风光互补供电多功能智能路灯系统设计

孙炳楠 郑丽 买玉洁 李高爽

摘要：路仅具有照明功能，没有将路灯杆更好地利用。如果将路灯照明、实时监控和紧急报警系统结合到一起，可以有效节约资源。为此，设计出一种多功能智能路灯系统是非常有必要的。智慧路灯是一种更智能和技术的路灯，它不仅具有特定照明的功能，还增加了许多其他有利的功能。

路灯智能监控管理系统是利用风光互补供电的多功能智能路灯系统，风能和太阳能都属于为最密集的城市基础设施，其重要性不言而喻，安装风光互补太阳能路灯对偏远地区尤为重要，风光一体，互补性强，稳定性高。当前，监控器是记录突发事件的重要设备，在路灯上添加实时监控和报警功能在实现记录突发事件和紧急求救的功能上，减少了人力物力，同时利用风光互补发电，减少了污染。充电桩的设计可以为电动车充电，太阳能和风能属于环保无污染的新能源，可以在一定程度上节约能源。智慧路灯建设完成后不仅仅可以对当地城市产生影响，而且能直接对城市和居民产生可观的经济效益，节约城市公共照明能耗，打造低碳环保型城市，建设宜居地区，具有其深远的社会效应和经济意义。

1.研究主要包括以下内容

（1）风光互补供电：风光互补LED太阳能路灯主要由LED光源、小型风力发电机、太阳能板、蓄电池及塔杆等配件组成。风光互补路灯是独立的供电系统。它能有效地利用风能和太阳能在能量及时间上的互补性，通过两者各自的发电装置，共同向蓄电池充电。常规路灯的低压输电线路长，不仅路灯耗电，而且输电线路的耗电也很大。相较于太阳能与传统路灯，风光互补路灯系统则具备了风能和太阳能产品的双重优点。在白天可以利用太阳光和风力资源发电，晚上利用风力发电机发电，弥补了风能供电或太阳能供电的单一性，使供电系统更具稳定性和可靠性，运行的时候通过蓄电池向负载放电，为负载提供电力。

（2）报警处理：智慧灯杆系统一键报警功能应用方案中，灯杆下方安装一键报警按钮，当发生紧急情况，人们可以立刻按动按钮，触发灯杆警报系统，通过智慧灯杆专用网关TG473联网，将现场视频图像、位置等信息实时上传至管控中心及相关部门，并可进行语音呼救，第一时间得到营救，避免危险的发生。

（3）实时监控：视频安防和紧急呼救，路灯上的监控系统可随时进行远程控制、可以对监视区域进行视频监控报警，一键呼救为人们提供安全的信息保障。

（4）充电桩：路灯杆下面安装充电桩，存储风能和太阳能产生的电，也可给停在路边车位的电动车进行充电，充电桩能实现计时、记电度、记金额充电。

2.其总体的硬件设计如下

（1）风力发电得到的能量有限，而且随机性比较大，如何捕获最大的风能是风力发电研究的重要内容。风光互补太阳能路灯目前有两种思路，一种是水平轴风机、另一种是垂直轴风机，而水平轴风机在目前应用的比较广泛，是风力发电的主流机型风力发电机的低风速启动、低风速发电、抗腐蚀、抗台风：风光一体，互补性强，稳定性高。

（2）充电桩系统主要包括低压直流供电网络、CM530-8无线通信网络、主站监控系统、电源系统、数据中心等。路灯充电桩一体化设备兼顾市政路灯和电动汽车充电桩，一方面能以高光效和低能耗为城市道路提供照明，另一方面能够为电动汽车提供直流充电服务。设计采用UC3842芯片PWM控制的单端正激型DC/DC转换器，并在此基础上实现了控制最为简单的恒压式（CVT）最大功率跟踪（MPPT）方式，使控制系统简单化，成本得到有效控制;为了有效增大蓄电池的使用寿命，采用分只同时均充、分只分时检测的充放电管理方式，设计基于L4960芯片的隔离式均充模块和基于温度补偿的分只检测模块，并在此基础上选用了性价比较高的FX系列PLC作为控制器。

（3）视频摄像头、GPS定位器、语音对讲、录音监听等设备进行紧急情况视频、位置、呼救语音等数据采集工作。网络传输层：通过计讯物联智慧灯杆专用网关TG473联网，将前端数据采集传输到云端管理平台并实时发送至各管理部门。

3.结束语

基于风光互补发电系统的路灯可以实现不局限于传统方式供电，利用风能和光能等新能源供电照明。另外，路灯系统添加了一键报警功能，灯杆下方安装一键报警按钮，当发生紧急情况，人们可以立刻按动按钮，触发灯杆警报系统，将现场视频图像、位置等信息实时上传至管控中心及相关部门，并可进行语音呼救，第一时间得到营救，避免危险的发生。

风电互补供电的多功能智能路灯系统预计将会广泛应用于道路、公园、景区、园区等场所，智慧灯杆系统一杆多用，集一键报警、视频监控功能于一体，节省资源成本的同时，实现了城市美化智能建设，智慧灯杆系统一键报警功能更是为人们安全防护做了有效保障。

作者简介：

1.姓名：孙炳楠（2000.04.22-）男，漢族，河南省平顶山市郏县

2.姓名：郑丽（1999.03.04-）女，汉族，河南省信阳市

3.姓名：买玉洁（1999.07.11-）女，回族，河南省辉县

4.姓名：李高爽（1999.01.25-）男，汉族，河南省平顶山市宝丰县

本科在读，单位：华北水利水电大学，研究方向：自动化，单位所在省市及邮编：河南省郑州市450045