM32F103系列单片机模块电路；所述降压稳压电路包括极性电容C6、电容C7、极性电容C8、电容C9、ASM1117降压稳压芯片U2；其中12V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U2的引脚3、极性电容C6的正极、电容C7的一端；3.3V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U2的引脚2、极性电容C8的正极、电容C9的一端；3.3V电源负极同时接极性电容C6和C8的负极端、电容C7和电容C9的另一端、ASM1117降压稳压芯片U2的引脚1；所述STM32F103系列单片机模块电路包括STM32F103单片机U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、晶振Y1、晶振Y2、轻触开关S1、跳线端子；其中，电源地同时接电容C1、电容C2、电容C3、电容C4的一端；电容C1的另一端接晶振Y2的一端和STM32F103单片机U1的引脚3，电容C2的另一端接晶振Y2的另一端和STM32F103单片机U1的引脚4，电容C3的另一端接晶振Y1和电阻R1的一端、接STM32F103单片机U1的引脚5，电容C4的另一端接晶振Y1的和电阻R1的另一端、接STM32F103单片机U1的引脚6；电阻R2的一端接3.3V电源正极，电阻R2的另一端接轻触开关S1和电容C5的一端、接STM32F103单片机U1的引脚7，轻触开关S1的另一端和电容C5的另一并联接地；电阻R3一端接3.3V电源正极，电阻R3另一端接电阻R4的一端和跳线端子的1号端口，R4的另一端接STM32F103单片机U1的引脚44，跳线端子的2号端口接3.3V电源负极；电阻R5的一端接3.3V电源负极，电阻R5另一端接STM32F103单片机U1引脚20。
进一步地，可以设置所述LoRa通信模块12包括基于SX1278的LoRa模块M4、天线E1；所述主蓝牙模块13包括蓝牙模块M5、电阻R9、发光二极管D4；所述超声波测距模块16采用超声波测距传感器7(超声波测距传感器7指代图中M7)；所述光强度传感器模块17包括光照模块M6；其中，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚1连接天线E1，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚4连接STM32F103单片机U1的引脚13，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚5连接STM32F103单片机U1的引脚12，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚15连接STM32F103单片机U1的引脚14，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚14连接STM32F103单片机U1的引脚17，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚13连接STM32F103单片机U1的引脚16，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚12连接STM32F103单片机U1的引脚15，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚3连接3.3V电源正极，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚2、引脚9、引脚16连接3.3V电源的负极；蓝牙模块M5的引脚1连接电阻R9的一端，R9的另一端连接发光二极管D4正极一端，发光二极管D4的负极一端连接3.3V电源负极，蓝牙模块M5的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚11，蓝牙模块M5的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚10，蓝牙模块M5的引脚4连接3.3V电源负极，蓝牙模块M5的引脚5连接3.3V电源正极；光照模块M6的引脚1连接3.3V电源正极，光照模块M6的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚21，光照模块M6的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚22，光照模块M6的引脚4和引脚5同时连接3.3V电源负极；超声波测距传感器7的引脚1接3.3V电源负极，超声波测距传感器7的引脚2接STM32F103单片机U1的引脚33，超声波测距传感器7的引脚3接STM32F103单片机U1的引脚32，超声波测距传感器7的引脚4接3.3V电源正极。
进一步地，可以设置所述旋转灯杆电机模块14包括ULN2003电机驱动芯片U6；其中，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚1连接STM32F103单片机U1的引脚39，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚40，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚41，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚4连接STM32F103单片机U1的引脚42，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚8连接12V电源负极，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚9连接12V电源正极，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚13连接旋转灯杆减速电机8的引脚6(旋转灯杆减速电机8指代图中步进电机M8)，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚14连接旋转灯杆减速电机8的引脚4，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚15连接旋转灯杆减速电机8的引脚3，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚16连接旋转灯杆减速电机8的引脚1；旋转灯杆减速电机8的引脚2和引脚5连接12V电源正极。
进一步地，可以设置所述3路LED路灯继电器开关18包括A路LED：由继电器开关K1、继电器开关K2、二极管D1、电阻R6、三极管Q1、光电耦合器U3构成；包括B路LED：由继电器开关K2、二极管D2、电阻R7、三极管Q2、光电耦合器U4构成；包括C路LED：由继电器开关K3、二极管D3、电阻R8、三极管Q3、光电耦合器U5构成；A路LED、B路LED、C路LED三者构成部件的连接方式相同；其中A路LED，220V交流电源接LED路灯灯头19中LED路灯A路M1，LED路灯A路M1的另一端接继电器开关K1的引脚3，继电器开关K1的引脚4接220V交流电源；继电器开关K1的引脚1接12V电源正极、二极管D1的负极一端、电阻R6的一端，继电器开关K1的引脚2接三极管Q1的发射极、二极管D1的正极一端；三极管Q1的基极接电阻R6的另一端、光电耦合器U3的引脚3；三极管Q1的集电极接12V电源负极、光弹耦合器U3的引脚4；光电耦合器U3的引脚1接3.3V电源正极，光电耦合器U3的引脚2接STM32F103单片机U1的引脚29。
进一步地，可以设置所述路灯基座控制电路板21包括C51单片机模块24、从蓝牙模块25、爬升电机模块26；所述C51单片机模块24包括ASM1117降压稳压芯片U7、ST8F2K64S2单片机芯片U8、极性电容C10、电容C11、极性电容C12、电容C13；所述从蓝牙模块25包括蓝牙模块M9、电阻R10、发光二极管D5；爬升电机模块26包括ULN2003电机驱动芯片U9；其中，12V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U7的引脚3、极性电容C10的正极、电容C11的一端；3.3V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U7的引脚2、极性电容C12的正极、电容C13的一端；3.3V电源负极同时接极性电容C11和电容C12的负极端、电容C10和电容C13的另一端、ASM1117降压稳压芯片U7的引脚1；ST8F2K64S2单片机芯片U8的引脚6连接3.3V电源正极，ST8F2K64S2单片机芯片U8的引脚8连接3.3V电源负极；蓝牙模块M9的引脚1连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接发光二极管D5正极一端，发光二极管D5的负极一端连接3.3V电源负极，蓝牙模块M9的引脚2连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚2，蓝牙模块M9的引脚3连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚1，蓝牙模块M9的引脚4连接3.3V电源负极，蓝牙模块M9的引脚5连接3.3V电源正极；ULN2003电机驱动芯片U9的引脚1连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚16，ULN2003电机驱动芯片U9引脚2连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚15，ULN2003电机驱动芯片U9引脚3连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚14，ULN2003电机驱动芯片U9引脚4连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚13，ULN2003电机驱动芯片U9引脚8连接12V电源负极，ULN2003电机驱动芯片U9引脚9连接12V电源正极，ULN2003电机驱动芯片U9引脚13连接带齿轮的减速电机22的引脚6(带齿轮的减速电机22指代图中M10)，ULN2003电机驱动芯片U9引脚14连接带齿轮的减速电机22的引脚4，ULN2003电机驱动芯片U9引脚15连接带齿轮的减速电机22的引脚3，ULN2003电机驱动芯片U9引脚16连接带齿轮的减速电机22的引脚1；带齿轮的减速电机22的引脚2和引脚5连接12V电源正极。
进一步地，可以设置所述LED路灯灯头19在机械结构上使用卡扣和锁扣的方式和路灯基座20固定连接。
本发明的工作原理是：
所述太阳能电池板追踪系统1中太阳能电池板产生的电能通过电源线管道10内穿过的电源线输送至主体灯杆5底部的蓄电池6，通过蓄电池可存储太阳能电池板产生的电能，并用于各部件供电；路灯综合控制电路板腔室2中STM32单片机模块11的引脚28与太阳能电池板追踪系统1的电源地相连，控制太阳能电池板追踪系统1的开断。太阳能电池板追踪系统1采用双轴舵机控制，太阳能电池板四边上设有4个光敏电阻，舵机根据4个光敏电阻的电阻值判断太阳位置，舵机向着4个光敏电阻的阻值相同的趋向移动，最终使太阳能电池板与太阳垂直。
通过STM32单片机模块11控制旋转灯杆电机模块14驱动可旋转的灯杆部件4中的旋转灯杆减速电机8运动，旋转灯杆减速电机8运动带动与电机输出轴连接的可旋转的灯杆部件4进行旋转；通过STM32单片机模块11控制太阳能电池板追踪系统1的太阳能电池板跟踪控制模块15驱动，实现自动跟踪太阳光线；通过STM32单片机模块11驱动3路LED路灯继电器开关18控制3路LED的通断，实现使用中可自更换的LED路灯装置中LED路灯灯头19的通断；通过获取超声波测距模块16的数据探测备用可自更换的LED路灯装置上升的位置，并发送信息至STM32单片机模块11；通过光强度传感器模块17检测光线强度并发送信息至STM32单片机模块11，STM32单片机模块11根据光强度传感器模块17采集的信息发送的命令经LoRa通信模块12传输至LoRa基站；STM32单片机模块11根据超声波测距模块16采集的信息和光强度传感器模块17采集的信息发送的命令经主蓝牙模块13、从蓝牙模块25传输至C51单片机模块24，通过C51单片机模块24控制爬升电机模块26驱动带齿轮的减速电机22运动。
该装置在更换路灯的过程中，光照传感器模块17(M6型号：BH1750FVI)实时检测光线强度，STM32F103单片机模块11根据光线情况，打开使用中可自更换的LED路灯装置中3路LED路灯继电器开关18的一路或多路。如果打开路灯的指令发出，光照传感器模块17检测到的光线强度没有明显变化变亮，STM32F103单片机模块11判定使用中可自更换的LED路灯装置为故障路灯，LoRa通信模块12将该故障信息通过无线通信的方式，传送给到附近LoRa基站，LoRa基站进而将故障信息转送到云端报警平台，待管理人员确定路灯损坏一旦确认损坏，管理人员可以从云端远程发送更换路灯指令，指令通过云端和指定基站返回到故障路灯。同时，STM32F103单片机模块11先通过主蓝牙通信模块13(M5型号：HC-05)，向备用可自更换的LED路灯装置发送上升命令，备用可自更换的LED路灯装置的从蓝牙模块25(M9型号：HC-05)接收到指令，通过C51单片机模块24控制爬升电机模块26驱动带齿轮的减速电机22输出轴上的齿轮沿着主体灯杆5上的齿轮导轨9缓慢向上移动。超声波测距传感器7(M7型号：HC-SR04)可以探测备用可自更换的LED路灯装置上升的位置，当监测到备用可自更换的LED路灯装置爬升到了可旋转的灯杆部件4的范围内时，STM32F103单片机模块11通过主蓝牙模块13向备用可自更换的LED路灯装置发送停止上升的命令，短暂延时后，STM32F103单片机模块11通过控制旋转灯杆电机模块14驱动可旋转的灯杆部件4中的旋转灯杆减速电机8运动，旋转灯杆减速电机8运动带动与电机输出轴连接的可旋转的灯杆部件4进行旋转180°旋转，从而实现备用可自更换的LED路灯装置与使用中可自更换的LED路灯装置的位置对调。对调后，STM32F103单片机模块11再通过主蓝牙模块13向使用中可自更换的LED路灯装置发送下降指令，使用中可自更换的LED路灯装置收到蓝牙指令后下降到预设位置，等待维修管理人员前来更换LED路灯灯头19。待更换了新的LED路灯灯头后成为新的备用可自更换的LED路灯装置。至此，实现了路灯的更换。
上面结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种可自更换灯头的路灯，其特征在于：包括太阳能电池板追踪系统(1)、路灯综合控制电路板腔室(2)、可自更换的LED路灯装置(3)、可旋转的灯杆部件(4)、主体灯杆(5)和蓄电池(6)；
所述太阳能电池板追踪系统(1)、路灯综合控制电路板腔室(2)、可旋转的灯杆部件(4)、主体灯杆(5)、蓄电池(6)依次自上而下设置，太阳能电池板追踪系统(1)中太阳能电池板产生的电能通过电源线管道(10)内穿过的电源线输送至主体灯杆(5)底部的蓄电池(6)；可旋转的灯杆部件(4)的两侧、主体灯杆(5)的一侧上设有齿轮导轨(9)，齿轮导轨(9)为可自更换的LED路灯装置(3)的上下移动提供移动轨道，可自更换的LED路灯装置(3)包括安装在主体灯杆(5)的齿轮导轨(9)底部的备用可自更换的LED路灯装置、安装在可旋转的灯杆部件(4)的齿轮导轨(9)一侧的使用中可自更换的LED路灯装置，备用可自更换的LED路灯装置与使用中可自更换的LED路灯装置位于不同侧；
所述路灯综合控制电路板腔室(2)内固定有核心控制电路板，核心电路板包括：STM32单片机模块(11)、LoRa通信模块(12)、主蓝牙模块(13)、旋转灯杆电机模块(14)、超声波测距模块(16)、光强度传感器模块(17)；其中，STM32单片机模块(11)和LoRa通信模块(12)、主蓝牙模块(13)通过串口方式连接，进行数据交换和传输；STM32单片机模块(11)通过I/O口分别和旋转灯杆电机模块(14)、太阳能电池板追踪系统(1)的太阳能电池板跟踪控制模块(15)、使用中可自更换的LED路灯装置的3路LED路灯继电器开关(18)连接；STM32单片机模块(11)通过I/O口分别和超声波测距模块(16)、光强度传感器模块(17)连接，STM32单片机模块(11)通过指令，获取超声波测距模块(16)、光强度传感器模块(17)的数据；
所述备用可自更换的LED路灯装置与使用中可自更换的LED路灯装置结构相同，均包括LED路灯灯头(19)和路灯基座(20)两大部分组成；其中路灯基座(20)内设有3路LED路灯继电器开关(18)、路灯基座控制电路板(21)、带齿轮的减速电机(22)以及路灯基座电源通孔(23)，通过路灯基座电源通孔(23)引入的电源导线为3路LED路灯继电器开关(18)、路灯基座控制电路板(21)、带齿轮的减速电机(22)供电，路灯基座控制电路板(21)通过蓝牙通信接收路灯综合控制电路板腔室(2)中核心电路板的指令，并控制带齿轮的减速电机(22)在齿轮导轨(9)上上下移动；3路LED路灯继电器开关(18)控制LED路灯灯头(19)的通断。
2.根据权利要求1所述的可自更换灯头的路灯，其特征在于：所述STM32单片机模块(11)包括降压稳压电路、STM32F103系列单片机模块电路；
所述降压稳压电路包括极性电容C6、电容C7、极性电容C8、电容C9、ASM1117降压稳压芯片U2；其中12V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U2的引脚3、极性电容C6的正极、电容C7的一端；3.3V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U2的引脚2、极性电容C8的正极、电容C9的一端；3.3V电源负极同时接极性电容C6和C8的负极端、电容C7和电容C9的另一端、ASM1117降压稳压芯片U2的引脚1；
所述STM32F103系列单片机模块电路包括STM32F103单片机U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、晶振Y1、晶振Y2、轻触开关S1、跳线端子；其中，电源地同时接电容C1、电容C2、电容C3、电容C4的一端；电容C1的另一端接晶振Y2的一端和STM32F103单片机U1的引脚3，电容C2的另一端接晶振Y2的另一端和STM32F103单片机U1的引脚4，电容C3的另一端接晶振Y1和电阻R1的一端、接STM32F103单片机U1的引脚5，电容C4的另一端接晶振Y1的和电阻R1的另一端、接STM32F103单片机U1的引脚6；电阻R2的一端接3.3V电源正极，电阻R2的另一端接轻触开关S1和电容C5的一端、接STM32F103单片机U1的引脚7，轻触开关S1的另一端和电容C5的另一并联接地；电阻R3一端接3.3V电源正极，电阻R3另一端接电阻R4的一端和跳线端子的1号端口，R4的另一端接STM32F103单片机U1的引脚44，跳线端子的2号端口接3.3V电源负极；电阻R5的一端接3.3V电源负极，电阻R5另一端接STM32F103单片机U1引脚20。
3.根据权利要求2所述的可自更换灯头的路灯，其特征在于：所述LoRa通信模块(12)包括基于SX1278的LoRa模块M4、天线E1；所述主蓝牙模块(13)包括蓝牙模块M5、电阻R9、发光二极管D4；所述超声波测距模块(16)采用超声波测距传感器(7)；所述光强度传感器模块(17)包括光照模块M6；其中，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚1连接天线E1，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚4连接STM32F103单片机U1的引脚13，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚5连接STM32F103单片机U1的引脚12，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚15连接STM32F103单片机U1的引脚14，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚14连接STM32F103单片机U1的引脚17，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚13连接STM32F103单片机U1的引脚16，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚12连接STM32F103单片机U1的引脚15，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚3连接3.3V电源正极，基于SX1278的LoRa模块M4的引脚2、引脚9、引脚16连接3.3V电源的负极；蓝牙模块M5的引脚1连接电阻R9的一端，R9的另一端连接发光二极管D4正极一端，发光二极管D4的负极一端连接3.3V电源负极，蓝牙模块M5的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚11，蓝牙模块M5的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚10，蓝牙模块M5的引脚4连接3.3V电源负极，蓝牙模块M5的引脚5连接3.3V电源正极；光照模块M6的引脚1连接3.3V电源正极，光照模块M6的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚21，光照模块M6的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚22，光照模块M6的引脚4和引脚5同时连接3.3V电源负极；超声波测距传感器(7)的引脚1接3.3V电源负极，超声波测距传感器(7)的引脚2接STM32F103单片机U1的引脚33，超声波测距传感器(7)的引脚3接STM32F103单片机U1的引脚32，超声波测距传感器(7)的引脚4接3.3V电源正极。
4.根据权利要求2所述的可自更换灯头的路灯，其特征在于：所述旋转灯杆电机模块(14)包括ULN2003电机驱动芯片U6；其中，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚1连接STM32F103单片机U1的引脚39，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚2连接STM32F103单片机U1的引脚40，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚3连接STM32F103单片机U1的引脚41，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚4连接STM32F103单片机U1的引脚42，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚8连接12V电源负极，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚9连接12V电源正极，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚13连接旋转灯杆减速电机(8)的引脚6，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚14连接旋转灯杆减速电机(8)的引脚4，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚15连接旋转灯杆减速电机(8)的引脚3，ULN2003电机驱动芯片U6的引脚16连接旋转灯杆减速电机(8)的引脚1；旋转灯杆减速电机(8)的引脚2和引脚5连接12V电源正极。
5.根据权利要求2所述的可自更换灯头的路灯，其特征在于：所述3路LED路灯继电器开关(18)包括A路LED：由继电器开关K1、继电器开关K2、二极管D1、电阻R6、三极管Q1、光电耦合器U3构成；包括B路LED：由继电器开关K2、二极管D2、电阻R7、三极管Q2、光电耦合器U4构成；包括C路LED：由继电器开关K3、二极管D3、电阻R8、三极管Q3、光电耦合器U5构成；A路LED、B路LED、C路LED三者构成部件的连接方式相同；其中A路LED，220V交流电源接LED路灯灯头(19)中LED路灯A路M1，LED路灯A路M1的另一端接继电器开关K1的引脚3，继电器开关K1的引脚4接220V交流电源；继电器开关K1的引脚1接12V电源正极、二极管D1的负极一端、电阻R6的一端，继电器开关K1的引脚2接三极管Q1的发射极、二极管D1的正极一端；三极管Q1的基极接电阻R6的另一端、光电耦合器U3的引脚3；三极管Q1的集电极接12V电源负极、光弹耦合器U3的引脚4；光电耦合器U3的引脚1接3.3V电源正极，光电耦合器U3的引脚2接STM32F103单片机U1的引脚29。
6.根据权利要求1所述的可自更换灯头的路灯，其特征在于：所述路灯基座控制电路板(21)包括C51单片机模块(24)、从蓝牙模块(25)、爬升电机模块(26)；所述C51单片机模块(24)包括ASM1117降压稳压芯片U7、ST8F2K64S2单片机芯片U8、极性电容C10、电容C11、极性电容C12、电容C13；所述从蓝牙模块(25)包括蓝牙模块M9、电阻R10、发光二极管D5；爬升电机模块(26)包括ULN2003电机驱动芯片U9；其中，12V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U7的引脚3、极性电容C10的正极、电容C11的一端；3.3V电源正极以并联的方式接ASM1117降压稳压芯片U7的引脚2、极性电容C12的正极、电容C13的一端；3.3V电源负极同时接极性电容C11和电容C12的负极端、电容C10和电容C13的另一端、ASM1117降压稳压芯片U7的引脚1；ST8F2K64S2单片机芯片U8的引脚6连接3.3V电源正极，ST8F2K64S2单片机芯片U8的引脚8连接3.3V电源负极；蓝牙模块M9的引脚1连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接发光二极管D5正极一端，发光二极管D5的负极一端连接3.3V电源负极，蓝牙模块M9的引脚2连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚2，蓝牙模块M9的引脚3连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚1，蓝牙模块M9的引脚4连接3.3V电源负极，蓝牙模块M9的引脚5连接3.3V电源正极；ULN2003电机驱动芯片U9的引脚1连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚16，ULN2003电机驱动芯片U9引脚2连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚15，ULN2003电机驱动芯片U9引脚3连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚14，ULN2003电机驱动芯片U9引脚4连接STC8F2K64S2单片机U8的引脚13，ULN2003电机驱动芯片U9引脚8连接12V电源负极，ULN2003电机驱动芯片U9引脚9连接12V电源正极，ULN2003电机驱动芯片U9引脚13连接带齿轮的减速电机(22)的引脚6，ULN2003电机驱动芯片U9引脚14连接带齿轮的减速电机(22)的引脚4，ULN2003电机驱动芯片U9引脚15连接带齿轮的减速电机(22)的引脚3，ULN2003电机驱动芯片U9引脚16连接带齿轮的减速电机(22)的引脚1；带齿轮的减速电机(22)的引脚2和引脚5连接12V电源正极。
7.根据权利要求1所述的可自更换灯头的路灯，其特征在于：所述LED路灯灯头(19)在机械结构上使用卡扣和锁扣的方式和路灯基座(20)固定连接。
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