CN206398593U - 一种多功能智能路灯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多功能智能路灯系统，包括路灯杆，微型风力发电机，太阳能板，风光互补充放电控制器，蓄电池组，可调光调色温LED路灯头，化学气体污染物监测及系统智能控制箱，户外环境传感器组，污染强度示意发光模组。温湿度传感器和颗粒物传感器可以将环境质量数据采集到污染环境气体及环境质量监控箱的主控制器中，通过传递到远程上位机进行数据处理，可以综合颗粒物浓度，温湿度数据判断雾霾级别以及环境冷热级别，然后将调色温指令无线远程发送给主控器，对灯具进行调色温，低色温用于寒冷的环境以及雾霾环境，高色温用于气温较高环境。在灯杆中下部设有环状的污染强度示意发光模组，分别对PM2.5,二氧化碳，二氧化氮，二氧化硫，甲烷浓度给予颜色级别的显示，有助于指导工业化工企业排放达标。

Description

一种多功能智能路灯系统

技术领域

本发明涉及一种多功能智能路灯系统，特别是涉及一种可以结合风能、光伏发电、离网存储功能，LED照明光源，气体检测功能，雾霾和环境变化智能调光调色温功能的系统。涉及工业无线通信技术、传感监测技术、照明及照明控制技术领域。

背景技术

路灯作为道路照明的主体，成为城市功能的重要载体，保证着道路的行车安全以及温馨的夜晚人文环境。随着LED技术的不断进步，LED路灯越来越多的应用于道路照明，因为其高效节能，光学电学可控性强。路灯还有一个重要的特点，就是在城市平面空间区域大规模广泛分布，可以形成一个巨大的网络。目前路灯的这种广泛的分布特点没有得到充分的利用。更多的发挥路灯在城市功能中各方面的作用，而不仅仅用于照明，是需要仔细深思的事情。增加路灯的功能有一种方法就是，将多种社会服务功能加载到灯杆载体上，统一对其进行智能监管与控制。

传感技术与路灯灯杆的结合可以作为发挥路灯杆载体特点的重要技术。目前已经有概念化的环境传感器、气象传感器、以及监控、基站等多种功能集于单基灯杆上。但是这些功能都是独立运营，而不能反作用于路灯本身的功能.

当前大气污染情况严重，环境保护任务非常艰巨，通过各种环境传感器、污染气体检测传感器，比对主要污染物质和气体的标准，通过智能传感，智能监测可以实时了解以及分析污染情况。然而目前大多的环境污染监测，还主要是通过监测站，没有应用与路灯载体的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出了一种多功能智能路灯系统。该系统可以实时监测环境温度，湿度，颗粒物浓度，主要大气排放化学气体浓度，可以发送监测数据供远程监控中心分析管理。通过监测数据，依据自主控制或远程监控中心发送来的控制指令，按照环境温度光舒适度，以及色温变化对雾霾穿透性的原理，智能调节路灯灯光的色温与亮度。系统数据远程传输通过无线通信实现。对于污染物数据，提供直观醒目的分级分色警告显示。

本发明所采用的技术方案是：一种多功能智能路灯系统包括路灯杆，微型风力发电机，太阳能板，风光互补充放电控制器，蓄电池组，可调光调色温LED路灯头，化学气体污染物监测及系统智能控制箱，户外环境传感器组，污染强度示意发光模组。其特征在于，路灯灯杆上通过风能和光伏独立提供多功能智能路灯系统直流电能。其特征在于，其多功能中的监测功能针对多种大气污染物的监测与数据上传。其特征在于，根据不同光源不同的照明色温透雾霾能力特点，以及不同色温及亮度对人舒适度的照明学特点，通过户外环境传感器组监测的数据分析，对LED路灯进行调色温调光智能控制操作。其特征在于，灯杆上醒目位置设置污染强度示意发光模组，通过监测的污染物数据分析结果，分级分色显示，方便人们直观了解污染情况。其特征在于，系统可智能自主分级分析污染物数据并做出对上述系统功能的控制，也可以通过无线通信方式远程发送数据给远程监控中心并接受对上述智能控制功能的控制指令。

所述的微型风力发电机为垂直轴风力发电机，自带AC-DC转换器。所述太阳能板为平面式单晶硅高效光伏组件。所述蓄电池组为碳铅储能蓄电池组。所述风光互补充放电控制器负责对蓄电池的风能和光伏转换电能的储能充电控制以及24V稳定直流电输出，并可实时输出光伏电数据及蓄电池电数据参数。所述可调光调色温LED路灯头光源为LED灯珠，LED灯珠为大功率1-5W，分为高色温灯珠及低色温灯珠两种，平均分布。所述化学气体污染物监测及系统智能控制箱包括箱体、系统总电源、主控制器、路灯直流调光调色温驱动电源、三基色LED调光调色驱动电源、无线通信模块、化学气体污染物监测模组。化学气体污染物监测模组涉及二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、甲烷气体的监测。所述户外环境传感器组包括户外温湿度监测模组、户外PM2.5监测模组。所示污染强度示意发光模组包括PM2.5浓度级别彩色显示环、二氧化碳浓度级别彩色显示环、二氧化硫浓度级别彩色显示环、二氧化氮浓度级别彩色显示环、甲烷浓度级别彩色显示环。

本发明的有益效果为：本发明提供一种多功能智能路灯系统，更加发挥路灯作为城市道路广泛分布的载体特点，更加专业的丰富路灯作为主体照明以及载体的多重功能。利用风能和太阳能提供电能来源，独立供电，无需市电电缆铺设，节约能源，降低市政供电成本，环保无污染。将污染物监测服务于工业化工企业生产，利于保护环境，同时部分污染物及环境监测的数值可以反作用于智能控制路灯的照明，让照明不仅局限于照明，更利于特殊环境下的安全以及人生理上舒适性的关怀。该系统可以将监测数据以无线通信的方式发送到远程监控中心进行数据分析，高效便捷。本发明系统架构简单，功能指向性强，节能，环保，对指导和监管工业化工企业污染物排放有实际意义。在雾霾天气以及环境温度变化情境下，用专业的智能化道路照明赋予道路安全性及人文环境舒适性的显著改善。这些特点可以使多功能智能路灯系统更加专业化及实用化，因此该系统有广泛的应用价值和市场前景。

附图说明

图1是本发明的多功能智能路灯系统结构示意图；

图2是本发明的化学气体污染物监测及系统智能控制箱内部示意图；

图3 是可调光调色温LED路灯灯珠类型组成示意图。

其中：

1：户外环境传感器组

2：化学气体污染物监测及系统智能控制箱

3：可调光调色温LED路灯头

4：污染强度示意发光模组

5：风光互补充放电控制器

6：太阳能板

7：微型风力发电机

8：蓄电池组

9：路灯杆

11：户外温湿度监测模组

12：户外PM2.5监测模组

21：箱体通风结构

22：箱体功能分区隔离板

23：系统总电源

24：主控制器

25：路灯直流调光调色温驱动电源

26：三基色LED调光调色驱动电源

27：无线通信模块

28：化学气体污染物监测模组

31：低色温LED灯珠

32：高色温LED灯珠

211：上区进空气口

212：下区进空气口

213：区间通风孔

214：抽风扇叶

281：二氧化碳监测模组

282: 二氧化氮监测模组

283：二氧化硫监测模组

284：甲烷监测模组

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种多功能智能路灯系统做出详细的说明。

如图1所示，本发明的一种多功能智能路灯系统，包括有微型风力发电机7，安装在路灯杆9的顶端，为H型三叶低风启动的垂直轴风力发电机，其自身有AC-DC变换功能，输出直流电DC28V。太阳能板6为单晶硅材料光伏组件，通过支架安装在路灯杆9上，微型风力发电机的下方，方位角朝向正南方，输出直流工作电压34V。蓄电池组8的配置方式为容量并联相加，电压串联相加。蓄电池组8的单电池电压直流12V，总输出电压为DC24V。风光互补充放电控制器5作为系统充放电的核心连接微型风力发电机7、太阳能板6、蓄电池组8，将微型风力发电机7的风力以及太阳能板6光伏能量转换的电能按照MPPT结合不同时段蓄电池组8自身的充电特性控制为蓄电池组8充电。风光互补充放电控制器5工作模式为电站式工作模式，即正常输出模式为长时供电模式，为本发明一种多功能智能路灯系统中所有用电部分提供电能来源。风光互补充放电控制器5自身实时采集微型风力发电机7、太阳能板6、蓄电池组8的充电电压与电流及储能的电压电流参数以及对应的充放电时间参数，并通过串口通信向化学气体污染物监测及系统智能控制箱2中的主控制器24传输数据。路灯杆9上安装有化学气体污染物监测及系统智能控制箱2，作为整个系统化学气体污染物监测，数据分析，智能控制，远程发送信息的实体。路灯杆9合适位置安装有户外环境传感器组1，包括户外温湿度监测模组11及户外PM2.5监测模组12。可调光调色温LED路灯头3提供照明光源，其特点在于可以调节灯光亮度也可以调节灯光的色温。路灯杆9靠下的部分环灯杆壁安装污染强度示意发光模组4，模组分若干环形灯条，用于直观显示各种污染物质的强度警告级别，自上而下分别为PM2.5强度级别显示、二氧化碳浓度级别显示、二氧化氮浓度级别显示、二氧化硫浓度级别显示、甲烷浓度级别显示。

如图1所示，所述的户外环境传感器组1，其中户外温湿度监测模组11采集户外环境中的气温及空气湿度，其特点在于可以通过采集生成温度及湿度数据，并通过串行通信方式与主控制器24进行数据传输。温度数据可以用来描述季节环境温度尤其是夜间道路空间环境体现的温度。湿度参数数据可以用来界定当前空气湿度，可以做为雾霾形成的分析指标。户外PM2.5监测模组12采集户外环境中的PM2.5浓度，其特点在于通过采集测量生成浓度数据指标，并通过串行通信方式与主控制器24进行数据传输。PM2.5浓度数据用于描述雾霾形成的重要分析指标。

如图2所示，所述化学气体污染物监测及系统智能控制箱2，箱体功能分区隔离板22将其分成两个功能区域，上部分区域包括系统总电源23、主控制器24、路灯直流调光调色温驱动电源25、三基色LED调光调色驱动电源26、无线通信模块27。下部分区域包括化学气体污染物监测模组28。由于化学气体污染物监测模组28对应的四组模组包括二氧化碳监测模组281、二氧化氮监测模组282、二氧化硫监测模组283、甲烷监测模组284工作时，需要各自对应待检测化学气体均匀通过各气体检测模组，因此化学气体污染物监测及系统智能控制箱2具备了箱体通风结构21。这种结构还可以做到对上部区域的散热。箱体通风结构21包括两组上区进空气口211、一组下区进空气口212、区间通风孔213、抽风扇叶214。其中抽风扇叶214在下部区域，是唯一的出风口。区间通风孔213是箱体功能分区隔离板22靠近抽风扇叶214一侧的通孔，用于上部区域的空气流过。

如图2所示，所述的系统总电源23实质上是一个电源稳定装置，其作用是稳定由风光互补充放电控制器5输出的直流电压，系统电压定义为DC24V。系统总电源23为主控制器24、路灯直流调光调色温驱动电源25、三基色LED调光调色驱动电源26、无线通信模块27、化学气体污染物监测模组28、户外环境传感器组1提供直流供电。

如图2所示，所述的主控制器24是整个系统的核心。主控制器24读取来风光互补充放电控制器5所采集的来自风能、光伏、储能的充放电电压电流数据。当光伏呈现电压低于5V时，主控制器24向路灯直流调光调色温驱动电源25发出工作指令，点亮可调光调色温LED路灯头3。当光伏呈现电压高于6V时，主控制器24向路灯直流调光调色温驱动电源25发出工作指令，关灭可调光调色温LED路灯头3的照明。当储能电压介于21.6-22.8V时，主控制器24会判断储能已经较少，需要系统节能，因此分别向化学气体污染物监测模组28、三基色LED调光调色驱动电源26、户外环境传感器组1发送指令停止工作，同时向路灯直流调光调色温驱动电源25分阶段指令调光，调暗可调光调色温LED路灯头3的照明。

如图2所示，所述的主控制器24读取户外温湿度监测模组11和户外PM2.5监测模组12的相关数据。当温度高于30℃，主控制器24向路灯直流调光调色温驱动电源25发送调色温指令，使可调光调色温LED路灯头3工作在5700K色温。当温度区间于10-30℃，主控制器24向路灯直流调光调色温驱动电源25发送调色温指令，使可调光调色温LED路灯头3工作在5000K色温。当温度低于10℃，主控制器24向路灯直流调光调色温驱动电源25发送调色温指令，使可调光调色温LED路灯头3工作在4000K色温。通过环境温度调节色温，适合人的舒适度，满足道路照明的人文关怀。主控制器24通过对湿度和PM2.5浓度的数值分析，根据雾霾等级标准，向路灯直流调光调色温驱动电源25发送调色温指令使可调光调色温LED路灯头3重度雾霾时小于3000K色温，中度雾霾时4000K，轻度雾霾时5000K。利用的原理是LED色温越低，黄色光谱强度越强，透雾性则越强。使得本发明中多功能体现的户外环境传感检测功能可以反作用于道路照明，丰富道路照明本身的功能，实现真正的多功能性。

如图3所示，所述的可调光调色温LED路灯头3的LED灯珠排列为一排低色温LED灯珠31与一排高色温LED灯珠32间隔排列。低色温LED灯珠31色温为2700K，高色温LED灯珠32色温为6000K。可调光调色温LED路灯头3的整体色温通过路灯直流调光调色温驱动电源25输出的对低色温LED灯珠31和高色温LED灯珠32电流比进行调整。

如图2所示，所述的主控制器24通过读取化学气体污染物监测模组28各种化学气体监测浓度，以及读取户外环境传感器组1温湿度数值、PM2.5浓度数值，按照查询比对算法进行污染物排放标准及分级级别查询。按照对应级别，给三基色LED调光调色驱动电源26发出调色指令，使污染强度示意发光模组4对应污染物强度指示光环显示对应的颜色，让人们现场看上去对污染程度有明显的直观感官。例如，PM2.5浓度显示橙色则代表该项污染橙色警报。

如图1所示，所述污染强度示意发光模组4，对各污染物的强度分级别分颜色对应显示。污染强度示意发光模组4由5个彩色防水发光环组成，从上至下，分别对应显示的是PM2.5、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲烷污染强度级别。

如图2所示，所述的无线通信模块27作为沟通主控制器24与远程监控中心平台的中介。主控制器24读取了户外环境传感器组1以及化学气体污染物监测模组28各污染物监测数据后，将数据传送给无线通信模块27。无线通信模块27以GPRS通信模式发送，远程监控中心通过互联网络平台读取信息参数，综合所有分布在道路上的多功能路灯节点数据进行区域分析，分析污染情况，指导工业企业排污处理。无线通信模块27也可以接收远程监控中心通过分析，发来的远程控制指令，传送给主控制器24，如上述实施案方式进行智能控制。

Claims (3)

1.一种多功能智能路灯系统，包括微型风力发电机，太阳能板，风光互补充放电控制器，蓄电池组，其特征在于,还包括LED路灯头，化学气体污染物监测及系统智能控制箱，户外环境传感器组，污染强度示意发光模组；所述的化学气体污染物监测及系统智能控制箱包括系统总电源、主控制器、路灯直流调光调色温驱动电源、三基色LED调光调色驱动电源、无线通信模块、化学气体污染物监测模组；化学气体污染物监测及系统智能控制箱上下层空间用箱体功能分区隔离板分隔；整个箱体采用包括上区进空气口、下区进空气口、区间通风孔、抽风扇叶专业通风结构。

2.根据权利要求1所述的一种多功能智能路灯系统，其特征在于，所述的化学气体污染物监测模组包括四个子模组，分别对空气中二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲烷污染气体进行监测；通过主控制器读取各化学气体浓度参数，并通过无线通信模块远程发送给远程监控中心，远程监控中心通过数据分析，对多功能智能路灯区域网络和污染情况进行监控。

3.根据权利要求1所述的一种多功能智能路灯系统，其特征在于，所述的户外环境传感器组包括户外温湿度监测模组、户外PM2.5监测模组；主控制器从户外温湿度监测模组读取户外温度和湿度，按照不同的户外温度将温度分为三个级别，对应的进而控制路灯直流调光调色温驱动电源对LED路灯头进行色温调节；控制器通过读取湿度和PM2.5浓度数据，通过分级对比可以判断雾霾的级别，根据雾霾的严重程度控制路灯直流调光调色温驱动电源对LED路灯头进行色温调节。