一种基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板 |
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| 申请号 | CN201710177076.5 | 申请日 | 2017-03-23 | 公开(公告)号 | CN107059547B | 公开(公告)日 | 2023-02-07 |
| 申请人 | 华北电力大学(保定); | 发明人 | 汪佛池; 张鹏; 周若琪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了属于利用新 能源 的节能技术领域的一种基于压电与 太阳能 互补的智能亮灯地板，包括：所述智能亮灯地板由敷设于地板表面的多个智能亮灯地板 块 构成；该智能亮灯地板块由ABC三层组合而成，其供电 框架 由太阳能板、压电陶瓷片分别与恒流供电模块连接，恒流供电模块与 蓄 电池 、控 制模 块 串联 。该地板采用压电与太阳能的能源互补供能，可实现白天晚上不间断发电，经过恒流供电 电路 ，高效率的为大容量 蓄电池 的储能，确保供电可靠性。本发明的结构结构简单，便于拆装，一体化设计，可批量生产。能够有效的克服各个城市的公共场夜间照明所无论在有人还是无人状态下都彻夜工作，造成了极大的 电能 浪费的不足，实现基于绿色能源供能的智能化照明。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板的控制方法，所述智能亮灯地板由敷设于地板表面的多个智能亮灯地板块构成；该智能亮灯地板块由ABC三层组合而成；其供电框架由太阳能电池板(205)、压电陶瓷片(203)分别与恒流供电模块(103)连接，恒流供电模块(103)与蓄电池(210)、控制模块(105)串联；所述控制模块(105)还分别连接节能型LED灯(204)、四组红外对管和光敏开关(207)；其中一组红外对管包括红外接收管(216)和红外发射管(217)组成；控制模块(105)包括触点开关(206)；太阳能电池板(205)与压电陶瓷片(203)输出的电流经过恒流供电模块(103)整流后，为蓄电池(210)充电蓄能； |
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| 说明书全文 | 一种基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板技术领域背景技术[0002] 随着各个城市的快速发展，大型商业广场、步行街的数量持续快速增长，但各种广场、步行街旁照明用路灯，无论在有人还是无人状态下都彻夜工作，造成了极大的电能浪费，在资源日益紧缺的今天，急需为此问题提出一种可解决的方案。 [0003] 太阳能是以吸收阳光来储能的新能源，其转化电能的效率随着研究的深入越来越高，是一种理想的清洁能源。人类每天的活动都不断产生机械振动能，以利用这些机械振动发电的压电技术也已经成为一个新的研究热点，本发明以太阳能为主，压电为辅，两者互补的发电储能方式实现了白天夜间无间断发电储能，并基于微型控制器的控制实现在行人行走方向上自动亮灯的智能化处理，在保证照明的基础上，最大程度减少了资源的浪费。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板，其特征在于，所述智能亮灯地板由敷设于地板表面的多个智能亮灯地板块构成；该智能亮灯地板块由ABC三层组合而成，其供电框架由太阳能电池板205、压电陶瓷片203分别与恒流供电模块103连接，恒流供电模块103与蓄电池210、控制模块105串联；控制模块105还分别连接节能型LED灯204、四组红外对管和光敏开关207；其中一组红外对管包括红外接收管216和红外发射管217组成；控制模块105包括触点开关206；太阳能电池板205与压电陶瓷片203输出的电流经过恒流供电模块103整流后，为蓄电池210充电蓄能。 [0005] 所述A层由透明可轻微形变的亚克力板201，软质材料202和柱状体212构成，其中软质材料202以及有一定高度的柱状体212贴于亚克力板201背面。 [0006] 所述B层由压电陶瓷片203，四个位于四个角的节能型LED灯204，两个并排的太阳能电池板205，触点开关206，以及光敏开关207组成。压电陶瓷片203布置在正中央，与A层的有一定高度的柱状体212对应，触点开关206安装在压电陶瓷片203附近；太阳能电池板205排在压电陶瓷片203两侧，其附近安装光敏开关207。 [0007] 所述C层由一相邻边有凹槽208，另一相邻边有凸块209，并且每一个凹槽和每一个凸块上均设置两个红外对管安装孔213，红外接收管216、红外发射管217安装在安装孔213中；在层面中部布置蓄电池210及电路板211组成。所述凹槽和凸块用于相邻的地板块的拼装；所述红外对管用于与邻近地板块交流信息；电路板211包括恒流供电电路与STC89C51微型控制器控制的逻辑电路。 [0008] 所述压电陶瓷片203形变产生的电流经过全桥整流二极管214整流后为超级电容215蓄电；超级电容215与两个太阳能电池板205都与蓄电池210并联，两者同时为其蓄电；该电路结构弥补了压电电流小的缺点，提高了压电蓄电的效率；另外，太阳能同时为蓄电池蓄电保证了电能的可靠性。 [0009] 一种基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板的控制方法，包括如下步骤： [0010] 步骤311，行人踏上地板，柱状体212触压压电陶瓷片203；触点开关206闭合，控制控制模块105启动，开始运行； [0011] 步骤312，控制模块判断光敏开关是否为1，为1表示周围环境光照不足或为夜晚，执行步骤313；若为0，表示周围环境为白天，光照充足，跳回到步骤311； [0012] 步骤313，控制模块判断触点开关是否为1，为1表示有外力作用于地板即有人踏上地板，执行步骤314，若为0，表示没有外力作用于地板即无人踏上地板，跳回步骤312； [0013] 步骤314，设I1、I2、I3、I4表示四个方向的接收管接收信号状态，若接收信号，接收状态由0变至1。控制模块判断四个接收管接收信号的状态I1，I2，I3，I4之和是否为1；若为1，则表示仅有一个方向接收管接收到信号，说明仅有一个方向有人向该地板走来，继续执行315、316、317、318步骤中一个；若不为1，则表示有两种状态：一是有方向有人向该地板走来，I1，I2，I3，I4之和>1，继续执行步骤319；二是有人始终站立在此地板位置上，I1，I2，I3，I4之和＝0，继续执行步骤319； [0014] 步骤315、316、317或318，判断前、后、左或右接收管的I1、I2、I3或I4状态是否为1，为1表示对应方向来人，继续执行步骤320、321、322或323(前、后、左、右方向如图2c所示)； [0015] 步骤319，O1，O2，O3，O4表示四个方向发射管状态，若发射信号，发射管状态由0至1。在四个接收管I1，I2，I3，I4之和不为1的条件下，置四个发射管状态为1，O1＝O2＝O3＝O4＝1，继续发生结果328，四周四个方向的地板亮灯； [0016] 步骤320，置后发射管状态O2为1，发生结果324，后方亮灯3秒。 [0017] 步骤316，判断后接受管I2状态是否为1，为1表示后方来人，继续执行步骤321。步骤321，置前发射管O1状态为1，发生结果325，前方亮灯3秒。 [0018] 步骤317，判断左接受管I3状态是否为1，为1表示左方来人，继续执行步骤322。步骤322，置右发射管O4状态为1，发生结果326，右方亮灯3秒。 [0019] 步骤318，判断右接受管I4状态是否为1，为1表示右方来人，继续执行步骤323。步骤323，置左发射管O3状态为1，发生结果327，左方亮灯3秒。 [0020] 本发明的有益效果是能够有效的克服上述商业广场，步行街的资源浪费，实现基于绿色能源供能的智能化照明。具有如下特点： [0021] 1.该地板采用压电与太阳能的能源互补供能，可实现白天晚上不间断发电，经过恒流供电电路，高效率的为大容量蓄电池的储能，确保供电可靠性。 [0022] 2.该地板智能判别人行走方向，提前在人行走前方亮灯照明，每次亮灯三秒钟，此设计可在保证照明的基础上，最大限度的减少电能的浪费，提高用电效率。 [0024] 图1为基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板的组成框架示意图； [0025] 图2为基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板块结构示意图，其中，a为A层结构；b为B层结构，包括压电陶瓷片、节能型LED灯、太阳能板、触点开关以及光敏开关安装位置示意图；c为C层结构，包括控制开关与接收、发射管安装位置示意图；d为AB C三层组合而成的智能亮灯地板块的外观结构示意图。 [0026] 图3为恒流供电电路示意图。 [0027] 图4基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板的控制逻辑、流程示意图。 具体实施方式[0028] 本发明提供一种基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板，下面结合附图予以进一步说明。 [0029] 图1所示为基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板的组成框架示意图；图中，智能亮灯地板由敷设于地板表面的多个智能亮灯地板块构成；该智能亮灯地板块由ABC三层组合而成，其供电框架由太阳能电池板205、压电陶瓷片203分别与恒流供电模块103连接，恒流供电模块103与蓄电池210、控制模块105串联；控制模块105还分别连接节能型LED灯204、四组红外对管和光敏开关207；其中一组红外对管包括红外接收管216和红外发射管217组成；控制模块105包括触点开关206；太阳能电池板205与压电陶瓷片203输出的电流经过恒流供电模块103整流后，为蓄电池210充电蓄能。 [0030] 图2所示为基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板块结构示意图，其中，a为A层结构；b为B层结构，c为C层结构，d为AB C三层组合而成的智能亮灯地板块的外观结构示意图。AB C三层的结构如下： [0031] A层由透明可轻微形变的亚克力板201，软质材料202和柱状体212构成，其中软质材料202以及有一定高度的柱状体212贴于亚克力板201背面。 [0032] B层由压电陶瓷片203，四个位于四个角的节能型LED灯204，两个并排的太阳能电池板205，触点开关206，以及光敏开关207组成。压电陶瓷片203布置在正中央，与A层的有一定高度的柱状体212对应，触点开关206安装在压电陶瓷片203附近；太阳能电池板205排在压电陶瓷片203两侧，其附近安装光敏开关207。阳光透过透明的亚克力板201照射在两个并排的太阳能电池板205上储能，压电陶瓷片203受到柱状体212的压迫轻微形变发电，两者互补的为蓄电池211供能。当触点开关206受到柱状体212的压迫时，触动开关，表示有外力作用在地板上。当光照射至光敏开关207上时，光敏开关207阻值下降，为控制模块提供外界照明的信息。 [0033] C层由一相邻边有凹槽208，另一相邻边有凸块209，并且每一个凹槽和每一个凸块上均设置两个红外对管安装孔213，红外接收管216、红外发射管217安装在安装孔213中；在层面中部布置蓄电池210及电路板211组成。所述凹槽和凸块用于相邻的地板块的拼装；所述红外对管用于与邻近地板块交流信息；电路板211包括恒流供电电路与STC89C51微型控制器控制的逻辑电路。 [0034] 图3所示为恒流供电电路示意图。其中所述压电陶瓷片203形变产生的电流经过全桥整流二极管214整流后为超级电容215蓄电；超级电容215与两个太阳能电池板205都与蓄电池210并联，两者同时为其蓄电；该电路结构弥补了压电电流小的缺点，提高了压电蓄电的效率；另外，太阳能同时为蓄电池蓄电保证了电能的可靠性。 [0035] 图4所示为基于压电与太阳能互补供能的智能亮灯地板的控制逻辑、流程示意图。包括如下步骤： [0036] 步骤311，行人踏上地板，柱状体212触压压电陶瓷片203；触点开关206闭合，控制控制模块105启动，开始运行； [0037] 步骤312，控制模块判断光敏开关是否为1，为1表示周围环境光照不足或为夜晚，执行步骤313；若为0，表示周围环境为白天，光照充足，跳回到步骤311； [0038] 步骤313，控制模块判断触点开关是否为1，为1表示有外力作用于地板即有人踏上地板，执行步骤314，若为0，表示没有外力作用于地板即无人踏上地板，跳回步骤312； [0039] 步骤314，设I1、I2、I3、I4表示四个方向的接收管接收信号状态，若接收信号，接收状态由0变至1。控制模块判断四个接收管接收信号的状态I1，I2，I3，I4之和是否为1；若为1，则表示仅有一个方向接收管接收到信号，说明仅有一个方向有人向该地板走来，继续执行315、316、317、318步骤中一个；若不为1，则表示有两种状态：一是有方向有人向该地板走来，I1，I2，I3，I4之和>1，继续执行步骤319；二是有人始终站立在此地板位置上，I1，I2，I3，I4之和＝0，继续执行步骤319； [0040] 步骤315、316、317或318，判断前、后、左或右接收管的I1、I2、I3或I4状态是否为1，为1表示对应方向来人，继续执行步骤320、321、322或323(前、后、左、右方向如图2c所示)； [0041] 步骤319，O1，O2，O3，O4表示四个方向发射管状态，若发射信号，发射管状态由0至1。在四个接收管I1，I2，I3，I4之和不为1的条件下，置四个发射管状态为1，O1＝O2＝O3＝O4＝1，继续发生结果328，四周四个方向的地板亮灯； [0042] 步骤320，置后发射管状态O2为1，发生结果324，后方亮灯3秒。 [0043] 步骤316，判断后接受管I2状态是否为1，为1表示后方来人，继续执行步骤321。步骤321，置前发射管O1状态为1，发生结果325，前方亮灯3秒。 [0044] 步骤317，判断左接受管I3状态是否为1，为1表示左方来人，继续执行步骤322。步骤322，置右发射管O4状态为1，发生结果326，右方亮灯3秒。 [0045] 步骤318，判断右接受管I4状态是否为1，为1表示右方来人，继续执行步骤323。步骤323，置左发射管O3状态为1，发生结果327，左方亮灯3秒。 [0046] 综上所述，本发明利用压电与太阳能互补的方式，实现全天候为蓄电池储能，并基于微型控制器的控制实现在行人行走方向上自动亮灯的智能化处理。利用压电与太阳能两种绿色能源，实现了无污染发电与储能；智能化亮灯处理，在保证照明的基础上，最大程度减少了资源浪费，体现了“绿色节能”的理念。本发明结构结构简单，便于拆装，一体化设计，可批量生产。 |
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