基于太阳能发电的杀虫光控路灯

戚钰涓 徐兴浩 宋锦丽

【摘 要】世界能源日益紧张，发展新能源及高效节能的技术产品迫在眉睫，因此太阳能光伏发电迅速应用在各方面。本文针对太阳能在路灯上的应用做了简要说明设计，尤其是在公园路灯上进行了思考，在普通提供照明光源的基础上增添紫色光源吸引蚊虫，依靠玻璃板在一定程度上杀灭蚊虫。

【关键词】太阳能电池;光敏;路灯;智能控制;杀虫

中图分类号： TU113.666文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）24-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.011

0 前言

在过去，路灯是手动控制的。如今，路灯的自动化已经出现，可以有效控制街道上的电力消耗和消除人力。可持续发展作为当今科学发展观的基本要求之一，要求我们不仅追求经济效益，还要重视环境保护。 “取之不尽，用之不竭”的太阳能倍受重视，太阳能光伏发电技术发展迅速，太阳能灯具也步入市场。太阳能路灯在白天通过光伏发电将能量存储于蓄电池，到夜晚蓄电池放电给负载（灯）供电，无需设计铺设复杂的供电电路，节能安全无污染。

本文介绍的太阳能路灯主要是针对在公园草坪上的应用：一方面通过感知外界光线智能控制照明灯的亮度，节省用电;另一方面在特定的时间段杀虫装置启动起到一定的杀虫作用，以减少蚊虫对行人造成的困扰。

1 路灯外形结构设计

如图1路灯外形结构图所示，该太阳能路灯主要有四部分组成：主体灯罩、光伏发电系统、杀虫装置、控制器。（1）主体灯罩是长170cm的圆柱体，外壳是半透明，内部是白光长灯管，用于照明。（2）伸出的部分是太阳能电池板，用于吸收太阳能进行光伏发电。（3）杀虫装置是用支架支起高于主体灯罩20cm左右的部分，底部是玻璃板，中间是紫色细灯管，灯管外侧分布略高于灯管的四块玻璃板。灯管发出的紫光是用于吸引蚊虫，蚊虫在飞行过程中撞击玻璃板，或晕或死。室外蚊虫对紫光较白光敏感，故紫光灯管附近能聚集较多的蚊虫，在一定程度上减少了蚊虫对行人的缠绕。（4）控制器部分是单片机电路板和感光部件、蓄电池，位于主体灯管、太阳能电池板以及杀虫装置的交界处，能够有效联接被控制的三部分，也节省空间。

2 路灯内部系统细节

该路灯的核心部位便是控制器部分，其中发挥主要功能的是单片机，这里使用的是STC89C52，将编好的代码写入单片机中，分别对杀虫灯和照明灯进行开关控制。

（1）照明灯管。灯管是通过光敏电阻感知外界光线强度，随自然光照强度变化而改变照明灯管的亮度：自然光越弱，照明灯管越亮。这部分很大程度上解决了傍晚天气变化，设定开关路灯时间不易，路灯亮早了费电，亮迟了又不方便行人。到晚上八九点天色都暗下来的时候，路灯亮度不足又难以满足晚练行人的需求。这里所设计的照明路灯的开关及其亮度的调节依据自然光的光照，不管是春夏秋冬还是阴晴雨雪，没有固定的亮灯时间也不是固定光照强度，完全依靠环境来调节。在光敏电路的部分（见图2光敏电路），由两个光敏电阻进行感知，其中D1是感知外界的光强，D3用于感知灯管发出的亮度，光敏电阻获取的都是模拟信号，此时通过ADC0832转化芯片将模拟信号转换成单片机可以处理的数字信号。一般城市里的公园晚上十二点过后就人烟稀少了，在乡村十一点之后也没有什么人在公园，这时候再坚持之前的亮度就会较为费电，建议在程序中根据当地情况写入合适的关灯时间到了早晨四五点再打开。

（2）杀虫灯管。如果将其类似照明灯管的光敏亮度调节方式并不能起到最佳效果，这里是想不对紫色灯管进行亮度调节，直接是紫灯的额定亮度。与照明灯管相同的是根据外界光照强度开启，当光照暗到一定程度就直接開启。在这里，建议杀虫灯管的关闭也是光控关闭。

（3）蓄电池。控制器部分所包含的蓄电池也是十分重要的，蓄电池是支撑路灯正常运行的部件。路灯里蓄电池所储存的电量并不是一晚上路灯的用电，为了应对阴雨天气，蓄电池的容量必须比两个灯管日耗量高七倍左右。而蓄电池是设备中十分贵重的部件，因此对其充电务必做到精细以保护蓄电池延长其寿命。这里通过单片机对蓄电池进行充电管理：当蓄电池电压低于阀值Vf时对其进行快充（充电电路的输出对蓄电池相当于电流源），当电池电压上升至阀值Vf并且低于过冲电压Voc，对蓄电池进行浮充（恒定的小电流充电，充电电流小于预设值Ioc时用于补偿电池自放电造成的电量流失），当电压增加至Voc时停充，同时观测电流，若小于Ioc就对其采取浮充。

3 现阶段太阳能路灯的发展趋势及现状

太阳能作为一种新能源拥有可再生性、清洁、安全可靠等特点。是非常适合作为未来人类长期使用的战略能源之一。截至2010年，高压钠灯仍然作为主要灯具在路灯中占64%，其次是其他类灯具占路灯总数的17%，再次是LED路灯，占路灯总数的9%。而高压钠灯具有寿命短、显色性差、光通量稳定性低等缺点，因此城市照明路灯中有大部分灯具等待升级，而太阳能路灯则是很好的选择之一。在我国路灯大约有一亿盏，照明耗电约占全国耗电量的13%，而其中有约35%的电能被浪费。目前使用的最新技术是基于发光二极管（LED）的照明系统，它是一种节能可靠的照明技术，它将照明成本和能耗降低了75%，同时还负责减少二氧化碳排放和其他危险气体。因此智能路灯在减少能源消耗、节能减排方面具有明显的优势。

太阳能路灯系统利用白天从太阳中获取的光能储存在蓄电池中，待晚上再通过控制系统根据周围光线选择打开。不仅充分利用太阳能，而且相比传统路灯更加经济。灯泡方面则选择LED灯。LED灯由于是直流驱动，无逆变过程，大大增加了电能的利用率，系统电路也更加简单可靠。LED灯泡具有寿命长、耗电低、光线柔和可调、环保等特点，是未来智慧路灯的首选。在偏远山区、高速公路等高压线铺设困难的地区，LED太阳能路灯系统既减少了能源的消耗又消除了远程架线困难的问题。因此LED太阳能路灯系统在未来定会遍布世界各地。

4 存在的问题及建议

即使太阳能取之不尽用之不竭，但是由于太阳能量密度低，往往需要较大的采光面积，这就直接增加了成本。而且一组太阳能路灯系统的价格比普通路灯昂贵很多，在很多电线无法架到的地方，政府能否承担起这项巨大的开支仍然抱有疑问。

太阳能的直接的来源太阳辐射常年受到地理和天气的原因不能持续稳定，例如在南方的梅雨季节，太阳能往往不足，蓄电池便会处于长时间的馈电现象，路灯的停电对当地交通安全造成极大的威胁，这也对蓄电池的寿命又有极大的考验。因此，虽然我国的太阳能路灯技术已经成熟，但是能否很好的解决蓄能问题，对太阳能路灯的普及有很大的影响。由于需要足够的采光面积，太阳能板的面积也需要足够大，这也影响到路灯系统的抗风能力。在一些常年风大的地方，对太阳能路灯的质量与定期检修有极高的要求。

由于一个LED灯功率较低，往往需要多个并联使用，小功率LED灯长时间的使用会出现光衰问题，而大功率的光衰问题会好很多，但是这也对其散热有很高的要求。

5 结语

本文主要是针对公园路灯设计的太阳能杀虫路灯，意在一定程度上解决蚊虫对行人的干扰和天色黑暗时路灯亮度不足的问题。智能系统具有自主操作功能，通过传感器、单片机和其他电子元件检测环境变化，并纠正环境。系统持续运行以达到最佳解决方案。利用智能路灯的好处是，在一天中的黑暗时期能更好地改善人类的生活质量。随着全名健身在全国各处开展开来，公园设施愈发需要提高其性能，保证行人在公园锻炼得到较好的体验。对路灯采用太阳能电池板进行光伏发电也是响应节能环保的号召，节省电能，保护环境。随着我国的光伏产业与技术的不断发展，节能环保的LED太阳能路灯定会成为未来的主要照明设备。

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