一種新型節(jié)能智能公路照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

于昊辰

摘 要：一種新型節(jié)能智能公路照明系統(tǒng)，解決深夜后不能及時(shí)關(guān)閉路燈造成的電能浪費(fèi)問題或者因?yàn)槁窡絷P(guān)閉光線不足造成的不安全問題。采用的技術(shù)方案是：應(yīng)用了激光對(duì)射開關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到有車輛或行人通過時(shí)，通過小電路控制高壓電路，開啟路燈。通過延時(shí)繼電器設(shè)置路燈照亮?xí)r間，從而保證行人或車輛安全通過。

關(guān)鍵詞：激光對(duì)射開關(guān)；延時(shí)繼電器；太陽能電池

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）03-0012-02

1 研究背景及意義

能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多能源將面臨緊缺，因此節(jié)約能源是保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展的前提。目前我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展速度雖然很快，但是電力供應(yīng)不足和用電效率低下的狀況依然比較嚴(yán)重，因此推行照明節(jié)電技術(shù)、節(jié)約電能是改善電力負(fù)荷緊張狀況的主要途徑之一。

中小型城市公路照明系統(tǒng)一般采取三種方案：一是采用人工控制，當(dāng)亮度不夠時(shí)路燈人工控制開啟，當(dāng)天亮后則路燈人工關(guān)閉；二是采用光控自動(dòng)控制，當(dāng)亮度不夠時(shí)路燈自動(dòng)開啟，當(dāng)天亮后則路燈自動(dòng)關(guān)閉；三是定時(shí)控制，一般到夜間12點(diǎn)后會(huì)關(guān)閉路燈。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)從0：00-4：00左右，中小城市人們一般都處于睡眠狀態(tài)，公路上車輛和行人都相對(duì)較少，因而公路照明系統(tǒng)采取的三種方案都存在著明顯的缺陷，前兩種方案是造成電源浪費(fèi)，第三種方案雖然省電但是12點(diǎn)后由于路燈關(guān)閉，光線太暗，容易給路過的車輛和行人造成不安全因素。為了解決上面的問題，我便萌發(fā)了設(shè)計(jì)讓夜間路燈既不常亮又不影響交通的項(xiàng)目。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 功能描述

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新型節(jié)能智能照明系統(tǒng)克服了以上的缺點(diǎn)，從而達(dá)到節(jié)約能源和保障安全的目的。系統(tǒng)的功能如下：

（1）應(yīng)用激光對(duì)射開關(guān)，當(dāng)深夜檢測(cè)到行人或車輛通過時(shí)，路燈開啟；通過后，則路燈自動(dòng)關(guān)閉。既避免了浪費(fèi)電源又保障了深夜通行安全。（2）可自行設(shè)置路燈延時(shí)照明時(shí)間和相鄰路燈開啟數(shù)量，保障行人或車輛安全通過。（3）若有特殊需要可控制路燈常亮。比如在惡劣天氣（如大霧，路面滑，大雨，大風(fēng)，大雪）。

2.2 系統(tǒng)框圖

如圖1所示，在此系統(tǒng)中，激光對(duì)射開關(guān)和延時(shí)繼電器只需要12V直流電源就可以工作，路燈可單獨(dú)供電，可以通過太陽能電池板發(fā)電或接220V交流電。用小電路控制高壓電路，獨(dú)立的系統(tǒng)簡(jiǎn)潔方便，易于安裝，節(jié)約成本，更利于節(jié)能減排的實(shí)現(xiàn)。

2.3 系統(tǒng)硬件功能介紹及原理講解

本系統(tǒng)包括檢測(cè)子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)和照明子系統(tǒng)等系統(tǒng)。

2.3.1 檢測(cè)子系統(tǒng)

如圖2所示，檢測(cè)系統(tǒng)由激光發(fā)射器、激光接收器、光敏電阻構(gòu)成，其主要原理為一個(gè)發(fā)光二極管與一個(gè)光敏三極管，當(dāng)光敏三極管感應(yīng)到發(fā)光二級(jí)管間的光線時(shí)，光敏三極管間無電流通過。當(dāng)物體遮住發(fā)光二極管與光敏三極管間的光線時(shí)，光敏三極管間通過電流使電路接通。白天光敏電阻控制激光發(fā)射裝置斷路，夜晚使其正常工作。

2.3.2 控制子系統(tǒng)

如圖3所示，KM1接通主電源，KM2接通直流控制電源，控制開始，KT斷電延時(shí)時(shí)間繼電器，控制切斷直流電源時(shí)間。

正?？刂七^程：按起動(dòng)按鈕SB2→KM1通電，主觸點(diǎn)KM1閉合，路燈開啟，KM1輔助常開觸點(diǎn)自鎖，KM1輔助常閉觸點(diǎn)斷開；KT通電，KT常開延時(shí)打開觸頭閉合，KM2斷電。

延時(shí)控制過程：按下停止按鈕SB1→KM1斷電，KM1主觸點(diǎn)斷開，KM1輔助常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，KM2通電，接入直流電源，同時(shí)KM1輔助常開觸點(diǎn)又恢復(fù)斷開，則KT線圈呈斷電狀態(tài)，延時(shí)開始，待所設(shè)延時(shí)時(shí)間到達(dá)后，KT的延時(shí)斷開常開觸點(diǎn)恢復(fù)斷開，KM2失電，切斷直流電源，路燈自動(dòng)關(guān)閉。

2.3.3 照明子系統(tǒng)

如圖4所示，照明系統(tǒng)電源獨(dú)立控制，可接220V交流電或通過太陽能電池板來供電。而且可以設(shè)置相鄰路燈開啟盞數(shù)，來很好的滿足行人或車輛通行，又減少了電源浪費(fèi)。

照明子系統(tǒng)詳細(xì)說明：

（1）有兩個(gè)總開關(guān)控制路燈的亮滅，當(dāng)S1和S2閉合時(shí)，路燈長(zhǎng)亮與感應(yīng)裝置無關(guān)。（2）當(dāng)S1閉合，S2斷開時(shí)，每當(dāng)物體經(jīng)過對(duì)射光束時(shí)，連續(xù)三盞燈亮起，物體經(jīng)過過，燈泡延時(shí)10S—20S熄滅。（3）為安全起見，在每個(gè)路口四角設(shè)四盞常亮大功率路燈。（4）每個(gè)感應(yīng)裝置由于耗電較小，所以只需一個(gè)小型太陽能電池與一個(gè)光敏電阻，便可供裝置夜晚的正常使用。（5）此系統(tǒng)只使用中小城市車流量夜間較少路段，對(duì)車流量較大的路段并不適用。（6）發(fā)射器設(shè)于中央欄桿處，接收器設(shè)于人行道旁，可適于行人與車輛的共同使用，無人行道路段即可設(shè)在路燈旁。（7）一般開啟裝置（即閉合S1，斷開S2）時(shí)間為0：00-4：00左右。（8）發(fā)射接收裝置一般離地0.8-1.2m左右，防止城市內(nèi)常見動(dòng)物的影響。（9）在惡劣天氣（如大霧，路面滑，大雨，大風(fēng)，大雪）情況下可控制路燈常亮。

3 研究成果與意義

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了公路照明系統(tǒng)的智能控制，既保障了行人或車輛通行安全又節(jié)約了電能，具有很高的實(shí)用性和創(chuàng)新性，符合技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展原則，造價(jià)低廉，市場(chǎng)前景廣闊。