本發(fā)明涉及一種多功能智能路燈系統(tǒng)，特別是涉及一種可以結(jié)合風(fēng)能、光伏發(fā)電、離網(wǎng)存儲功能，LED照明光源，氣體檢測功能，霧霾和環(huán)境變化智能調(diào)光調(diào)色溫功能的系統(tǒng)。涉及工業(yè)無線通信技術(shù)、傳感監(jiān)測技術(shù)、照明及照明控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

路燈作為道路照明的主體，成為城市功能的重要載體，保證著道路的行車安全以及溫馨的夜晚人文環(huán)境。隨著LED技術(shù)的不斷進步，LED路燈越來越多的應(yīng)用于道路照明，因為其高效節(jié)能，光學(xué)電學(xué)可控性強。路燈還有一個重要的特點，就是在城市平面空間區(qū)域大規(guī)模廣泛分布，可以形成一個巨大的網(wǎng)絡(luò)。目前路燈的這種廣泛的分布特點沒有得到充分的利用。更多的發(fā)揮路燈在城市功能中各方面的作用，而不僅僅用于照明，是需要仔細深思的事情。增加路燈的功能有一種方法就是，將多種社會服務(wù)功能加載到燈桿載體上，統(tǒng)一對其進行智能監(jiān)管與控制。

傳感技術(shù)與路燈燈桿的結(jié)合可以作為發(fā)揮路燈桿載體特點的重要技術(shù)。目前已經(jīng)有概念化的環(huán)境傳感器、氣象傳感器、以及監(jiān)控、基站等多種功能集于單基燈桿上。但是這些功能都是獨立運營，而不能反作用于路燈本身的功能.

當(dāng)前大氣污染情況嚴重，環(huán)境保護任務(wù)非常艱巨，通過各種環(huán)境傳感器、污染氣體檢測傳感器，比對主要污染物質(zhì)和氣體的標(biāo)準，通過智能傳感，智能監(jiān)測可以實時了解以及分析污染情況。然而目前大多的環(huán)境污染監(jiān)測，還主要是通過監(jiān)測站，沒有應(yīng)用與路燈載體的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種多功能智能路燈系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測環(huán)境溫度，濕度，顆粒物濃度，主要大氣排放化學(xué)氣體濃度，可以發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)供遠程監(jiān)控中心分析管理。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，依據(jù)自主控制或遠程監(jiān)控中心發(fā)送來的控制指令，按照環(huán)境溫度光舒適度，以及色溫變化對霧霾穿透性的原理，智能調(diào)節(jié)路燈燈光的色溫與亮度。系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠程傳輸通過無線通信實現(xiàn)。對于污染物數(shù)據(jù)，提供直觀醒目的分級分色警告顯示。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種多功能智能路燈系統(tǒng)包括路燈桿，微型風(fēng)力發(fā)電機，太陽能板，風(fēng)光互補充放電控制器，蓄電池組，可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭，化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱，戶外環(huán)境傳感器組，污染強度示意發(fā)光模組。其特征在于，路燈燈桿上通過風(fēng)能和光伏獨立提供多功能智能路燈系統(tǒng)直流電能。其特征在于，其多功能中的監(jiān)測功能針對多種大氣污染物的監(jiān)測與數(shù)據(jù)上傳。其特征在于，根據(jù)不同光源不同的照明色溫透霧霾能力特點，以及不同色溫及亮度對人舒適度的照明學(xué)特點，通過戶外環(huán)境傳感器組監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析，對LED路燈進行調(diào)色溫調(diào)光智能控制操作。其特征在于，燈桿上醒目位置設(shè)置污染強度示意發(fā)光模組，通過監(jiān)測的污染物數(shù)據(jù)分析結(jié)果，分級分色顯示，方便人們直觀了解污染情況。其特征在于，系統(tǒng)可智能自主分級分析污染物數(shù)據(jù)并做出對上述系統(tǒng)功能的控制，也可以通過無線通信方式遠程發(fā)送數(shù)據(jù)給遠程監(jiān)控中心并接受對上述智能控制功能的控制指令。

所述的微型風(fēng)力發(fā)電機為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，自帶AC-DC轉(zhuǎn)換器。所述太陽能板為平面式單晶硅高效光伏組件。所述蓄電池組為碳鉛儲能蓄電池組。所述風(fēng)光互補充放電控制器負責(zé)對蓄電池的風(fēng)能和光伏轉(zhuǎn)換電能的儲能充電控制以及24V穩(wěn)定直流電輸出，并可實時輸出光伏電數(shù)據(jù)及蓄電池電數(shù)據(jù)參數(shù)。所述可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭光源為LED燈珠，LED燈珠為大功率1-5W，分為高色溫?zé)糁榧暗蜕珳責(zé)糁閮煞N，平均分布。所述化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱包括箱體、系統(tǒng)總電源、主控制器、路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源、三基色LED調(diào)光調(diào)色驅(qū)動電源、無線通信模塊、化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組?；瘜W(xué)氣體污染物監(jiān)測模組涉及二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、甲烷氣體的監(jiān)測。所述戶外環(huán)境傳感器組包括戶外溫濕度監(jiān)測模組、戶外PM2.5監(jiān)測模組。所示污染強度示意發(fā)光模組包括PM2.5濃度級別彩色顯示環(huán)、二氧化碳濃度級別彩色顯示環(huán)、二氧化硫濃度級別彩色顯示環(huán)、二氧化氮濃度級別彩色顯示環(huán)、甲烷濃度級別彩色顯示環(huán)。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供一種多功能智能路燈系統(tǒng)，更加發(fā)揮路燈作為城市道路廣泛分布的載體特點，更加專業(yè)的豐富路燈作為主體照明以及載體的多重功能。利用風(fēng)能和太陽能提供電能來源，獨立供電，無需市電電纜鋪設(shè)，節(jié)約能源，降低市政供電成本，環(huán)保無污染。將污染物監(jiān)測服務(wù)于工業(yè)化工企業(yè)生產(chǎn)，利于保護環(huán)境，同時部分污染物及環(huán)境監(jiān)測的數(shù)值可以反作用于智能控制路燈的照明，讓照明不僅局限于照明，更利于特殊環(huán)境下的安全以及人生理上舒適性的關(guān)懷。該系統(tǒng)可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)以無線通信的方式發(fā)送到遠程監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)分析，高效便捷。本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)簡單，功能指向性強，節(jié)能，環(huán)保，對指導(dǎo)和監(jiān)管工業(yè)化工企業(yè)污染物排放有實際意義。在霧霾天氣以及環(huán)境溫度變化情境下，用專業(yè)的智能化道路照明賦予道路安全性及人文環(huán)境舒適性的顯著改善。這些特點可以使多功能智能路燈系統(tǒng)更加專業(yè)化及實用化，因此該系統(tǒng)有廣泛的應(yīng)用價值和市場前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的多功能智能路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱內(nèi)部示意圖；

圖3 是可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈燈珠類型組成示意圖。

其中：

1：戶外環(huán)境傳感器組

2：化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱

3：可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭

4：污染強度示意發(fā)光模組

5：風(fēng)光互補充放電控制器

6：太陽能板

7：微型風(fēng)力發(fā)電機

8：蓄電池組

9：路燈桿

11：戶外溫濕度監(jiān)測模組

12：戶外PM2.5監(jiān)測模組

21：箱體通風(fēng)結(jié)構(gòu)

22：箱體功能分區(qū)隔離板

23：系統(tǒng)總電源

24：主控制器

25：路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源

26：三基色LED調(diào)光調(diào)色驅(qū)動電源

27：無線通信模塊

28：化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組

31：低色溫LED燈珠

32：高色溫LED燈珠

211：上區(qū)進空氣口

212：下區(qū)進空氣口

213：區(qū)間通風(fēng)孔

214：抽風(fēng)扇葉

281：二氧化碳監(jiān)測模組

282: 二氧化氮監(jiān)測模組

283：二氧化硫監(jiān)測模組

284：甲烷監(jiān)測模組

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種多功能智能路燈系統(tǒng)做出詳細的說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種多功能智能路燈系統(tǒng)，包括有微型風(fēng)力發(fā)電機7，安裝在路燈桿9的頂端，為H型三葉低風(fēng)啟動的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機，其自身有AC-DC變換功能，輸出直流電DC28V。太陽能板6為單晶硅材料光伏組件，通過支架安裝在路燈桿9上，微型風(fēng)力發(fā)電機的下方，方位角朝向正南方，輸出直流工作電壓34V。蓄電池組8的配置方式為容量并聯(lián)相加，電壓串聯(lián)相加。蓄電池組8的單電池電壓直流12V，總輸出電壓為DC24V。風(fēng)光互補充放電控制器5作為系統(tǒng)充放電的核心連接微型風(fēng)力發(fā)電機7、太陽能板6、蓄電池組8，將微型風(fēng)力發(fā)電機7的風(fēng)力以及太陽能板6光伏能量轉(zhuǎn)換的電能按照MPPT結(jié)合不同時段蓄電池組8自身的充電特性控制為蓄電池組8充電。風(fēng)光互補充放電控制器5工作模式為電站式工作模式，即正常輸出模式為長時供電模式，為本發(fā)明一種多功能智能路燈系統(tǒng)中所有用電部分提供電能來源。風(fēng)光互補充放電控制器5自身實時采集微型風(fēng)力發(fā)電機7、太陽能板6、蓄電池組8的充電電壓與電流及儲能的電壓電流參數(shù)以及對應(yīng)的充放電時間參數(shù)，并通過串口通信向化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱2中的主控制器24傳輸數(shù)據(jù)。路燈桿9上安裝有化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱2，作為整個系統(tǒng)化學(xué)氣體污染物監(jiān)測，數(shù)據(jù)分析，智能控制，遠程發(fā)送信息的實體。路燈桿9合適位置安裝有戶外環(huán)境傳感器組1，包括戶外溫濕度監(jiān)測模組11及戶外PM2.5監(jiān)測模組12?？烧{(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3提供照明光源，其特點在于可以調(diào)節(jié)燈光亮度也可以調(diào)節(jié)燈光的色溫。路燈桿9靠下的部分環(huán)燈桿壁安裝污染強度示意發(fā)光模組4，模組分若干環(huán)形燈條，用于直觀顯示各種污染物質(zhì)的強度警告級別，自上而下分別為PM2.5強度級別顯示、二氧化碳濃度級別顯示、二氧化氮濃度級別顯示、二氧化硫濃度級別顯示、甲烷濃度級別顯示。

如圖1所示，所述的戶外環(huán)境傳感器組1，其中戶外溫濕度監(jiān)測模組11采集戶外環(huán)境中的氣溫及空氣濕度，其特點在于可以通過采集生成溫度及濕度數(shù)據(jù)，并通過串行通信方式與主控制器24進行數(shù)據(jù)傳輸。溫度數(shù)據(jù)可以用來描述季節(jié)環(huán)境溫度尤其是夜間道路空間環(huán)境體現(xiàn)的溫度。濕度參數(shù)數(shù)據(jù)可以用來界定當(dāng)前空氣濕度，可以做為霧霾形成的分析指標(biāo)。戶外PM2.5監(jiān)測模組12采集戶外環(huán)境中的PM2.5濃度，其特點在于通過采集測量生成濃度數(shù)據(jù)指標(biāo)，并通過串行通信方式與主控制器24進行數(shù)據(jù)傳輸。PM2.5濃度數(shù)據(jù)用于描述霧霾形成的重要分析指標(biāo)。

如圖2所示，所述化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱2，箱體功能分區(qū)隔離板22將其分成兩個功能區(qū)域，上部分區(qū)域包括系統(tǒng)總電源23、主控制器24、路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25、三基色LED調(diào)光調(diào)色驅(qū)動電源26、無線通信模塊27。下部分區(qū)域包括化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組28。由于化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組28對應(yīng)的四組模組包括二氧化碳監(jiān)測模組281、二氧化氮監(jiān)測模組282、二氧化硫監(jiān)測模組283、甲烷監(jiān)測模組284工作時，需要各自對應(yīng)待檢測化學(xué)氣體均勻通過各氣體檢測模組，因此化學(xué)氣體污染物監(jiān)測及系統(tǒng)智能控制箱2具備了箱體通風(fēng)結(jié)構(gòu)21。這種結(jié)構(gòu)還可以做到對上部區(qū)域的散熱。箱體通風(fēng)結(jié)構(gòu)21包括兩組上區(qū)進空氣口211、一組下區(qū)進空氣口212、區(qū)間通風(fēng)孔213、抽風(fēng)扇葉214。其中抽風(fēng)扇葉214在下部區(qū)域，是唯一的出風(fēng)口。區(qū)間通風(fēng)孔213是箱體功能分區(qū)隔離板22靠近抽風(fēng)扇葉214一側(cè)的通孔，用于上部區(qū)域的空氣流過。

如圖2所示，所述的系統(tǒng)總電源23實質(zhì)上是一個電源穩(wěn)定裝置，其作用是穩(wěn)定由風(fēng)光互補充放電控制器5輸出的直流電壓，系統(tǒng)電壓定義為DC24V。系統(tǒng)總電源23為主控制器24、路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25、三基色LED調(diào)光調(diào)色驅(qū)動電源26、無線通信模塊27、化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組28、戶外環(huán)境傳感器組1提供直流供電。

如圖2所示，所述的主控制器24是整個系統(tǒng)的核心。主控制器24讀取來風(fēng)光互補充放電控制器5所采集的來自風(fēng)能、光伏、儲能的充放電電壓電流數(shù)據(jù)。當(dāng)光伏呈現(xiàn)電壓低于5V時，主控制器24向路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25發(fā)出工作指令，點亮可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3。當(dāng)光伏呈現(xiàn)電壓高于6V時，主控制器24向路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25發(fā)出工作指令，關(guān)滅可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3的照明。當(dāng)儲能電壓介于21.6-22.8V時，主控制器24會判斷儲能已經(jīng)較少，需要系統(tǒng)節(jié)能，因此分別向化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組28、三基色LED調(diào)光調(diào)色驅(qū)動電源26、戶外環(huán)境傳感器組1發(fā)送指令停止工作，同時向路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25分階段指令調(diào)光，調(diào)暗可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3的照明。

如圖2所示，所述的主控制器24讀取戶外溫濕度監(jiān)測模組11和戶外PM2.5監(jiān)測模組12的相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)溫度高于30℃，主控制器24向路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25發(fā)送調(diào)色溫指令，使可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3工作在5700K色溫。當(dāng)溫度區(qū)間于10-30℃，主控制器24向路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25發(fā)送調(diào)色溫指令，使可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3工作在5000K色溫。當(dāng)溫度低于10℃，主控制器24向路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25發(fā)送調(diào)色溫指令，使可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3工作在4000K色溫。通過環(huán)境溫度調(diào)節(jié)色溫，適合人的舒適度，滿足道路照明的人文關(guān)懷。主控制器24通過對濕度和PM2.5濃度的數(shù)值分析，根據(jù)霧霾等級標(biāo)準，向路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25發(fā)送調(diào)色溫指令使可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3重度霧霾時小于3000K色溫，中度霧霾時4000K，輕度霧霾時5000K。利用的原理是LED色溫越低，黃色光譜強度越強，透霧性則越強。使得本發(fā)明中多功能體現(xiàn)的戶外環(huán)境傳感檢測功能可以反作用于道路照明，豐富道路照明本身的功能，實現(xiàn)真正的多功能性。

如圖3所示，所述的可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3的LED燈珠排列為一排低色溫LED燈珠31與一排高色溫LED燈珠32間隔排列。低色溫LED燈珠31色溫為2700K，高色溫LED燈珠32色溫為6000K。可調(diào)光調(diào)色溫LED路燈頭3的整體色溫通過路燈直流調(diào)光調(diào)色溫驅(qū)動電源25輸出的對低色溫LED燈珠31和高色溫LED燈珠32電流比進行調(diào)整。

如圖2所示，所述的主控制器24通過讀取化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組28各種化學(xué)氣體監(jiān)測濃度，以及讀取戶外環(huán)境傳感器組1溫濕度數(shù)值、PM2.5濃度數(shù)值，按照查詢比對算法進行污染物排放標(biāo)準及分級級別查詢。按照對應(yīng)級別，給三基色LED調(diào)光調(diào)色驅(qū)動電源26發(fā)出調(diào)色指令，使污染強度示意發(fā)光模組4對應(yīng)污染物強度指示光環(huán)顯示對應(yīng)的顏色，讓人們現(xiàn)場看上去對污染程度有明顯的直觀感官。例如，PM2.5濃度顯示橙色則代表該項污染橙色警報。

如圖1所示，所述污染強度示意發(fā)光模組4，對各污染物的強度分級別分顏色對應(yīng)顯示。污染強度示意發(fā)光模組4由5個彩色防水發(fā)光環(huán)組成，從上至下，分別對應(yīng)顯示的是PM2.5、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、甲烷污染強度級別。

如圖2所示，所述的無線通信模塊27作為溝通主控制器24與遠程監(jiān)控中心平臺的中介。主控制器24讀取了戶外環(huán)境傳感器組1以及化學(xué)氣體污染物監(jiān)測模組28各污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳送給無線通信模塊27。無線通信模塊27以GPRS通信模式發(fā)送，遠程監(jiān)控中心通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)平臺讀取信息參數(shù)，綜合所有分布在道路上的多功能路燈節(jié)點數(shù)據(jù)進行區(qū)域分析，分析污染情況，指導(dǎo)工業(yè)企業(yè)排污處理。無線通信模塊27也可以接收遠程監(jiān)控中心通過分析，發(fā)來的遠程控制指令，傳送給主控制器24，如上述實施案方式進行智能控制。