孫炳楠 鄭麗 買玉潔 李高爽

摘要：路僅具有照明功能，沒有將路燈桿更好地利用。如果將路燈照明、實(shí)時監(jiān)控和緊急報警系統(tǒng)結(jié)合到一起，可以有效節(jié)約資源。為此，設(shè)計(jì)出一種多功能智能路燈系統(tǒng)是非常有必要的。智慧路燈是一種更智能和技術(shù)的路燈，它不僅具有特定照明的功能，還增加了許多其他有利的功能。

路燈智能監(jiān)控管理系統(tǒng)是利用風(fēng)光互補(bǔ)供電的多功能智能路燈系統(tǒng)，風(fēng)能和太陽能都屬于為最密集的城市基礎(chǔ)設(shè)施，其重要性不言而喻，安裝風(fēng)光互補(bǔ)太陽能路燈對偏遠(yuǎn)地區(qū)尤為重要，風(fēng)光一體，互補(bǔ)性強(qiáng)，穩(wěn)定性高。當(dāng)前，監(jiān)控器是記錄突發(fā)事件的重要設(shè)備，在路燈上添加實(shí)時監(jiān)控和報警功能在實(shí)現(xiàn)記錄突發(fā)事件和緊急求救的功能上，減少了人力物力，同時利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，減少了污染。充電樁的設(shè)計(jì)可以為電動車充電，太陽能和風(fēng)能屬于環(huán)保無污染的新能源，可以在一定程度上節(jié)約能源。智慧路燈建設(shè)完成后不僅僅可以對當(dāng)?shù)爻鞘挟a(chǎn)生影響，而且能直接對城市和居民產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約城市公共照明能耗，打造低碳環(huán)保型城市，建設(shè)宜居地區(qū)，具有其深遠(yuǎn)的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)意義。

1.研究主要包括以下內(nèi)容

（1）風(fēng)光互補(bǔ)供電：風(fēng)光互補(bǔ)LED太陽能路燈主要由LED光源、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能板、蓄電池及塔桿等配件組成。風(fēng)光互補(bǔ)路燈是獨(dú)立的供電系統(tǒng)。它能有效地利用風(fēng)能和太陽能在能量及時間上的互補(bǔ)性，通過兩者各自的發(fā)電裝置，共同向蓄電池充電。常規(guī)路燈的低壓輸電線路長，不僅路燈耗電，而且輸電線路的耗電也很大。相較于太陽能與傳統(tǒng)路燈，風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)則具備了風(fēng)能和太陽能產(chǎn)品的雙重優(yōu)點(diǎn)。在白天可以利用太陽光和風(fēng)力資源發(fā)電，晚上利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，彌補(bǔ)了風(fēng)能供電或太陽能供電的單一性，使供電系統(tǒng)更具穩(wěn)定性和可靠性，運(yùn)行的時候通過蓄電池向負(fù)載放電，為負(fù)載提供電力。

（2）報警處理：智慧燈桿系統(tǒng)一鍵報警功能應(yīng)用方案中，燈桿下方安裝一鍵報警按鈕，當(dāng)發(fā)生緊急情況，人們可以立刻按動按鈕，觸發(fā)燈桿警報系統(tǒng)，通過智慧燈桿專用網(wǎng)關(guān)TG473聯(lián)網(wǎng)，將現(xiàn)場視頻圖像、位置等信息實(shí)時上傳至管控中心及相關(guān)部門，并可進(jìn)行語音呼救，第一時間得到營救，避免危險的發(fā)生。

（3）實(shí)時監(jiān)控：視頻安防和緊急呼救，路燈上的監(jiān)控系統(tǒng)可隨時進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、可以對監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行視頻監(jiān)控報警，一鍵呼救為人們提供安全的信息保障。

（4）充電樁：路燈桿下面安裝充電樁，存儲風(fēng)能和太陽能產(chǎn)生的電，也可給停在路邊車位的電動車進(jìn)行充電，充電樁能實(shí)現(xiàn)計(jì)時、記電度、記金額充電。

2.其總體的硬件設(shè)計(jì)如下

（1）風(fēng)力發(fā)電得到的能量有限，而且隨機(jī)性比較大，如何捕獲最大的風(fēng)能是風(fēng)力發(fā)電研究的重要內(nèi)容。風(fēng)光互補(bǔ)太陽能路燈目前有兩種思路，一種是水平軸風(fēng)機(jī)、另一種是垂直軸風(fēng)機(jī)，而水平軸風(fēng)機(jī)在目前應(yīng)用的比較廣泛，是風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低風(fēng)速啟動、低風(fēng)速發(fā)電、抗腐蝕、抗臺風(fēng)：風(fēng)光一體，互補(bǔ)性強(qiáng)，穩(wěn)定性高。

（2）充電樁系統(tǒng)主要包括低壓直流供電網(wǎng)絡(luò)、CM530-8無線通信網(wǎng)絡(luò)、主站監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心等。路燈充電樁一體化設(shè)備兼顧市政路燈和電動汽車充電樁，一方面能以高光效和低能耗為城市道路提供照明，另一方面能夠?yàn)殡妱悠囂峁┲绷鞒潆姺?wù)。設(shè)計(jì)采用UC3842芯片PWM控制的單端正激型DC/DC轉(zhuǎn)換器，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了控制最為簡單的恒壓式（CVT）最大功率跟蹤（MPPT）方式，使控制系統(tǒng)簡單化，成本得到有效控制;為了有效增大蓄電池的使用壽命，采用分只同時均充、分只分時檢測的充放電管理方式，設(shè)計(jì)基于L4960芯片的隔離式均充模塊和基于溫度補(bǔ)償?shù)姆种粰z測模塊，并在此基礎(chǔ)上選用了性價比較高的FX系列PLC作為控制器。

（3）視頻攝像頭、GPS定位器、語音對講、錄音監(jiān)聽等設(shè)備進(jìn)行緊急情況視頻、位置、呼救語音等數(shù)據(jù)采集工作。網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過計(jì)訊物聯(lián)智慧燈桿專用網(wǎng)關(guān)TG473聯(lián)網(wǎng)，將前端數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)皆贫斯芾砥脚_并實(shí)時發(fā)送至各管理部門。

3.結(jié)束語

基于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的路燈可以實(shí)現(xiàn)不局限于傳統(tǒng)方式供電，利用風(fēng)能和光能等新能源供電照明。另外，路燈系統(tǒng)添加了一鍵報警功能，燈桿下方安裝一鍵報警按鈕，當(dāng)發(fā)生緊急情況，人們可以立刻按動按鈕，觸發(fā)燈桿警報系統(tǒng)，將現(xiàn)場視頻圖像、位置等信息實(shí)時上傳至管控中心及相關(guān)部門，并可進(jìn)行語音呼救，第一時間得到營救，避免危險的發(fā)生。

風(fēng)電互補(bǔ)供電的多功能智能路燈系統(tǒng)預(yù)計(jì)將會廣泛應(yīng)用于道路、公園、景區(qū)、園區(qū)等場所，智慧燈桿系統(tǒng)一桿多用，集一鍵報警、視頻監(jiān)控功能于一體，節(jié)省資源成本的同時，實(shí)現(xiàn)了城市美化智能建設(shè)，智慧燈桿系統(tǒng)一鍵報警功能更是為人們安全防護(hù)做了有效保障。

作者簡介：

1.姓名：孫炳楠（2000.04.22-）男，漢族，河南省平頂山市郟縣

2.姓名：鄭麗（1999.03.04-）女，漢族，河南省信陽市

3.姓名：買玉潔（1999.07.11-）女，回族，河南省輝縣

4.姓名：李高爽（1999.01.25-）男，漢族，河南省平頂山市寶豐縣

本科在讀，單位：華北水利水電大學(xué)，研究方向：自動化，單位所在省市及郵編：河南省鄭州市450045