CN114727459B - 一种基于光电传感器的智能路灯供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，涉及路灯供电控制技术领域，包括：光照度检测模块，局部放电检测模块，主控制模块，转换控制模块，恒流驱动模块，恒压驱动模块，路灯模组；光照度检测模块检测环境光，局部放电检测模块检测路灯的局部放电情况，主控制模块控制模块工作，转换控制模块选择控制通路，恒流驱动模块输出恒流电能，恒压驱动模块输出恒压电能，路灯模组控制路灯工作。本发明基于光电传感器的智能路灯供电系统将检测光照度数据与光照度阈值比较，主控制模块做出判断并智能控制恒流驱动和恒压驱动的工作，继而控制路灯的工作方式，恒流恒压的切换还有效防止电路短路或过载，采用光电检测的方式实现局部放电检测。

Description

一种基于光电传感器的智能路灯供电系统

技术领域

本发明涉及路灯供电控制技术领域，具体是一种基于光电传感器的智能路灯供电系统。

背景技术

随着社会科技的进步，LED作为智能路灯的新型光源，得到普遍的应用，加上光电传感技术的不断优化，将光电传感技术和LED路灯进行巧妙的结合，能够实现智能路灯的供电控制，但现有的路灯供电系统可由恒流、恒压两种驱动模块进行驱动，由于恒压驱动会导致高负载路灯的亮度不一致而导致路灯照明效果差，所以大部分路灯采用恒流驱动的方式驱动高负载路灯，但是不能出现负载开路的情况，所以在实际应用中，需合理智能的对路灯进行恒流、恒压驱动使用，达到路灯的合理供电控制，并且为保证路灯的智能控制，采用光电传感器进行合理的规划能够起到路灯的保护、调节和智能供电的作用。

发明内容

本发明实施例提供一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例的第一方面，提供一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，该基于光电传感器的智能路灯供电系统包括：光照度检测模块，局部放电检测模块，主控制模块，转换控制模块，恒流驱动模块，恒压驱动模块，路灯模组，电源模块，通信模块；

所述光照度检测模块，与所述主控制模块连接，用于检测环境光照度情况并与光照度阈值比较继而输出第一光照度信号和第二光照度信号；

所述局部放电检测模块，与所述主控制模块连接，用于检测智能路灯内部电路的局部放电情况并进行模数处理，用于输出局部放电检测信号；

所述主控制模块，用于接收所述光照度检测模块和局部放电检测模块输出的信号，用于判断环境光照度情况和智能路灯内部电路的局部放电情况并输出控制信号和数据信息，用于控制各个模块的工作；

所述转换控制模块，与所述主控制模块连接，用于接收所述主控制模块输出的控制信号并控制所述恒流驱动模块和恒压驱动模块的转换，用于控制电源模块与所述恒流驱动模块和恒压驱动模块的连接；

所述恒流驱动模块，与所述转换控制模块连接，用于通过恒流驱动系统控制并输出恒流电能；

所述恒压驱动模块，与所述转换控制模块连接，用于通过恒压驱动系统控制并输出恒压电能；

所述路灯模组，与所述恒流驱动模块连接，用于接收所述恒流驱动模块输出的恒流电能并控制总路灯工作，与所述恒压驱动模块连接，用于接收所述恒压驱动模块输出的恒压电能并控制部分路灯工作；

所述电源模块，用于储能并为路灯提供所需电能；

所述通信模块，与所述主控制模块连接，用于接收所述主控制模块输出的数据信息并与监控中心建立数据通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于光电传感器的智能路灯供电系统采用光电传感技术检测环境光照度情况，并将光照度检测模块的检测数据与光照度阈值比较继而输出第一光照度信号和第二光照度信号，为主控制模块控制转换控制模块提供控制依据，主控制模块可根据对环境光照度的判断智能的控制恒流驱动模块和恒压驱动模块的工作，由恒流驱动模块驱动总路灯亮度的调节和工作，由恒压驱动模块驱动部分路灯的调节和工作，无需对路灯进行大程度的亮度调节，避免路灯由于输入电能变差较大的缘故而导致的路灯损坏，并且恒流恒压的切换还可有效防止电路短路或过载，并且具有局部放电检测功能，通过光电检测的方式避免路灯内部电路的局部放电现象发生，提高路灯供电系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实例提供的基于光电传感器的智能路灯供电系统的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的局部放电检测模块、光照度检测模块和主控制模块的连接电路图。

图3为本发明实例提供的恒流驱动模块和恒压驱动模块的控制电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：参见图1，本发明实施例提供一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，该基于光电传感器的智能路灯供电系统包括：光照度检测模块1，局部放电检测模块2，主控制模块3，转换控制模块4，恒流驱动模块5，恒压驱动模块6，路灯模组7，电源模块8，通信模块9；

具体地，所述光照度检测模块1，与所述主控制模块3连接，用于检测环境光照度情况并与光照度阈值比较继而输出第一光照度信号和第二光照度信号；

局部放电检测模块2，与所述主控制模块3连接，用于检测智能路灯内部电路的局部放电情况并进行模数处理，用于输出局部放电检测信号；

主控制模块3，用于接收所述光照度检测模块1和局部放电检测模块2输出的信号，用于判断环境光照度情况和智能路灯内部电路的局部放电情况并输出控制信号和数据信息，用于控制各个模块的工作；

转换控制模块4，与所述主控制模块3连接，用于接收所述主控制模块3输出的控制信号并控制所述恒流驱动模块5和恒压驱动模块6的转换，用于控制电源模块8与所述恒流驱动模块5和恒压驱动模块6的连接；

恒流驱动模块5，与所述转换控制模块4连接，用于通过恒流驱动系统控制并输出恒流电能；

恒压驱动模块6，与所述转换控制模块4连接，用于通过恒压驱动系统控制并输出恒压电能；

路灯模组7，与所述恒流驱动模块5连接，用于接收所述恒流驱动模块5输出的恒流电能并控制总路灯工作，与所述恒压驱动模块6连接，用于接收所述恒压驱动模块6输出的恒压电能并控制部分路灯工作；

电源模块8，用于储能并为路灯提供所需电能；

通信模块9，与所述主控制模块3连接，用于接收所述主控制模块3输出的数据信息并与监控中心建立数据通信。

在具体实施例中，上述光照度检测模块1可采用光敏电阻RT检测环境光照度情况，并采用比较器电路的方式对检测的环境光进行比较并输出比较结果；上述局部放电检测模块2可采用光电传感器的方式检测路灯内部电路局部放电并由I/V电路转换输出电压信号，并采用模拟电路对模拟信号进行幅值调整，数字电路进行模数转换和阈值滤波；上述主控制模块3可采用，但并不限于单片机、数字信号处理器（DSP）等微控制器实现对数据的分析计算并输出控制信号和数据信息，继而控制各个模块的工作；上述转换控制模块4可采用光电控制电路的方式，隔离控制通路的选择和导通；上述恒流驱动模块5可采用恒流驱动电路进行路灯的恒流驱动控制；上述恒压驱动模块6可采用高效率功率因数校正恒压输出电路控制部分路灯的恒压驱动；上述路灯模组7可采用LED模组，并且将LED模组划分为高负载的总路灯和低负载的部分路灯；上述电源模块8可采用，但并不限于锂电池、蓄电池等储能电池提供直流电压；上述通信模块9可采用，但并不限于NB-IoT通信网络、物联网通信网络、GPRS通信网络等通信装置实现上述主控制模块3与监控中心的无线数据通信。

实施例2：在实施例1的基础上，请参阅图2，在本发明所述的基于光电传感器的智能路灯供电系统的一个具体实施例中，所述光照度检测模块1包括第一电源VCC1、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一比较器A1、第二比较器A2、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和光敏电阻RT；所述主控制模块3包括第一控制器U1；

具体地，所述第一比较器A1的输出端连接第七电阻R7的一端并通过第五电阻R5连接第一控制器U1的第一IO端，第二比较器A2的输出端连接第八电阻R8的一端并通过第六电阻R6连接第一控制器U1的第二IO端，第一比较器A1的同相端连接第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，第一比较器A1的反相端连接第二比较器A2的同相端、第十三电阻R13的一端和光敏电阻RT的一端，第二比较器A2的反相端连接第十二电阻R12的一端和第十一电阻R11的一端，第十三电阻R13的另一端、第十二电阻R12的另一端、第九电阻R9的另一端和第七电阻R7的另一端均连接第一电源VCC1，第十电阻R10的另一端、第十一电阻R11的另一端和光敏电阻RT的另一端均接地。

在具体实施例中，上述第一比较器A1可选用，但并不限于LM339、LM393等比较器进行阈值比较，其中第一比较器A1作为环境光照度强度的上限阈值比较，第二比较器A2作为环境光照度强度的下限阈值比较；上述第九电阻R9的阻值和第十二电阻R12的阻值分别决定环境光照度强度的上限阈值和下限阈值；上述第一控制器U1可选用STM32系列单片机。

进一步地，所述局部放电检测模块2包括光电转换器、第一电阻R1、第一电容C1、第一运放OP1、第二电阻R2、第四电阻R4、第三电阻R3、第二运放OP2和模数转换器U4；

具体地，所述光电转换器的一端连接第二电源，光电转换器的另一端连接第一电容C1的一端、第一电阻R1的一端和第一运放OP1的第二端，第一运放OP1的第三端接地，第一运放OP1的第一端连接第一电容C1的另一端和第一电阻R1的另一端，第一运放OP1的第六端通过第二电阻R2连接第四电阻R4和第二运放OP2的第二端，第四电阻R4的另一端连接第二运放OP2的第一端，第二运放OP2的第三端通过第三电阻R3接地，第二运放OP2的第六端连接模数转换器U4的第一输入端，模数转换器U4的第一输出端至第四输出端分别与所述第一控制器U1的第三IO端至第六IO端连接。

在具体实施例中，上述光电转换器内部含有SIC紫外传感器和I/V转换电路；上述第一运放OP1和第二运放OP2可选用OP07系列高精度运算放大器，第一运放OP1和第二运放OP2调整模拟信号的幅值；上述模数转换器U4可选用MAX1305高精度高速芯片。

实施例3：在实施例2的基础上，请参阅图3，在本发明所述的基于光电传感器的智能路灯供电系统的一个具体实施例中，所述电源模块8包括电池组、熔断器FU1、稳压管VD1和第二电容C2；

具体地，所述电池组的一端通过熔断器FU1连接稳压管VD1的阴极和第二电容C2的第一端，电池组的另一端、稳压管VD1的阳极和第二电容C2的第二端均接地。

进一步地，所述转换控制模块4包括第十四电阻R14、第一开关管N1、第三电源VCC3、第十五电阻R15、第一光耦U2、第十六电阻R16；

具体地，所述第一开关管N1的集电极连接所述稳压管VD1的阴极，第一开关管N1的基极通过第十四电阻R14连接第一光耦U2的第四端，第一光耦U2的第三端通过第十五电阻R15连接第三电源VCC3，第一光耦U2的第一端通过第十六电阻R16连接所述第一控制器U1的第七IO端，第一光耦U2的第二端接地。

在具体实施例中，上述第一开关管N1可选用NPN型三极管，具体型号不做限定，上述第一光耦U2可选用LTV-817光电耦合器。

进一步地，所述恒流驱动模块5包括第十七电阻R17、第十八电阻R18、驱动器U3、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、变压器W1、第二十二电阻R22、第一功率管M1、第二十三电阻R23、第一二极管D1、第二十四电阻R24；

具体地，所述第十七电阻R17的一端、第十九电阻R19的一端和变压器W1的第一端均连接所述第一开关管N1的发射极，第十七电阻R17的另一端连接驱动器U3的第三端并通过第十八电阻R18接地，第十九电阻R19的另一端连接驱动器U3的第八端，驱动器U3的第五端通过第二十电阻R20连接变压器W1的第三端，变压器W1的第四端接地，驱动器U3的第六端和第四端均接地，驱动器U3的第一端通过第三电容连接驱动器U3的第二端、第二十四电阻R24的第一端和第二十三电阻R23的一端，驱动器U3的第七端通过第二十一电阻R21连接第一功率管M1的栅极，第一功率管M1的漏极连接变压器W1的第二端并通过第二二极管连接第二十四电阻R24的第二端，第一功率管M1的源极通过第二十二电阻R22接地，第二十三电阻R23的另一端接地。

在具体实施例中，上述驱动器U3可选用LM3404HV芯片；上述第一功率管M1可选用P沟道增强型金氧半场效应管（MOSFET）。

进一步地，所述恒压驱动模块6包括功率因数校正恒压输出电路601；所述转换控制模块4还包括第二控制单元401；

具体地，所述功率因数校正恒压输出电路601，用于对输入的电能进行恒压处理并驱动所述路灯模组7的工作；

第二控制单元401，用于接收所述主控制模块3输出的控制信号并控制所述电源模块8与所述功率因数校正恒压输出电路601的连接；

该第二控制单元401的输入端和控制端分别连接所述电源模块8和主控制模块3，第二控制单元401的输出端连接所述功率因数校正恒压输出电路601的输入端。

进一步地，所述路灯模组7包括第一路灯模组701和第二路灯模组702；

具体地，所述第一路灯模组701的一端连接所述恒流驱动模块5的一端，第一路灯模组701的另一端连接第二路灯模组702的一端和所述功率因数校正恒压输出电路601的第一输出端，第二路灯模组702的另一端和功率因数校正恒压输出电路601的第二输出端均接地。

在具体实施例中，上述功率因数校正恒压输出电路601可选用NCP1207芯片进行恒压控制，在此不做赘述；上述第二控制单元401的电路结构与上述第十四电阻R14、第一开关管N1、第三电源VCC3、第十五电阻R15、第一光耦U2、第十六电阻R16的连接电路结构相同；上述第一路灯模组701和第二路灯模组702组成高负载路灯，由恒流驱动控制模块控制；上述第二路灯模组702为低负载路灯，由恒压驱动模块6控制。

在本发明实施例中，本发明一种基于光电传感器的智能路灯供电系统通过光照度检测模块1中的光敏电阻RT检测环境光照度情况，光敏电阻RT在强光下阻值较小，弱光下阻值较大，所以在弱光天气时，输入第一比较器A1反相端的电压增加，当电压大于第九电阻R9和第十电阻R10的电压时，第一比较器A1输出低电平，恒流驱动模块5工作指令发出，主控制模块3控制转换控制模块4工作，控制恒流驱动模块5工作，当中等光天气时，光敏电阻RT的阻值增大电压变小，小于第一比较器A1设定的阈值，第一比较器A1输出高电平，恒流驱动模块5停止工作，此时由于输入第二比较器A2同相端的电压大于第二比较器A2反相端的阈值电压，第二比较器A2输出高电平，控制恒压驱动模块6工作，在强光时，第二比较器A2同相端的电压小于第二比较器A2反相端的阈值电压，恒压驱动模块6停止工作，在恒流驱动模块5中，通过第二十四电阻R24和第二十三电阻R23进行输出电压采样，并通过驱动器U3控制第一功率管M1调节输入第一路灯模组701和第二路灯模组702的电流，通过功率因数校正恒压输出电路601调节输入第二路灯模组702的电压，做到在强光时，路灯停工，中等光时使用恒压驱动模块6控制，弱光时采用恒流驱动模块5控制，无需对路灯进行大程度的亮度调节，避免路灯由于输入电能变差较大的缘故而导致的路灯损坏，并且恒流驱动模块5可预防短路时带来的影响，恒压驱动模块6可预防开路带来的影响，局部放电检测模块2具有局部放电检测功能，通过光电转换器检测路灯内部电路的局部放电现象，并通过第一运放OP1和第二运放OP2对输入的模拟信号进行调整，模数转换器U4进行模数转换，提高检测精度，并由第一控制器U1接收，避免转换控制模块4在工作时，路灯出现的局部放电现象，提高路灯供电系统的安全性，还具备通信模块9，通过无线数据网络与监控中心建立无线数据通信，实现路灯的远程监控。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，其特征在于：

该基于光电传感器的智能路灯供电系统包括：光照度检测模块，局部放电检测模块，主控制模块，转换控制模块，恒流驱动模块，恒压驱动模块，路灯模组，电源模块，通信模块；

所述光照度检测模块，与所述主控制模块连接，用于检测环境光照度情况并与光照度阈值比较继而输出第一光照度信号和第二光照度信号；

所述局部放电检测模块，与所述主控制模块连接，用于检测智能路灯内部电路的局部放电情况并进行模数处理，用于输出局部放电检测信号；

所述主控制模块，用于接收所述光照度检测模块和局部放电检测模块输出的信号，用于判断环境光照度情况和智能路灯内部电路的局部放电情况并输出控制信号和数据信息，用于控制各个模块的工作；

所述转换控制模块，与所述主控制模块连接，用于接收所述主控制模块输出的控制信号并控制所述恒流驱动模块和恒压驱动模块的转换，用于控制电源模块与所述恒流驱动模块和恒压驱动模块的连接；

所述恒流驱动模块，与所述转换控制模块连接，用于通过恒流驱动系统控制并输出恒流电能；

所述恒压驱动模块，与所述转换控制模块连接，用于通过恒压驱动系统控制并输出恒压电能；

所述路灯模组，与所述恒流驱动模块连接，用于接收所述恒流驱动模块输出的恒流电能并控制总路灯工作，与所述恒压驱动模块连接，用于接收所述恒压驱动模块输出的恒压电能并控制部分路灯工作；

所述电源模块，用于储能并为路灯提供所需电能；

所述通信模块，与所述主控制模块连接，用于接收所述主控制模块输出的数据信息并与监控中心建立数据通信；

所述光照度检测模块包括第一电源、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一比较器、第二比较器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和光敏电阻；所述主控制模块包括第一控制器；

所述第一比较器的输出端连接第七电阻的一端并通过第五电阻连接第一控制器的第一IO端，第二比较器的输出端连接第八电阻的一端并通过第六电阻连接第一控制器的第二IO端，第一比较器的同相端连接第九电阻的一端和第十电阻的一端，第一比较器的反相端连接第二比较器的同相端、第十三电阻的一端和光敏电阻的一端，第二比较器的反相端连接第十二电阻的一端和第十一电阻的一端，第十三电阻的另一端、第十二电阻的另一端、第九电阻的另一端和第七电阻的另一端均连接第一电源，第十电阻的另一端、第十一电阻的另一端和光敏电阻的另一端均接地；

所述局部放电检测模块包括光电转换器、第一电阻、第一电容、第一运放、第二电阻、第四电阻、第三电阻、第二运放和模数转换器；

所述光电转换器的一端连接第二电源，光电转换器的另一端连接第一电容的一端、第一电阻的一端和第一运放的第二端，第一运放的第三端接地，第一运放的第一端连接第一电容的另一端和第一电阻的另一端，第一运放的第六端通过第二电阻连接第四电阻和第二运放的第二端，第四电阻的另一端连接第二运放的第一端，第二运放的第三端通过第三电阻接地，第二运放的第六端连接模数转换器的第一输入端，模数转换器的第一输出端至第四输出端分别与所述第一控制器的第三IO端至第六IO端连接；

所述恒压驱动模块包括功率因数校正恒压输出电路；所述转换控制模块还包括第二控制单元；

所述功率因数校正恒压输出电路，用于对输入的电能进行恒压处理并驱动所述路灯模组的工作；

所述第二控制单元，用于接收所述主控制模块输出的控制信号并控制所述电源模块与所述功率因数校正恒压输出电路的连接；

所述第二控制单元的输入端和控制端分别连接所述电源模块和主控制模块，第二控制单元的输出端连接所述功率因数校正恒压输出电路的输入端；

所述路灯模组包括第一路灯模组和第二路灯模组；

所述第一路灯模组的一端连接所述恒流驱动模块的一端，第一路灯模组的另一端连接第二路灯模组的一端和所述功率因数校正恒压输出电路的第一输出端，第二路灯模组的另一端和功率因数校正恒压输出电路的第二输出端均接地。

2.根据权利要求1所述的一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，其特征在于，所述电源模块包括电池组、熔断器、稳压管和第二电容；

所述电池组的一端通过熔断器连接稳压管的阴极和第二电容的第一端，电池组的另一端、稳压管的阳极和第二电容的第二端均接地。

3.根据权利要求2所述的一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，其特征在于，所述转换控制模块包括第十四电阻、第一开关管、第三电源、第十五电阻、第一光耦、第十六电阻；

所述第一开关管的集电极连接所述稳压管的阴极，第一开关管的基极通过第十四电阻连接第一光耦的第四端，第一光耦的第三端通过第十五电阻连接第三电源，第一光耦的第一端通过第十六电阻连接所述第一控制器的第七IO端，第一光耦的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的一种基于光电传感器的智能路灯供电系统，其特征在于，所述恒流驱动模块包括第十七电阻、第十八电阻、驱动器、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、变压器、第二十二电阻、第一功率管、第二十三电阻、第一二极管、第二十四电阻；

所述第十七电阻的一端、第十九电阻的一端和变压器的第一端均连接所述第一开关管的发射极，第十七电阻的另一端连接驱动器的第三端并通过第十八电阻接地，第十九电阻的另一端连接驱动器的第八端，驱动器的第五端通过第二十电阻连接变压器的第三端，变压器的第四端接地，驱动器的第六端和第四端均接地，驱动器的第一端通过第三电容连接驱动器的第二端、第二十四电阻的第一端和第二十三电阻的一端，驱动器的第七端通过第二十一电阻连接第一功率管的栅极，第一功率管的漏极连接变压器的第二端并通过第二二极管连接第二十四电阻的第二端，第一功率管的源极通过第二十二电阻接地，第二十三电阻的另一端接地。

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