基于汽车噪声能量收集的城市道路照明系统技术方案

本发明专利技术的一种基于汽车噪声能量收集的城市道路照明系统，属于清洁能源技术领域，其结构有声电转换电路(1)、整流电路(2)、储能电路(3)、稳压及照明电路(4)。本发明专利技术不需要外加电源，直接将道路上车辆产生噪声转换成电能驱动路灯照明，采用发光二极管作为照明光源，具有节能、环保等优点，且本发明专利技术中所用的多个压电薄膜之间采取串并联结构设计，可有效提高驱动电流又提高驱动电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于清洁能源
，涉及一种利用压电薄膜将道路上达到一定强度的噪声振动能量转换成电能并存储，在晚间点亮路灯为城市道路进行照明的装置。
技术介绍
城市道路两旁的灯光有着悠久的历史文化，显示出一个城市的文明与兴盛。路灯不仅点亮了整座城市，更塑造出一座城市的艺术。城市道路照明是人们生活不可或缺的一部分，对于完善城市功能以及提高人民生活质量都具有重大意义。随着城市日新月异的现代化建设，城市路灯照明建设显得越来越不可忽视。如今，在路灯的建设发展中，不仅要实现照明的最大化，还要求做到节能、环保、以及高效率。科学技术的不断进步，也使得公路照明种类的多样化，其中包括照明能量来源的多样化，如太阳能、风能、潮汐能等。但是每种能量形式又具有各自的局限性，当能量来源减少时，无法保证城市照明的正常使用。本专利技术从节能环保的角度出发，收集城市汽车发出的噪声能量，并将其转化为电能，为城市道路两旁的LED灯提供电能。
技术实现思路
本专利技术的目的是，为了克服
技术介绍
中存在的问题，提供一种新型的路灯照明系统，使用压电薄膜获取空气中的噪声资源，利用压电薄膜的对振动敏感的特性，将微弱的噪声能量转换成电能量。收集到不稳定的噪声电压后，通过整流将噪声交流电压变为直流电压，再利用稳压芯片将电压调节到一定限值之下，给超级电容器充电。最后用超级电容器到的收集这些噪声能量给负载供电。上述的目的通过以下的技术方案实现：<br>一种基于汽车噪声能量收集的城市道路照明系统，其结构有声电转换电路1、整流电路2、储能电路3、稳压及照明电路4；所述的声电转换电路1的结构为：按照前一个基本声电转换单元的输出端接后一个基本声电转换单元的输入端的方式，将N个基本声电转换单元依次串联连接，其中第一个基本声电转换单元的输入端作为声电转换电路1的一个输出端，记为端口M1_OUT1，最后一个基本声电转换单元的输出端作为声电转换电路1的另一个输出端，记为端口M1_OUT2，所述的N个基本声电转换单元结构相同，每个基本声电转换单元由M个相同的压电薄膜和M个相同的电阻构成，每个压电薄膜的正极与一个电阻的一端相连，M个压电薄膜的负极接在一起作为所述的基本声电转换单元的输入端，M个电阻的另一端接在一起作为所述的基本声电转换单元的输出端；所述的N和M均为大于等于15且小于等于30的正整数；所述的整流电路2的结构为：二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，作为整流电路2的一个输入端，记为端口M2_IN1，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极相连，作为整流电路2的另一个输入端，记为端口M2_IN2，其中端口M2_IN1、端口M2_IN2分别与声电转换电路1的端口M1_OUT1、端口M1_OUT2相连，二极管D1的阴极与二极管D3的阴极相连，作为整流电路2的输出端，记为端口M2_OUT，与储能电路3中的开关K1的1脚相连，二极管D2的阳极与二极管D4的阳极相连，且与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与储能电路3中的超级电容C1的负极相连，并接地；所述的储能电路3的结构为：超级电容C1的负极接地，正极与开关K1的3脚相连，开关K1的2脚与稳压及照明电路4的输入端，即端口M4_IN相连，所述的开关K1是一个光控单刀双掷开关，其3个引脚的关系是：当光照强度超过开关K1的阈值时，3脚与1脚接通，当光照强度小于开关K1的阈值时，3脚与2脚接通；稳压及照明电路4的结构为：芯片LM317的3脚与二极管D5的阴极相连，作为稳压及照明电路4的输入端，记为端口M4_IN，接储能电路3中的开关K1的2脚，芯片LM317的2脚与二极管D5的阳极相连，还与电感L2的一端、二极管D6的阴极、电阻R5M的一端相连，芯片LM317的1脚与二极管D6的阳极、电阻R5M的另一端及滑动变阻器R4M的一端相连，滑动变阻器R4M的另一端接地，滑线端与电容C2的一端及发光二极管LED1的阴极相连，电容C2的另一端与发光二极管LED1的阳极相连，并与电感L2的另一端相连。在本专利技术的一种基于汽车噪声能量收集的城市道路照明系统中，所述的声电转换电路1中的N和M的取值优选20。在本专利技术的一种基于汽车噪声能量收集的城市道路照明系统中，各元件的型号或参数优选为：声电转换电路1中的所有电阻为10kΩ，压电薄膜为MEAS公司生产的PVDF压电薄膜，整流电路2中的二极管D1～D4均为IN5391，电感L1为15uH，储能电路3中的超级电容C1为凯美瑞公司生产的0.22F/5.5V的组合型超级电容器，稳压及照明电路4中的二极管D5和二极管D6均为IN4001，电阻R5M为10kΩ，滑动变阻器R4M为W103，电容C2为10pF，电感L2为10uH，发光二极管LED1为JTL-Y40-2。本专利技术有以下有益效果：1、本专利技术不需要外加电源，直接将道路上车辆产生噪声转换成电能驱动路灯照明，节能环保。2、本专利技术中所用的多个压电薄膜之间采取串并联结构设计，在为后级储能电路充电时，既提高了驱动电流又提高了驱动电压。3、本专利技术采用发光二极管作为照明光源，发光二极管耗电量极小且发光亮度高，有效降低能耗，延长路灯的照明时间。4、本专利技术采用超级电容存储能。超级电容器充电快，且不需要额外的充放电控制，过充或者过放都不会影响超级电容器的性能，且具有电容量大、充放电寿命长、能量密度大、性质稳定等优点。5、本专利技术优选方案中采用了MEAS公司生产的一款PVDF压电薄膜，此薄膜动态范围宽，达到0到280dB，频率范围从0.1Hz到100MHz，柔韧性良好，理论上弯折2mm，单个薄膜最大能产生7V的电压，且灵敏度可达到15mV/με。附图说明：图1是本专利技术的整体结构框图。图2是本专利技术的声电转换电路的结构构图。图3是本专利技术的声电转换电路中每个基本声电转换单元的原理图。图4是本专利技术的整流电路的原理图。图5本专利技术的储能电路的原理图。图6是本专利技术的稳压及照明电路的原理图。具体实施方式下面结合附图，进一步说明本专利技术各部分电路的具体结构。各实施例中，电路元件优选的参数在各实施例后标注说明。实施例1本专利技术的总体结构本专利技术整体结构由声电转换电路1、整流电路2、储能电路3、稳压及照明电路4四个部分组成。结构框图如图1所示。其中声电转换电路1将声能转化为交流电，连接到整流电路2上，整流电路2将交流电转换为直流电压，连接到储能电路3，储能电路3中的超级电容将能量储存起来，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于汽车噪声能量收集的城市道路照明系统，其结构有声电转换电路(1)、整流电路(2)、储能电路(3)、稳压及照明电路(4)；所述的声电转换电路(1)的结构为：按照前一个基本声电转换单元的输出端接后一个基本声电转换单元的输入端的方式，将N个基本声电转换单元依次串联连接，其中第一个基本声电转换单元的输入端作为声电转换电路(1)的一个输出端，记为端口M1_OUT1，最后一个基本声电转换单元的输出端作为声电转换电路(1)的另一个输出端，记为端口M1_OUT2，所述的N个基本声电转换单元结构相同，每个基本声电转换单元由M个相同的压电薄膜和M个相同的电阻构成，每个压电薄膜的正极与一个电阻的一端相连，M个压电薄膜的负极接在一起作为所述的基本声电转换单元的输入端，M个电阻的另一端接在一起作为所述的基本声电转换单元的输出端；所述的N和M均为大于等于15且小于等于30的正整数；所述的整流电路(2)的结构为：二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，作为整流电路(2)的一个输入端，记为端口M2_IN1，二极管D3的阳极与二极管D4的阴极相连，作为整流电路(2)的另一个输入端，记为端口M2_IN2，其中端口M2_IN1、端口M2_IN2分别与声电转换电路(1)的端口M1_OUT1、端口M1_OUT2相连，二极管D1的阴极与二极管D3的阴极相连，作为整流电路(2)的输出端，记为端口M2_OUT，与储能电路(3)中的开关K1的1脚相连，二极管D2的阳极与二极管D4的阳极相连，且与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与储能电路(3)中的超级电容C1的负极相连，并接地；所述的储能电路(3)的结构为：超级电容C1的负极接地，正极与开关K1的3脚相连，开关K1的2脚与稳压及照明电路(4)的输入端，即端口M4_IN相连，所述的开关K1是一个光控单刀双掷开关，其3个引脚的关系是：当光照强度超过开关K1的阈值时，3脚与1脚接通，当光照强度小于开关K1的阈值时，3脚与2脚接通；稳压及照明电路(4)的结构为：芯片LM317的3脚与二极管D5的阴极相连，作为稳压及照明电路(4)的输入端，记为端口M4_IN，接储能电路(3)中的开关K1的2脚，芯片LM317的2脚与二极管D5的阳极相连，还与电感L2的一端、二极管D6的阴极、电阻R5M的一端相连，芯片LM317的1脚与二极管D6的阳极、电阻R5M的另一端及滑动变阻器R4M的一端相连，滑动变阻器R4M的另一端接地，滑线端与电容C2的一端及发光二极管LED1的阴极相连，电容C2的另一端与发光二极管LED1的阳极相连，并与电感L2的另一端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于汽车噪声能量收集的城市道路照明系统，其结构有声电转换电
路(1)、整流电路(2)、储能电路(3)、稳压及照明电路(4)；
所述的声电转换电路(1)的结构为：按照前一个基本声电转换单元的输出
端接后一个基本声电转换单元的输入端的方式，将N个基本声电转换单元依次
串联连接，其中第一个基本声电转换单元的输入端作为声电转换电路(1)的一
个输出端，记为端口M1_OUT1，最后一个基本声电转换单元的输出端作为声电
转换电路(1)的另一个输出端，记为端口M1_OUT2，所述的N个基本声电转
换单元结构相同，每个基本声电转换单元由M个相同的压电薄膜和M个相同的
电阻构成，每个压电薄膜的正极与一个电阻的一端相连，M个压电薄膜的负极
接在一起作为所述的基本声电转换单元的输入端，M个电阻的另一端接在一起
作为所述的基本声电转换单元的输出端；所述的N和M均为大于等于15且小
于等于30的正整数；
所述的整流电路(2)的结构为：二极管D1的阳极与二极管D2的阴极相连，
作为整流电路(2)的一个输入端，记为端口M2_IN1，二极管D3的阳极与二极
管D4的阴极相连，作为整流电路(2)的另一个输入端，记为端口M2_IN2，其
中端口M2_IN1、端口M2_IN2分别与声电转换电路(1)的端口M1_OUT1、端
口M1_OUT2相连，二极管D1的阴极与二极管D3的阴极相连，作为整流电路
(2)的输出端，记为端口M2_OUT，与储能电路(3)中的开关K1的1脚相连，
二极管D2的阳极与二极管D4的阳极相连，且与电感L1的一端相连，电感L1
的另一端与储能电路(3)中的超级电容C1的负极相连，并接地；
所述的储能电路(3)的结构为：超级电容C1的负极接地，正极与开关K1
的3...

【专利技术属性】
技术研发人员：田小建，梁雪，高福斌，汝玉星，吴戈，高博，单江东，刘大恺，马春阳，李尚，安明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22