一种根据环境自调节路灯

1.本实用新型涉及一种根据环境自调节路灯，属于道路照明技术领域。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，能源危机日益加剧，如何缓解能源危机和减少温室气体的排放，已经成为各国学者急需解决的热点问题。中国也在十四五规划中提到“要广泛形成绿色生产生活方式，碳排放达峰后稳中有降，生态环境根本好转，美丽中国建设目标基本实现”，要倡导“节能减排，低碳经济”政策，明确规定各单位gdp能耗指标。
3.路灯，指给道路提供照明功能的led灯，泛指交通照明中路面照明范围内的led灯。路灯被广泛运用于各种需要照明的地方，中国路灯存量在2800万
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3000万盏。近几年每年新增路灯数量为15%
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20%，约300万
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600万盏。按照每年新增路灯数量全部为ledled灯，每盏1000
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2000元计算，年增量在30亿
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60亿元人民币。led路灯使用超过6000小时的故障率小于1%。照明在全球约占了19%的用电量，如果全球采用的照明系统效率比现有提升一倍，就可说是相当于移除了欧洲一半的用电量及排热量。
4.我国城市道路照明用电量位居各领域照明用电量之首，根据统计局最新数据显示，光是中国就已安装约两亿盏左右路灯，而这个数字还在以每年2000万盏的速度急剧增长，占全国总用电量的30%左右。且能源浪费严重，大约有30%
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40%的电能被浪费，照明系统升级已成为迫切需要解决的问题。现有的路灯通常是在傍晚之前开启，清晨天亮之前关闭，在路灯刚开始时车流量较多，随着时间的推移车流逐渐减少，在深夜道路上的车更是寥寥无几，在深夜由于道路上的车辆极少，路灯的使用效率极低，这段时间的电能大部分都是被浪费了，现如今开发了很多智能化的路灯，他们大多是采用太阳能发电板主要供电、市电辅助供电，在沙尘暴多发的内蒙古地区，大量沙尘覆盖在太阳能板表面会降低太阳能发电板的发电效率，而且在刮沙尘暴时风中含有碎石块，会对太能发电板的正面的发电单元产生损伤。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种根据环境自调节路灯，该装置能够在沙尘暴期间把太阳能发电板对折，将太阳能发电板带有发电单元的正面遮挡起来，避免太阳能发电板表面蒙上大量沙尘影响发电效率，还能避免沙尘暴中的碎石块损坏太阳能发电板的发电单元。
6.一种根据环境自调节路灯，包括路灯、太阳能发电板、安装架、控制单元，其中路灯包括灯柱、led灯、太阳能发电板、蓄电池；灯柱顶部邻路一侧安装有led灯，灯柱顶部安装有太阳能发电板，蓄电池存储太阳能发电板产生的电能，太阳能发电板产生的电能为led灯供电，当太阳能发电板产生的电能供电不足时市电为led灯供电；所述灯柱顶部安装有固定架，安装架通过支架支撑倾斜安装在固定架上；太阳能发电板可折叠的安装在安装架上，太阳能发电板的背面和固定架之间设有伸缩机构，伸缩机构的收缩展开控制太阳能发电板的
折叠展开；控制单元控制伸缩机构的收缩展开。
7.在具体设置上述安装架时，安装架的左右边内侧设有滑槽；太阳能发电板为两块，通过铰接件拼装在一起，太阳能发电板的左右两侧的前后两端均设有凸轴，凸轴安装在滑槽内，铰接件和固定架之间设有伸缩机构，当控制单元中的粉尘浓度传感器检测到空气中灰尘浓度较大时（灰尘浓度较大即大风天气导致），微控制器控制电动伸缩杆收缩将太阳能发电板对折，避免太阳能发电板正面的发电单元受损。
8.在具体设置上述太阳能发电板时，所述太阳能发电板的背面及侧面设有外包围，外包围采用不锈钢板，当遇到大风天气太阳能发电板对着时，外包围可以低于沙石。
9.在具体设置上述太阳能发电板时，太阳能发电板和外包围之间设有缓震层，缓震层采用橡胶，可以减缓沙石碰撞产生的冲击力。
10.在具体设置上述控制单元时，所述控制单元能够控制led灯的亮度、色温，控制单元能够根据当时环境自适应的调节led灯的亮度、色温，在没有人、车辆经过时路灯的亮度只有30%，减少电能消耗，当有人、车辆经过时路灯亮度回复正常，在阴雨或大风沙天气能见度较低，路灯的正常灯色在此环境下穿透力较差，路灯灯色成穿透性更强的暖白光（肉眼看是黄光，类似于汽车的雾灯）。
11.在具体设置上述控制单元时，所述控制单元包括微控制器（微控制器基于atmega328p主控芯片的arduino开发板）、光敏电阻（5528光敏电阻）、粉尘浓度传感器（gp2y1014au粉尘传感器）、人体红外传感器（hc
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sr501型人体红外传感器）、对射激光传感器（m12对射激光传感器）、温湿度传感器（dht11数字温湿度传感器），其中对射激光传感器安装在行车道路两侧的地面，人体红外传感器安装在人行道路两侧地面，对射激光传感器、人体红外传感器处于路灯前方。
12.在具体设置上述控制单元时，控制单元还设有通讯模块，控制单元中设有两个通讯模块（分别是sim800c模块与nb
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iot模块）。
13.sim800c 模块如图5所示，是一款高性能工业级的 gsm/gprs 模块（开发板）。本模块采用 simcom 公司的工业级四频 850/900/1800/1900mhz sim800 芯片, 功耗低，价格低，可以低功耗实现语音、sms、数据和传真信息的传输，还拥有gps定位功能，使得云平台上可以精准识别并控制每一盏路灯。
14.选择nb
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iot模块作为智能路灯的网络通信模组是因为nb
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iot免自建网、免自维护，对比plczigbe/sigox/lora的“分散自建网”方式，nb
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iot智能路灯利用运营商网络，路灯即插即用，并通过“一跳”的方式将数据传到路灯管理云平台。由于使用运营商的网络，省去了后期的维护成本，网络的覆盖质量和优化也由电信运营商负责，成本大大降低。
15.在具体设置上述控制单元时，控制单元还设有故障检测模块（ade7755芯片）。ade7755是一款适用于单相配电系统的高精度电能计量ic。它可提供基于输电线电压和电流计算的瞬时有功功率和平均有功功率。
16.本实用新型的有益效果在于提供一种根据环境自调节路灯，该装置能够在沙尘暴期间把太阳能发电板对折，将太阳能发电板带有发电单元的正面遮挡起来，避免太阳能发电板表面蒙上大量沙尘影响发电效率，还能避免沙尘暴中的碎石块损坏太阳能发电板的发电单元，同时该装置能够根据周围环境对路灯的亮度和亮度进行调节，在有人或车辆经过时会提升路灯的亮度，无人或车辆经过时亮度降低可以减少电能消耗，在阴雨或风沙等能
见度较低的环境下，能够改变路灯的色温，提升路灯的灯光在低能见度环境下的穿透性提高道路可见度。
附图说明
17.图1是本实用新型的整体结构示意图。
18.图2是本实用新型的安装架结构示意图。
19.图3是本实用新型的太阳能发电板展开结构示意图。
20.图4是本实用新型的半个太阳能发电板结构示意图。
21.图5是本实用新型的固定架结构示意图。
22.图6是本实用新型的铰接件结构示意图。
23.图7是本实用新型的太阳能发电板折叠结构示意图。
24.图8是本实用新型的微控制器电路图。
25.图9是本实用新型的第二个通讯模块电路图。
26.图10是本实用新型的pwm信号与输出电流对应关系图。
27.图11是本实用新型的自动调光原理图。
28.图12是本实用新型的自动调色温原理图。
29.图中，灯柱1、led灯2、固定架3、加固杆4、安装架5、支架6、太阳能发电板7、铰接件8、凸轴9、斜面台10、伸缩机构11、平台12、蓄电池13、外包围14、缓震层15、控制单元16、滑槽17。
具体实施方式
30.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。
31.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.如图所示，一种根据环境自调节路灯，包括路灯、太阳能发电板7、安装架5、控制单元16，其中路灯包括灯柱1、led灯2、太阳能发电板7、蓄电池13；灯柱1顶部邻路一侧安装有led灯2，灯柱1顶部安装有太阳能发电板7，蓄电池13存储太阳能发电板7产生的电能，太阳
能发电板7产生的电能为led灯2供电，当太阳能发电板7产生的电能供电不足时市电为led灯2供电；所述灯柱1顶部安装有固定架3，固定下方设有固定在灯柱1上的加固杆4增加固定架3的稳定性，安装架5的左右边内侧设有滑槽17，安装架5通过支架6支撑倾斜安装在固定架3上；太阳能发电板7可折叠的安装在安装架5上，太阳能发电板7的左右两侧的前后两端均设有凸轴9，凸轴9安装在滑槽17内，阳能发电板为两块且相邻处为弧面，通过铰接件8拼装在一起，更方便太阳能电池板对折，安装架5采用不锈钢材质，可以避免生锈导致太阳能发电板7无法在安装架5上滑动和旋转，太阳能发电板7的背面和固定架3之间设有伸缩机构11，固定架3上在安装伸缩机构11的位置设有斜面台10，更容易固定安装伸缩机构11，伸缩机构11再用电动伸缩杆，电动伸缩杆使用电能较为容易供给，电动伸缩杆的，伸缩机构11的收缩展开控制太阳能发电板7的折叠展开；控制单元16控制伸缩机构11的收缩展开，当控制单元16中的粉尘浓度传感器检测到空气中灰尘浓度较大时（灰尘浓度较大即大风天气导致），微控制器控制电动伸缩杆收缩将太阳能发电板7对折，避免太阳能发电板7正面的发电单元受损。
34.在具体设置上述太阳能发电板7时，所述太阳能发电板7的背面及侧面设有外包围14，外包围14采用不锈钢板，当遇到大风天气太阳能发电板7对着时，外包围14可以低于沙石。
35.在具体设置上述太阳能发电板7时，太阳能发电板7和外包围14之间设有缓震层15，缓震层15采用橡胶，可以减缓沙石碰撞产生的冲击力。
36.在具体设置上述控制单元16时，所述控制单元16能够控制led灯2的亮度、色温，控制单元16能够根据当时环境自适应的调节led灯2的亮度、色温，在没有人、车辆经过时路灯的亮度只有30%，减少电能消耗，当有人、车辆经过时路灯亮度回复正常，在阴雨或大风沙天气能见度较低，路灯的正常灯色在此环境下穿透力较差，路灯灯色成穿透性更强的暖白光（肉眼看是黄光，类似于汽车的雾灯）。
37.在具体设置上述控制单元16时，所述控制单元16包括微控制器（微控制器基于atmega328p主控芯片的arduino开发板）、光敏电阻（5528光敏电阻）、粉尘浓度传感器（gp2y1014au粉尘传感器）、人体红外传感器（hc
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sr501型人体红外传感器）、对射激光传感器（m12对射激光传感器）、温湿度传感器（dht11数字温湿度传感器），其中对射激光传感器安装在行车道路两侧的地面，人体红外传感器安装在人行道路两侧地面，对射激光传感器、人体红外传感器处于路灯前方。
38.目前大部分路灯采用的都是通过增大阻值从而减小电流来对路灯亮度进行调节。而减小电流确实能够减小光的亮度，但对光的色度也有影响，容易使光的色彩发生漂移。本设计应用了pwm（pulse width modulation）算法对led灯2光亮度进行调节，pwm调光就是在led的负载中串入一个mos开关管，这串led的阳极用一个恒流源供电。然后用一个pwm信号加到mos管的栅极，并且通过改变这个输入pwm信号高低电平的占空比（即ton/tpwm的数值，如图10所示，数值越小，输出电流越小），来改变mos管导通时间，从而改变输出电流的大小，继而达到调节led等的亮度目的。
39.由于城市的夜晚进入后半夜后，人们已经开始休息，街上人流量开始减少，有些地段在特殊时段根本不需要过多的路灯照明，导致了极大的能源浪费。为解决上述问题，我们采用了光感和人体感应相结合的方式对led灯2进行调节，使路灯在该亮的时候亮，在不应
该亮的时候（没人、没车时）只保持30%的亮度，避免不必要的能源浪费。具体工作原理如图11所示，当光敏电阻检测到环境亮度低于650lux时，led灯2自动亮起，但此时亮度只有30%，当红外传感器检测到有物体靠近时（或对射激光传感器检车有车经过时），然后将传输给arduino微控制器，微控制器再通过pwm算法对led灯2亮度进行调节。在检测5分钟无速度信号后，路灯全部恢复低能耗状态。若某一部分街道车（人）流量大则保持该部分街道全部路灯亮度为100%。
40.大量研究表明大雪、大雨、大雾等恶劣环境下30%
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40%的车祸缘于灯光的不合理使用。本设计采用的是黄白双色led灯2，（温湿度传感器检测到湿度过大极为阴雨天气、粉尘浓度传感器检测到灰尘较大极为风沙或雾霾天气）外界有大雪、大雨、大雾、雾霾等环境能见度较低时，可以自动改变led灯2的输出引脚，从改变led灯2的色温变为在大雪、大雨、大雾、雾霾等环境中穿透性更强的暖白光（肉眼看是黄光，类似于汽车的雾灯），原理如图12所示，提高道路可见度，有效解决道路能见度低时的行车安全问题。
41.在具体设置上述控制单元16时，控制单元16还设有通讯模块，控制单元16中设有两个通讯模块（分别是sim800c模块与nb
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iot模块）。
42.sim800c 模块如图5所示，是一款高性能工业级的 gsm/gprs 模块（开发板）。本模块采用 simcom 公司的工业级四频 850/900/1800/1900mhz sim800 芯片, 功耗低，价格低，可以低功耗实现语音、sms、数据和传真信息的传输，还拥有gps定位功能，使得云平台12上可以精准识别并控制每一盏路灯。
43.选择nb
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iot模块作为智能路灯的网络通信模组是因为nb
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iot免自建网、免自维护，对比plczigbe/sigox/lora的“分散自建网”方式，nb
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iot智能路灯利用运营商网络，路灯即插即用，并通过“一跳”的方式将数据传到路灯管理云平台12。由于使用运营商的网络，省去了后期的维护成本，网络的覆盖质量和优化也由电信运营商负责，成本大大降低。
44.在具体设置上述控制单元16时，控制单元16还设有故障检测模块（ade7755芯片）。ade7755是一款适用于单相配电系统的高精度电能计量ic。它可提供基于输电线电压和电流计算的瞬时有功功率和平均有功功率。
45.尽管参照前述实例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。