基于风雨和光混合发电的智能调光路灯系统

◎首都师范大学附属滨州中学 姚龙皓

一、发明背景

我发现，夜间车流量少的城郊路段通常灯火通明，造成了资源浪费，而由于供电不便，在夜间，一些乡村道路没有灯照明，行车不安全。为了充分利用可再生能源，我决定设计基于风雨和光混合发电的智能调光路灯系统。

二、设计思路

图1 设计流程图

综合利用风能、太阳能、雨能，为照明路灯提供能量。以单片机为控制核心，在进入城郊路段前设置传感器，通过监测路上车辆经过情况来调节路灯亮度。但需要保证混合发电系统的发电稳定性和高效性，把握车辆运动状况的监测精准度。

三、作品结构

基于风雨和光混合发电的智能调光路灯系统模型由两大部分构成：风雨和光混合发电模型、智能调光路灯模型。

（一）风雨和光混合发电模型

1.风雨混合发电装置

图2 风雨发电叶片

风雨混合发电装置由改良的风雨发电叶片和发电机构成，发电电压范围为0～24 V。实验最大功率达到80 W，最大电流达到200 mA。

2.太阳能发电装置

太阳能发电装置由两块太阳能电池板构成，最大电压为5 V，最大发电功率为1 W，最大发电电流为200 mA。

3.蓄电装置

可充电锂电池电压为3.7 V，容量为2000 mAh。

（二）智能调光路灯模型

1.发光装置

发光二极管的直径为3 mm，电压为1.8～2.0 V，具有寿命长、耐冲击、防震动、无紫外和红外辐射、低电压下工作安全等特点。单个发光二极管功率低，为获得大功率，需要多个并联使用。

LED灯的电压为3 V，功率为0.06 W，工作电流为20 mA。

2.单片机控制系统

单片机控制系统由单片机和超声波测距模块等构成。

以STC89C52单片机作为控制核心。单片机是典型的嵌入式微控制器，可以控制多个模块。

超声波测距模块安装在进入城郊路段前的地方，用来监测车辆是否到达，当感应到车辆到达后会将信息传送给控制中心。

图3 作品实物图

四、运行方式

风或雨驱动风雨发电叶片运动，发电机将动能转化为电能储存在蓄电装置中。同时，太阳能电池板将太阳能转化成的电能也存在蓄电装置中，为路灯供电。

当行人进入装有基于风雨和光混合发电的智能调光路灯系统的路段时，路灯的亮度仅供行人照明使用，可节省能源。

当车辆进入这一路段时，超声波测距模块感应到车辆到达，将此信息传送给控制中心，控制中心接收信息后将路灯亮度调至最大。当超声波测距模块感应到车辆离开且无车辆再进入该路段时，控制中心则将路灯亮度调至最小。

五、创新点

风能、雨能、太阳能为智能调光路灯系统进行全天候综合供电，绿色环保，环境适应性强，摆脱了电源线的束缚，可系统解决远距离输电的电力损耗问题。

智能调光技术依据车流量自动调节路灯照明亮度，既能满足日常照明需求，又可节约能源。同时，路灯平台日常维护方便、成本低。